Mnoho míst ve Sluneční soustavě jsou promrzlé lokality, které vyžadují, aby sondy, které se sem vydají, byly vybaveny ohřívači. Lunární mise Artemis mají mířit do oblasti jižního pólu našeho souputníka, kde teploty v průběhu lunární noci rapidně klesají. Nízké teploty ale čekají i na průzkumné sondy, které zamíří k cílům dále od Slunce – třeba na Jupiterův měsíc Europa, kde teploty ani na rovníku nikdy nevystoupají nad mrazivých -162 °C. Jeden z projektů NASA si proto dal za cíl vyvinout ozubená kola, která odolají těmto extrémním teplotám.

Běžně jsou kolečka společně s celým krytem převodovek vyhřívaná. Po zahřátí totiž mazivo pomáhá kolečkům lépe fungovat, kromě toho se tím zabrání zkřehnutí materiálu (různé slitiny oceli), které může způsobit i prasknutí dílu. Tým kolem projektu BMGG (Bulk Metallic Glass Gears) nyní pracuje na vytvoření materiálu pro převodovky, který by vycházel z kovových skel (viz náš starší článek). Takové převodovky by mohly pracovat i v extrémně chladném prostředí, aniž by potřebovaly ohřev, který vyžaduje energii. Činnosti v chladných a tmavých lokalitách jsou už tak dost omezené tím, že lander nebo rover nemá k dispozici velké množství energie.

Neohřívané převodovky z BMGG tak sníží celkovou spotřebu energie, která je potřeba k provozu landeru či roveru jako je zaměřování antén či kamer, nebo pohyb robotické paže, manipulace se vzorky a jejich analýza, případně pohyb samotný – v případě roverů. Energie ušetřená díky převodovce z BMGG může buďto prodloužit životnost sondy, nebo naopak umožní přidat na ni více přístrojů.

Motor a převodovka jsou při testech namontovány v jedné ze dvou horizontálních orientací. Když se k ochlazení hardwaru na zkušební teplotu -173 °C použije kapalný dusík, vytvoří se na povrchu námraza. Zdroj: https://www.nasa.gov/

Týmy nyní testovaly ozubená kolečka v areálu kalifornské JPL v tamní Environmental Test Laboratory. Inženýři zde připojili motor a převodovku na otočný nosník, který umí měřit odezvu konstrukčního prvku na silný náraz. Členové týmu pak použili kapalný dusík k ochlazení celé převodovky na zhruba -173 °C. Následně přistoupili k uvolnění válcovitého ocelového impaktoru, který narazil do nosníku, čímž simulovali výše zmíněný náraz. Podobné testy se používají pro ověření, jak si konstrukce poradí s náhlým otřesem, který může nastat třeba při uvolnění antény nebo při průchodu atmosférou a přistání. Tento konkrétní test simuloval, jak se budou kolečka z kovových skel chovat při odběrech regolitu během lunární noci, která trvá 14 pozemských dnů, nebo při rozkládání vědeckých přístrojů na ledovém světě v naší Sluneční soustavě.

„Než jako NASA pošleme hardware jako převodovky, zejména pak ty, které jsou vyrobeny z nových materiálů, do extrémně chladného prostředí, chceme se ujistit, že nebudou poškozeny událostmi, ke kterým v průběhu mise dochází,“ popisuje Peter Dillon, projektový manažer týmu BMGG z JPL a dodává: „Tyto nárazové zkoušky simulují namáhání materiálu při průchodu atmosférou, přistání, ale i při práci na povrchu.“

Náraz je při zkoušce generován vypuštěním ocelového projektilu (jeden z kulatých válců v levé dolní části obrázku) do spodní části dlouhého ocelového nosníku. Velké svorky nastavují délku nosníku, který může při nárazu „zvonit“. Změnou polohy svorek lze vyladit profil nárazu, odtud název „laditelný nosník – tunable beam“. Velká kostka namontovaná na nosníku zjednodušuje montáž hardwaru pro testování. Průběh nárazu je zachycena pomocí akcelerometru namontovaného na hardwaru. Zdroj: https://www.nasa.gov/

Před každou nárazovou zkouškou pracovník týmu zalil převodovku a motor kapalným dusíkem. Ten se vaří při -196 °C a dokázal tak ochladit konstrukci na již zmíněných -173 °C. Kapalný dusík během chvilky odtekl a v tu chvíli přišlo vypuštění ocelového impaktoru. Ten zasáhl nosník, na kterém byl připojený motor s převodovkou. Pracovníci týmu měřili elektrický proud nutný k chodu motoru a poslouchali, zda neuslyší nějaké divné zvuky, které mohou naznačovat poškození. Motor a převodovka byly otestovány ve třech různých orientacích a při každé proběhly dva testy. Všechny zkoušky prokázaly, že ozubená kolečka přečkala nárazovou událost i při teplotách -173 °C.

„Je to vzrušující událost, která ukazuje jak mechanickou odolnost slitin na bázi kovových skel, tak konstrukci převodovky,“ říká Dillon a dodává: „Tyto převodovky by mohly pomoci umožnit potenciální operace během měsíční noci v trvale zastíněných měsíčních kráterech, v polárních oblastech na Měsíci a na oceánských světech.“ Experti z týmu BMGG chystají další testy za nízkých teplot na příští rok. Jejich cílem bude certifikovat tuto technologii pro použití na budoucích amerických misích.

Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/bmgg_cryo_2.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/bmgg_cryo_1.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/bmgg_cryo_3.jpg