Başarısızlık Bir Seçenek Değildir: Timken Mühendisleri Bir Sonraki Mars Keşif Aracı için Rulmanlar Tasarlıyor

Beraber

Başarısızlık Bir Seçenek Değildir: Timken Mühendisleri Bir Sonraki Mars Keşif Aracı için Rulmanlar Tasarlıyor

2021 yılında Mars’taki eski mikrobik yaşam izlerini araştırmak için Mars’a yeni bir keşif aracı inecek. O gün geldiğinde Timken’in kıdemli uygulama mühendisi John Renaud, yumruğunu havaya kaldırıp “Evet!” diye haykırabilir. Ne de olsa keşif aracının yüzeye inmesini sağlayacak iniş frenlerinin tasarımı ona ait.

Ancak Renaud, iki yıl önce tasarladığı bu rulmanları günlük işinin bir parçası olarak görüyor. Renaud’un patronu, yani havacılık ve uzay bölümünün baş mühendisi bu konuya şu sözlerle açıklama getirdi: “John, uzay uçuşu konusunda belirli bir uzmanlığa sahip”. Mars keşif araçları için hassas rulmanlar tasarlamak bu işin bir parçası.

Şu anda kullanılmakta olan Curiosity keşif aracı ve ondan önceki iki keşif aracında da (Spirit ve Opportunity) Timken rulmanları kullanılmıştı. Curiosity aynı zamanda taş, toprak ve atmosfer alımı ve analizi için örnek kapaklarını konumlandırmak üzere dönen karusel sisteminin orta göbeğinde de Timken rulmanlarına sahiptir. Buna ek olarak iki adet ¼ inçlik (6,35 mm) Timken rulmanları, keşif aracının analiz ekipmanlarını destekleyen küçük vakum pompasını çalıştırır.

¼ inçlik rulman değeri

Bütün bunlar göz önüne alındığında Renaud’un bir noktada haklı olduğunu görüyoruz: Mars keşif aracıyla ilgili bu çalışma çok da sıra dışı sayılmaz. İster uzayda isterse de Dünya’da olsun, her dönen mekanizmanın rulman ihtiyacı vardır. Timken neredeyse 120 yıldır rulman üretiyor. Dolayısıyla Mars’ta da birkaç rulmanımızın olması oldukça doğal.

Sıra dışı olan şey ise bu rulmanların üzerinde ne kadar yük olduğudur. Renaud’a göre: “Rulman, sandığımız kadar basit bir bileşen değildir”. “Çalışan veya arızalı parça arasındaki fark 1 inçin on binde biri (2,5 mikron) gibi küçük varyasyonlar olabilir”.

Uzayda başarısızlığa yer yoktur. Bir parçanın uzayda arızalanması sonucunda onu kimse onaramaz ve görev tamamen başarısız olabilir. Curiosity’de böyle bir durum yaşansaydı Mars’a inişten kısa süre sonra 2,5 milyar dolar ve sekiz yıla mal olan planlama ve geliştirmeler durma noktasına gelebilirdi.

Ancak Curiosity, 6 Ağustos 2012’de Aeolis Palus bölgesine sorunsuz bir iniş yaptı. Yaşam döngüsü 23 ay olarak görülen Curiosity, 6 yıldır gönderdiği resim ve analizlerle keşiflerini sürdürürken tarih yazmaya devam ediyor.

Uzay uygulamalarındaki zorluklar

Renaud, uygulama mühendisi olarak çeşitli sorunlar çözüyor. Renaud; milli savunma projeleri, uydular, sensörler ve yat jiroskoplar gibi alanlarda da çalışmalar yapmıştır. Renaud’a göre rulmanın dayanması gereken başlıca dış kuvvetler, çevresel faktörler ve yük koşullarıdır. Renaud’un sözleri şöyle: “Kısaltmalar veya program adları kullanıyoruz, ancak bazen de projeler sınıflandırılıyor” “Peki bunlar hangi alana giriyor? İşte bunu size söyleyemeyiz”.

Uzay uygulamalarında, Dünya sınırlarındaki projelerde o kadar kritik olmayan bazı faktörler mevcut. Renaud’a göre öncelikle çalıştırma koşullarındaki aşırı ısı, titreşim ve hızlanma gibi koşullar göz önünde bulundurulmalı.

Timken mühendisleri, müşteri tarafından sağlanan yük koşullarını Timken’in tescilli modelleme yazılımı Syber üzerinde gerçekleştiriyor. Bu yazılım, rulmanın yük alma reaksiyonlarını simüle ediyor ve sorun çıkıp çıkmayacağını belirlemek için temas gerilimi ve mil sapmasını denetliyor.

