發(fā)布時間:2014-10-26
太空摩擦試驗研究進展
宇宙空間飛行器、探測器所涉及的摩擦系統(tǒng)包括齒輪、軸承、接合部件、栓件等。其工作環(huán)境極具挑戰(zhàn),而溫差、零重力條件、放射線和高能粒子的轟擊以及真空度不斷變化都會影響摩擦部件工作。機械系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)首先來自于發(fā)射升空階段,強烈振動和巨大負荷會引起振動磨損。而在太空中移動部件可能長時間閑置,其至可達數(shù)年待機啟動模式,但當(dāng)接到激活指令時必須立即動作,這也給潤滑劑提出了更高要求。并且設(shè)備及其潤滑劑必須小型化、輕量化,將每公斤物體從地球隊送入空間軌道都耗資巨大。因此輕質(zhì)量的抗磨損材料以及潤滑劑仍將是開發(fā)的重點。
當(dāng)然所有設(shè)備和潤滑劑在升空之前需要經(jīng)過大量測試。上世紀(jì)60年代只考慮到真空和輻射兩個因素。這顯然是不夠的,還應(yīng)該包括失重。但是創(chuàng)建失重環(huán)境并不容易,即使設(shè)計了試驗,重復(fù)性也很難保證。因為在太空環(huán)境中摩擦、磨損、潤滑之間的相互作用與在地面的表現(xiàn)不同,真實的太空摩擦測試才是解決問題的根本途徑。
首個太空摩擦測試儀在1974年由前蘇聯(lián)的Luna22任務(wù)送入太空。它由銷盤式和套筒軸摩擦副組成,主要研究套筒中固體潤滑材料二硫化鉬的作用。各類試驗在地球上進行了15個月,之后在太空中重復(fù)進行。結(jié)果出人意料,空間環(huán)境證明比地面更溫和。太空中的摩擦系數(shù)很低,潤滑層維持的時間比地面更長,地面試驗進行了118h,而太空中128h試驗仍然沒有失敗。分析原因首先是太空存在一定量的氣體和顆粒,與地面上真空箱中模擬的環(huán)境相比更溫和。其次是由于失重,固體潤滑材料的碎屑仍會留存在摩擦接觸區(qū)發(fā)揮作用。
隨著國際空間站進入軌道,太空摩擦試驗迎來了極好的發(fā)展機會。2009-2011年NASA將8個銷盤式摩擦測試儀送入空間站。基中MISSE-7小型裝置使用了3.2mm的銷,1N的負荷,很低的滑動速率(13.2mm/s).根據(jù)2013年的試驗報道,太空中的摩擦系數(shù)也比地面在測試預(yù)測的要低。歐洲空間局(ESA)也開展了此類工作,2008-2009將名為TrioLab的多腔體測試儀送入國際空間站,其中進行了低速銷盤摩擦試驗,測試二硫化鉬摻雜碳化鎢的固體潤滑材料,結(jié)果同樣表明太空環(huán)境較地面溫和,潤滑涂層持續(xù)了高達100萬個試驗循環(huán),而地面上僅持續(xù)65萬個試驗循環(huán)。
目前太空試驗取得了一定的進展,當(dāng)然也有明顯的缺陷。主要就是試驗方法和試驗條件受限,且耗時較長,從摩擦試驗設(shè)計到實際發(fā)射升空常常需要10年之久。