Experiența profundă a Timken permite explorarea spațiului interplanetar

Viitorul zborurilor spațiale evoluează cu o viteză uimitoare. O colaborare fără precedent între cercetătorii publici și privați conduce la o nouă generație de tehnologie pentru misiunile de explorare a Lunii, a planetei Marte și a altor planete.

Timken își valorifică experiența profundă și capacitățile din domeniul aerospațial pentru a-i ajuta pe clienți să dezvolte soluții acolo unde nu existau înainte, pentru misiuni care nu mai sunt imposibile. John Renaud, inginerul principal de aplicații, explică.

„Ne supraproiectăm și supraconstruim rulmenții, pentru a supraviețui sarcinilor de lansare. Factori precum durata de viață necesară a rulmentului, stresul de contact și rigiditatea sistemului pentru mai târziu în misiune se alătură și ele călătoriei”.

John Renaud
Inginerul principal de aplicații

Destinația Europa

Cea mai mare navă spațială construită vreodată pentru o misiune planetară a NASA, Europa Clipper, a fost lansată în octombrie 2024 și primește în prezent asistență gravitațională de la Marte, pentru a o proiecta mai repede și mai departe în spațiul cosmic. După ce va ajunge pe luna înghețată a lui Jupiter, Europa, în 2030, nava spațială va aduna imagini și date pe care oamenii de știință le pot folosi pentru a explora activitatea geologică și capacitatea acesteia de a găzdui viața.

Timken a colaborat cu clientul Johns Hopkins Applied Physics Lab (APL) pentru a dezvolta sistemul de indicare pentru sistemul de imagistică cu unghi îngust (NAC), care va captura detalii mărite ale suprafeței Europei.

Camera se află pe un sistem cardanic, cu două axe, care permite o poziționare precisă – un element crucial pentru colectarea imaginilor de înaltă rezoluție, măsurători revoluționare și cartografierea detaliată a Europei. În centrul sistemului cardanic se află rulmenții cu bile cu secțiune subțire de la Timken®, care permit oamenilor de știință să încline camera fără probleme și cu precizie.

„Zborul spațial este foarte specializat”, a declarat John Renaud, inginer principal de aplicații Timken, cu aproape 20 de ani de experiență în conceperea rulmenților proiectați pentru aviația spațială, comercială și militară. „Fiecare nouă misiune împinge limitele la extrem.”

Europa Clipper nu face excepție. Nava spațială și NAC-ul său, care este relativ expus având în vedere poziția sa pe vehicul, sunt deja supuși unor temperaturi extrem de scăzute și unor niveluri mărite de radiații în timpul zborului. Odată ce ajunge în apropierea Europei și începe să funcționeze în umbra lui Jupiter, temperaturile sistemului sunt de așteptat să scadă la o temperatură de -400˚F (-140˚C).

Cu toate acestea, potrivit lui Renaud, cel mai mare obstacol în proiectare este ceea ce se petrece pe rampa de lansare.

„O navă spațială și sarcina sa utilă trebuie să decoleze mai întâi de pe planetă”, a spus el. „Ne supraproiectăm și supraconstruim rulmenții, pentru a supraviețui sarcinilor de lansare. Factori precum durata de viață necesară a rulmentului, stresul de contact și rigiditatea sistemului pentru mai târziu în misiune se alătură și ele călătoriei.

Ingineri într-o cameră curată de la Jet Propulsion Laboratory al NASA, California de Sud, construiesc puntea nadir pentru nava spațială Europa Clipper, a NASA. Foto: NASA/JPL-Caltech

Modelarea complexă face să progreseze inovația pentru clienți

Renaud și echipa sa i-au asistat pe inginerii APL de-a lungul dezvoltării lor de-a lungul anilor, modelând rulmenții comparativ cu mai multe iterații de proiectare a camerelor.