Uzay uygulamalarında kullanılan rulmanlar, genellikle nesneleri kurutma eğiliminde olan vakum ortamında çalışır. Bu sorunu çözmek adına Curiosity rulmanları için gres ve yağ karışımından oluşan özel bir yağlama çözümü tasarlanmıştır. Uzaydaki bir başka sorun da gaz boşalmasıdır. Lowry’nin bu konu hakkındaki görüşleri şöyle: “Dengesiz malzemelerle çalıştığımızda bu malzemeler, cihazlar da dahil olmak üzere bir uydunun içindeki tüm bileşenleri kirletebilir”.

Özellikle yörüngedeki belirli bir noktaya yöneldiğinizde ve odaklandığınızda, uzayda kullandığınız rulmanların olağanüstü derecede hassas olması gereklidir. Rulman düzgün bir şekilde çalışmıyorsa bu durum, uydunun hatasız bir şekilde konumlandırılmasını etkiler ve uydunun geri kalanına titreşim yayabilir. Bu da net bir görüntü almayı önleyebilir.

Lowry, bu konuyu şu sözlerle yorumluyor: “Bir konserde kameranızı sahneye zoom’lamayı denediyseniz o mesafeden net bir görüntü alabilmek için eliniz sabit tutmanın ne kadar zor olduğunu bilirsiniz”. “Bu mesafenin dış uzaya kadar uzandığını düşünün. Veri toplamak için bir uyduya yönelmeye çalıştığınız veya bir cihaza odaklandığınız esnadaki titreşim iletimi kritik öneme sahiptir. Bu açıdan bakıldığında gerekliliklerin oldukça zorlu olduğunu söyleyebiliriz”.

İş birliğine değer veren bir kültür

Renaud, 11 yıldır Timken’de çalışıyor. UMass Lowell’da makine mühendisliği bölümünden mezun olduktan sonra kariyerine ürün mühendisi olarak başladı. Lowry ise Timken’deki 20. yılına yaklaşıyor. ArGe ve program yönetimi kariyerinden sonra 2011 yılında Havacılık ve Uzay alanında Baş Mühendisliğe geçti.

Lowry o zamanları şöyle anlatıyor: “Havacılık ve uzay alanına geçmeden önce çapı 10-12 fit (3 m – 3,7 m) olan rüzgar enerjisi rulmanları üzerine çalışıyordum”. “Havacılık ve uzay alanında kullandığımız bazı rulmanlar ise ¼ inç (6,35 gibi) gibi küçük boyutlarda”.

Her iki rulman türü de kullanıldığı uygulamalarda en iyi performansı sergiliyor. Renaud her günün birbirinden farklı olduğunu söylüyor.

Milyar dolarlık uzay programları üzerinde çalışmak, hatasızlığı ön plana çıkarıyor. En ince ayrıntıya kadar dikkat göstermenin yanı sıra ekip kültürünün benimsenmesi de açık iletişimin önemini artırıyor.

“İnsanlar sorun çözmek için burada” diyor Lowry. “Açık, dürüst ve cana yakın bir şekilde, iş birliği içinde çalışıyorlar. Timken’de çalışmanın en sevdiğim yönlerinden biri de bu”.

Timken engineers, John Renaud (left) and John Lowry (right)

Bir sonraki uzay projesi için genç mühendislere ne tavsiye veriyorlar? Bu soruya Lowry’nin cevabı şöyle: “Çok soru sorun”. “Kendinizi sünger gibi görün”.

Lowry’ye göre günümüzdeki temel uzmanlıklardan bazıları gençlere devredilmeye başlandı. Müşteriler, desteğimize daha fazla ihtiyaç duyabilir”.

Renaud, Lowry’nin söylediklerini şu sözlerle doğruluyor: “Meslektaşlarınızdan bir şeyler öğrenmeye çalışın”. “Yıllardır bu işle uğraşan insanlar, sizin için harika bir kaynak”.

Aynı zamanda uzay endüstrisi de hızlı bir şekilde gelişiyor. Renaud’un bu konudaki fikirleri şöyle: “Uydular gittikçe küçülüyor ve ucuzluyor”. “Bir şirket, küçük ve ucuz uydulardan oluşan bir takımuydu sistemi gönderiyorsa bazı durumlarda yaşanabilecek arızalar mazur görülebilir”. Bu Renaud ve Timken ekibinin alışkın olmadığı bir durum.

“Bir önceki uzay uçusundan beri Dünya oldukça değişti” diyor Lowry. Ancak bu zorluklara göğüs germeye hazır. Timken’in uzmanlığı ve iş birlikçi modeli, yeni nesillerin masaya getireceği yeni düşünceler ve fikirlerle birlikte küçük ve faal uzay şirketlerinin ihtiyaçlarını karşılamada şüphesiz önemli bir rol oynayacaktır.