1 października 2022


Inżynierowie z NASA Langley Research Center pracują nad opracowaniem przekładni do napędów elektrycznych przeznaczonych do zastosowania w pojazdach kosmicznych, które mają zostać wykorzystane do eksploracji Księżyca, a także w przyszłości – dalszych części Układu Słonecznego.

bmgg1
Kriogeniczna przekładnia planetarna z podzespołami z masywnego szkła metalicznego

W ramach projektu BMGG (Bulk Metallic Glass Gears) skonstruowano przekładnie kriogeniczne przystosowane do funkcjonowania w środowisku o temperaturze sięgającej –173 °C, wykorzystujące koła zębate wytworzone z masywnego szkła metalicznego. Jest to surowiec o amorficznej strukturze wewnętrznej, otrzymywany w procesie szybkiego schładzania roztopionych stopów metali z pominięciem krystalizacji (schładzanie następuje z prędkością powyżej wartości krytycznej). W porównaniu do stopów metali o strukturze krystalicznej, charakteryzuje się wysoką wytrzymałością mechaniczną, twardością, odpornością na ścieranie i ściskanie oraz odpornością chemiczną – w tym na korozję.

bmgg3
Stanowisko do badania wytrzymałości przekładni. Widoczny umiejscowiony centralnie pojemnik kriogeniczny z oszronionym wlewem ciekłego azotu (-196 °C), belka przenosząca energię uderzenia, efektor – po prawej i stalowe obciążniki – na ziemi po lewej.

Przekładnie, skonstruowane z wykorzystaniem masywnego szkła metalicznego, poddano eksperymentom w środowisku kriogenicznym. Silnik elektryczny, wraz z przekładnią, umieszczono w pojemniku, który za pomocą ciekłego azotu schłodzono do temperatury –174 °C. Tak przygotowany zestaw zamocowano na stanowisku testowym, na stalowej belce przenoszącej precyzyjnie dobraną wartość energii uderzenia na pojemnik. Po każdej próbie uruchamiano silnik, badając parametry pracy przekładni metodą akustyczną. Przeprowadzono po dwie próby w trzech różnych położeniach napędu.

bmgg2
Podzespoły przekładni (z dziesięciocentówką dla skali)

Jak wyjaśnia R. Peter Dillon, kierownik projektu BMGG w NASA Jet Propulsion Laboratory, pomyślne wyniki testów to duże osiągnięcie, gdyż ukazują zarówno wytrzymałość masowego szkła metalicznego, jak i całej konstrukcji przekładni. Jego zdaniem takie podzespoły mogą umożliwić operacje podczas nocy księżycowej, w wiecznie zacienionych kraterach, czy w polarnych regionach Księżyca. Jest to istotne usprawnienie względem dotychczasowych rozwiązań, wykorzystujących specjalne systemy grzewcze i smarujące na potrzeby przekładni napędów elektrycznych funkcjonujących w przestrzeni kosmicznej. Nowe przekładnie mają nie tylko ograniczyć wykorzystanie energii elektrycznej łazików kosmicznych, ale także umożliwić instalację na ich pokładzie większej liczby urządzeń o napędzie elektrycznym, takich jak anteny kierunkowe czy ramiona robotów.

nasa.gov