Космическая трибология

Космическая трибология — это дисциплина в области трибологии , которая занимается трибологическими системами для применения в космических аппаратах . ^[1] Исследования в этой области направлены на разработку надежных трибологических систем, которые могут выдерживать суровые условия космоса .

В дополнение к обычным трибологическим нагрузкам, элементы машин для космических применений должны выдерживать суровые условия во время запуска и на орбите . В частности, критическими входами трибосистемы являются: ^[2]

• случайные вибрации и акустический шум во время запуска , приводящие к высоким переходным нагрузкам и высокочастотным, низкоамплитудным движениям, которые могут вызвать фреттинг
• экстремальные температуры и колебания температур , «от криогенных температур до нескольких сотен градусов по Цельсию ». ^[2] Это может привести к резким изменениям свойств материалов, особенно в случае смазочных материалов .
• вакуум порядка 10−7 ^до 10−13 ^мбар , что приводит к испарению смазочных материалов. Это может привести как к отказу смазки , так и к загрязнению чувствительных инструментов.
• радиация , которая разрушает смазочные материалы и другие неметаллические компоненты (хотя смазочные материалы редко подвергаются прямому воздействию радиации)

Жидкие смазочные материалы для космических применений должны иметь низкое давление паров (летучесть), чтобы выдерживать высокий вакуум на орбите. Подходящие смазочные материалы включают перфторполиэфиры , циклопентаны и полиальфаолефины , в основном в виде базовых масел для смазочных материалов . ^[2]

Поскольку скорость испарения увеличивается с температурой, использование жидких смазочных материалов часто ограничивается температурами ниже 100 °C. С другой стороны спектра, вязкость жидких смазочных материалов увеличивается с понижением температуры; т. е. чем ниже температура, тем более вязкая смазка (см. также индекс вязкости ). Таким образом, использование жидких смазочных материалов ограничивается температурами около -40 °C. ^[2]

Твердые смазочные материалы используются в условиях экстремальных температур или там, где испарение смазочных материалов может привести к повреждению чувствительных приборов.

Твердые смазочные материалы наносятся в виде покрытий или посредством самосмазывающихся материалов. В первом случае обычно используют распыленный дисульфид молибдена (MoS2 ₎ и ионно-покрытый свинец (Pb); во втором случае часто используют полиимидные композиционные материалы на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ), а также свинцовую бронзу . ^[2]

Космическая трибология обеспечивает надежную работу механизмов на борту космических аппаратов, которые можно в целом разделить на одноразовые устройства (такие как развертываемые солнечные панели , развертываемые антенны и солнечные паруса ), а также непрерывно и периодически работающие устройства (такие как маховики , электродвигатели и контактные кольца ). ^[3]