În timpul dezvoltării, NASA a modificat vehiculul de lansare al Europa Clipper de la noul sistem de lansare spațială (SLS) la racheta mai rentabilă și mai ușor accesibilă, SpaceX Falcon Heavy. Această modificare ar supune NAC și rulmenții săi la un set diferit de condiții de sarcină de lansare față de cel la care nava spațială a fost proiectată inițial să reziste. Modificarea a prelungit, de asemenea, durata călătoriei navei Europa Clipper spre Jupiter, mărind foarte mult expunerea totală a rulmenților la frig și radiații.

Înainte și după modificare, inginerii au utilizat Designerul de sisteme de rulmenți, Syber®, de la Timken® (BSD), o platformă robustă de proiectare a rulmenților, pentru a modela diverse geometrii și materiale pentru a prezice durata de viață și performanța rulmenților. Modelarea poate fi deosebit de dificilă pentru rulmenții cu secțiune subțire, care au un volum mare de elemente de rulare.

„Datele ne-au ajutat să alegem materiale atipice pentru acești rulmenți, dar esențiale pentru aplicație”, a spus Renaud. „Am dezvoltat un rulment cu bile cu secțiune subțire, utilizând un opritor din oțel și am aplicat un lubrifiant cu peliculă uscată, potrivit atât pentru încărcăturile de lansare supraviețuitoare, cât și pentru a rezista la temperaturi și radiații extreme susținute.”

Renaud a adăugat că este esențială și colaborarea cu clienții. Echipa Timken a furnizat inginerilor APL rulmenți pentru a construi și testa prototipul camerei, precum și informații pentru condițiile de testare. După testare, APL a furnizat companiei Timken date esențiale privind sarcina și performanța, pentru a rafina și mai mult alegerea materialului rulmentului.

„Totul a supraviețuit lansării, în octombrie”, a adăugat Renaud. „Odată ce se va apropia de Europa, succesul se va baza pe simulările pe care le-am făcut și pe modelele pe care le-am realizat împreună.”

Unitatea Timken din Keene, NH, este specializată în rulmenți cu bile de super precizie, cu diametrul exterior de 1/8 dintr-un inch. Datorită toleranțelor de precizie mai stricte, rulmenții sunt asamblați și inspectați în „camere curate din clasa 10.000”, care sunt aproape complet lipsite de contaminare.

O moștenire a cercetării și dezvoltării aerospațiale, axată pe viitor

În cursul călătoriei sale, Europa Clipper va beneficia de soluții suplimentare de rulmenți Timken într-un alt sistem esențial – ansamblurile roții de reacție (RWA). Sistemul RWA stabilizează mecanismul de stabilire pe orbită a navei Europa Clipper, în zbor, pentru a ajuta la menținerea cursului și pentru a asigura poziționarea exactă a NAC și a altor instrumente, inclusiv antene necesare pentru a transmite date înapoi, către oamenii de știință de pe Pământ.

Va trece, de asemenea, printr-o serie de alte minuni, posibile prin intermediul a peste un secol de inovație aerospațială Timken, cum ar fi cel mai puternic telescop construit vreodată și rover-ele care au explorat Marte timp de aproape 30 de ani.

Aceste inovații au pus bazele următoarei generații de tehnologie aerospațială, care se transformă rapid, odată cu noile misiuni ambițioase ale agențiilor spațiale și comercializarea de activități cum ar fi călătoriile spațiale și comunicarea prin satelit.

„Fundamentele vor rămâne aceleași”, a concluzionat Renaud, „dar vom continua să-i ajutăm pe clienți să depășească limitele”.

Inginerii Timken îi ajută pe clienții din industria aerospațială să depășească limitele și să adopte noi tehnologii. Aflați cum ne pregătim pentru zborul electric și cum îmbunătățim eficiența zborurilor comerciale tradiționale cu ajutorul rulmenților ceramici hibrizi.

Last Updated: 2025/06/11

Published: 2025/06/5