Enquanto a comercialização do espaço com satélites de órbita terrestre baixa entra em um período de crescimento exponencial, a exploração profunda do espaço com espaçonaves tripuladas e não tripuladas, estações em órbita e foguetes que transportam itens para o espaço está passando por uma nova renascença.
Pense, por exemplo, no rover Perseverance que está explorando agora a superfície de Marte. No Space Launch System, o foguete mais poderoso já criado e projetado para voos tripulados no espaço profundo pela primeira vez. No projeto Artemis, que levará novamente pessoas para lua com o objetivo de estabelecer uma presença permanente para descobertas científicas, desenvolvimento de oportunidades comerciais e para a preparação da exploração de Marte e outros planetas.
Esses são apenas alguns dos projetos que atualmente estão em desenvolvimento ou em operação. As oportunidades são empolgantes, mas aproveitá-las requer a solução de desafios significativos para manter as pessoas seguras e garantir o sucesso da missão.
Falhar não é uma opção
Um dos maiores desafios é garantir o desempenho e a confiabilidade dos sistemas de Motion que controlam muitas funções da espaçonave, incluindo subsistemas para altitude e articulação, geração de energia, comunicação, observação, controle ambiental, suporte à vida etc. É esperado que esses motores tenham um desempenho perfeito para longos períodos, para algumas missões, mais de 30 anos, nas condições mais desafiadoras conhecidas.
Os veículos de exploração de superfície (rovers), tripulados ou não, possuem requisitos de movimento adicionais, incluindo motores de tração e direção, controle de braços robóticos, posicionamento de câmera para navegação e prevenção de obstáculos, coleta de amostras e muitas outras funções especializadas.
As espaçonaves tripuladas, estações espaciais e instalações de habitação possuem requisitos de movimento críticos ainda mais complexos, tanto para controle ambiental e de sistemas de suporte à vida quanto proteção contra radiação, rejeição de calor, bombas de arrefecimento criogênico, controle de altitude, mobilidade, ferramentas de torque etc.
Missões espaciais tripuladas ou não dependem cada vez mais da fabricação, montagem e manutenção robóticas de equipamentos. Da mesma forma, os robôs serão necessários para construir os futuros projetos de habitação extraterrestre, minerar recursos extraterrestres, fazer manutenção de equipamentos etc.
Com as muitas interdependências entre todos esses sistemas e subsistemas, a falha de um único sistema de Motion pode colocar em risco diversos elementos da missão, possivelmente precisando de reparos difíceis e possivelmente perigosos. Os desafios são muitos. Quando a falha não é uma opção, escolha motores confiáveis.
Desafios de outro mundo
Choques e vibrações extremos são encontrados em muitos pontos da jornada até o espaço, incluindo na decolagem, chegada à Mach 1, na etapa de separação do foguete, disparos de propulsores, ancoragens e pousos. Os motores devem resistir a todos esses eventos sem danificar rolamentos, conexões, enrolamentos, dispositivos de feedback e outros componentes.
Uma carcaça de construção resistente é muito importante para evitar danos, mas o espaço apresenta outros perigos que são uma ameaça ainda maior para a integridade dos motores e outros componentes, especialmente quando é esperado que eles tenham um desempenho confiável por anos, ou até mesmo décadas. Os perigos principais são temperaturas extremas, radiação e vácuo.
A temperatura de referência do espaço é de -270 °C. Com essa base, as temperaturas podem aumentar a níveis de variação extremos dependendo do ambiente. Por exemplo, as temperaturas na superfície lunar na linha do Equador variam de +120 °C durante o dia a -130 °C durante a noite. Regiões permanentemente em sombra próximas dos polos podem chegar a -253 °C. Essas regiões são particularmente interessantes, pois podem ter água congelada que pode ser usada para beber e para a fabricação de combustível.
Mesmo com o uso de sistemas de gerenciamento térmico que mitigam essas condições, os motores ainda devem poder funcionar em temperaturas extremas e em ciclos rápidos de temperatura. Também é muito importante que eles não contribuam para os problemas térmicos por meio do aumento excessivo de temperatura, o que pode reduzir a vida útil e danificar outros componentes próximos.
As partículas ionizadas dos raios cósmicos galácticos e da radiação eletromagnética de eventos solares pode ter energia suficiente para penetrar o exterior da espaçonave, danificando sistemas eletrônicos e eletromecânicos presentes. Nos motores, o isolamento, o encapsulamento de enrolamentos e outros componentes devem ser projetados com materiais especiais que sejam muito resistentes à degradação causada pela radiação.
No ultra-alto vácuo do espaço, a desgaseificação dos materiais não metálicos pode ser um grande problema, pois os componentes voláteis condensam e contaminam lentes, espelhos, sensores e outras superfícies. Os exemplos de materiais com baixo desempenho no espaço incluem poliéster, Teflon, vinil, nylon, silicone, borracha natural, borracha butílica, poliestireno, polietileno e outros. Os motores projetados para uso no espaço devem eliminar o uso desses materiais ou substituí-los por materiais especiais que apresentam baixas taxas de desgaseificação/dessorção.
Lançamento com a Kollmorgen
A Kollmorgen fornece motores projetados para uso em voos espaciais desde o programa Gemini na década de 60, passando pela estação espacial Skylab, ônibus espaciais e o atual crescimento exponencial de satélites de órbita terrestre baixa.
Ao mesmo tempo, nossos motores dignos da exploração espacial estão indo cada vez mais além. Eles estavam nas missões Apollo até a lua, no pouso em Marte do Viking 1 e nos rovers Spirit, Opportunity, Curiosity e Perseverance em Marte. E nossos clientes estão planejando colocar nossos motores em outras missões com o renascimento da exploração espacial.
A Kollmorgen é o parceiro certo para seus veículos espaciais, pois nos especializamos na coengenharia de motores adequados ao ambiente, independentemente do quão desafiador ele possa ser.
Para as aplicações espaciais, podemos oferecer soluções que aproveitam nossas plataformas de motor sem carcaça KBM, TBM e RBE que são adequadas para uso em ambientes de radiação intensa. Os motores podem ser projetados para atender aos requisitos de desgaseificação NASA-STD-6016A e desempenhar no ultra-alto vácuo. Eles estão disponíveis em projetos com faixa de temperatura ambiente muito alta e baixo aumento térmico. E a melhor densidade de torque minimiza o tamanho e o peso, o que é essencial em qualquer aplicação no espaço.
Como as modificações de motores convencionais feitas para atender aos requisitos das aplicações espaciais se baseiam em fórmulas padrão, a Kollmorgen pode ajudar a reduzir os custos de engenharia não recorrentes e os prazos de entrega dos motores projetados para desempenhar por anos nas condições implacáveis da exploração espacial e habitação extraterrestre.
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