铁姆肯公司深厚的专业知识助力深空探索

航天飞行的未来正以惊人速度发展。公共和私营机构的研究人员比以往合作更紧密，共同推动着新一代技术的发展，以进一步探索月球、火星和其他空间。

铁姆肯公司利用其深厚的航空专业知识和能力，助力客户开发以前没有的解决方案，将不可能的任务变为现实。首席应用工程师 John Renaud 如此解释。

“我们超标准设计和建造了轴承，以承受发射时的负载。同时还考量任务后期会出现的因素，如所需的轴承寿命、接触应力和系统刚度。”

John Renaud
首席应用工程师

奔向欧罗巴

NASA 行星任务有史以来最大的航天器“欧罗巴快船”于 2024 年 10 月发射升空，目前正借助火星的重力助推，更快、更远地飞向深空。如果该航天器能按预期在 2030 年到达木星的冰卫星欧罗巴，将采集图像与数据，帮助科学家探索欧罗巴的地质活动以及孕育生命的可能性。

铁姆肯公司与约翰·霍普金斯应用物理实验室 (APL) 合作，为窄角相机 (NAC) 成像系统开发了定位系统，用于捕捉欧罗巴地表的高清细节。

这台相机安装在双轴万向架系统上，可实现精确定位——而这正是采集高分辨率图像、获取突破性测量数据和详细绘制欧罗巴地图的关键要素。万向架系统的核心是 Timken® 薄壁滚珠轴承，这种产品能让科学家的相机平稳准确地倾斜。

铁姆肯公司的首席应用工程师 John Renaud 拥有近 20 年航天、商用和军用航空轴承的设计经验，他表示：“航天飞行专业性非常强。每一个新任务都在挑战极限。”

欧罗巴快船也不例外。航天器及其 NAC 在航天载具上处于相对比较外露的位置，飞行中需要承受极低温和强辐射。当它抵达欧罗巴附近，进入木星阴影区作业时，系统温度预计将降至 -400˚F (-140˚C)。

但 Renaud 指出，最大的工程挑战来自发射阶段。

他说，“航天器及其有效载荷必须首先克服地球引力。我们超标准设计和建造了轴承，以承受发射时的负载。同时还考量任务后期会出现的因素，如所需的轴承寿命、接触应力和系统刚度。”

工程师在南加州 NASA 喷气推进实验室的无尘室中，为 NASA 的欧罗巴快船航天器建造天底甲板。资料来源：NASA/JPL-Caltech

精密建模推进客户创新

Renaud 及其团队在长达数年的开发周期中持续为 APL 工程师提供支持，为相机的多个设计迭代版本进行轴承建模。

在开发过程中，NASA 将欧罗巴快船的运载火箭从新型太空发射系统 (SLS) 改为了更具成本效益且可即时部署的 SpaceX 猎鹰重型运载火箭。这一变更导致 NAC 及其轴承承受的发射负载与最初的设计负载显著不同。这一变更也延长了欧罗巴快船前往木星的航行时间，大大增加了轴承在寒冷和辐射环境下的暴露时长。

变更前后，工程师利用强大的轴承设计平台 Timken® Syber® 轴承系统设计器 (BSD)，对不同的几何形状和材料进行建模，以预测轴承寿命和性能。对于有大量滚动体的薄壁轴承而言，此类建模特别有挑战性。

Renaud 说：“建模数据帮助我们选择了非常规但对应用场景至关重要的材料。我们开发的薄壁滚珠轴承使用钢制保持器，并采用了一种干膜润滑剂，既能承受发射负载，又可抵御持续的极端温度与辐射。”

Renaud 特别强调了客户协作的关键性。铁姆肯公司团队不仅为 APL 工程师提供了制造和测试相机原型的轴承，还为测试条件提供建议。测试后，APL 向铁姆肯公司反馈了关键负载和性能数据，以进一步完善轴承材料选型。

Renaud 说道：“所有产品都成功通过了十月份的发射考验。航天器抵达欧罗巴时，我们的假设和建模将决定任务的成败。”

铁姆肯公司位于新罕布什尔州基恩的工厂专门生产外径小至 1/8 英寸的超精密滚珠轴承。由于精度公差要求极为严苛，轴承将在“万级净室”内完成组装和检查，确保近乎无污染的环境。

航天研发积淀，专注未来

欧罗巴快船的航行之旅还有铁姆肯公司的其他贡献，它的另一个关键系统——反作用轮组件 (RWA) 也采用了铁姆肯公司的轴承解决方案。RWA 系统能稳定欧罗巴快船的飞行器，帮助保持航天轨道，确保 NAC 和天线等其他仪器准确定位，将数据传回地球上的科学家。

这艘航天器还将飞越多个见证铁姆肯公司百年航天创新的奇迹，例如有史以来最强大的望远镜，以及探索了近 30 年的火星漫游车。

这些创新成果为下一代航天技术奠定基础。各航天机构还在开展雄心勃勃的新任务，太空旅行和卫星通信等商业化活动也不断涌现，航天技术正在经历快速变革。

Renaud 总结道：“核心的原理将始终如一，但我们将继续帮助客户推动发展。”

铁姆肯公司的工程师帮助航空航天客户突破极限，采用新技术。了解我们如何筹备电动飞行，以及借助混合陶瓷轴承提高传统商业飞行的效率。

Published: 2025/06/5