FUCHS i rymden

Rymdindustrin ser väldigt annorlunda ut idag jämfört med för bara tio år sedan. Borta är de dagar då rymdexpeditioner endast var statligt finansierade. Idag tävlar privata företag, så väl inom som utanför rymdindustrin, om att utforska det okända med både stora och små satelliter och rymdfarkoster. Med fler aktörer, fler uppdrag och stora konstellationer av satelliter, kommer behovet av innovativa smörjmedel för användning i rymden att fortsätta öka.

Efter förvärvet 2020 av Nye Lubricants finns nu FUCHS produkter både här nere på jorden och ute i rymden. I mer än 65 år har Nye Lubricants samarbetat med ledande rymdorganisationer för att utveckla nya revolutionerande smörjmedelslösningar. I februari 2021 landade den obemannade landfarkosten Mars Perseverance Rover på Mars och med den även en barriärfilm från Nye Lubricants. Nyes smörjmedel för rymden går långt tillbaka i tiden – redan 1963 användes de i rymden för första gången på Mercury Mission. Nyes produkter har spelat en viktig roll i att skydda komponenter på den internationella rymdstationen GOES-R Series Satellites och på James Webb Telescope, som sköts upp den 25 december 2021.

Smörjmedel för användning i rymden, väljs ofta för att förlänga komponenternas livslängd, skydda optiken, förbättra styrningen av rörelser och förhindra kontaminering. Att ta fram smörjmedelsformuleringar som klarar allt detta i denna tuffa miljö är ingen lätt uppgift.

Nyes utvecklingsingenjörer måste verkligen förstå hur applikationer fungerar i rymden och hur smörjmedlets prestanda påverkas i den krävande miljön. ”Extrema temperaturer, vakuum, låg utgasning, låg partikelgenerering och lång livslängd är egenskaper som måste tas i beaktande när man formulerar ett smörjmedel för rymden för att säkerställa att alla komponenter fungerar tillförlitligt under hela användningstiden”, säger Dr Jason Galary, Nyes chef för forskning, utveckling och innovation. Till skillnad från en bil kan en satellit nämligen inte tas in för service om en komponent inte fungerar som den ska. Med rymduppdrag som kostar hundratals miljoner – eller till och med miljarder – dollar, finns det inget utrymme för misstag. Detta innebär att alla material som används, inklusive smörjmedlen, måste valideras för att säkerställa att de fungerar tillförlitligt under hela applikationens livslängd.

Nyes labb Vacuum Aerospace and Semiconductor Test Laboratory (VAST) öppnades 2019 och erbjuder en extremt kontrollerad miljö speciellt framtagen för formulering och validering av smörjmedel som ska användas i vakuum. ”En av Nyes konkurrensfördelar är att vi kan efterlikna rymdvakuum i våra specialbyggda testkammare”, säger Dr. Galary. I VAST-labbets specialkonstruerade testutrustning, utsätts smörjmedel och komponenter för extrema förhållanden motsvarande de i rymden. I vissa riggar, som Nyes Spiral Orbit Tribometer (SOT), kan man även testa kundernas egna komponenter för att simulera hur smörjmedlet kommer att fungera i en specifik applikation.

SOT-riggen byggdes med utgångspunkt från en tribometrimetod som utvecklats vid NASA-Glenn Research Center. Med hjälp av SOT-riggen kan ingenjörerna förutsäga den relativa livslängden på ett smörjmedel baserat på antalet omloppsbanor under en viss friktionsnivå. Testningen simulerar ett trycklager och resultaten ger en indikation om hur mycket smörjmedel som går åt, dess nedbrytning och livslängd. Eftersom testningen görs i ultrahögt vakuum och det går att variera de material som kommer i kontakt med varandra, kan SOT-riggen ge en hel del information runt prestanda för smörjmedel som är kritiska för att uppdraget ska lyckas.

Kunskaperna man fått när smörjmedel använts i rymden kan även vara till nytta även vid utveckling av smörjmedel för halvledare. Utgasning och partikelutveckling kan även vara ett problem vid tillverkning av halvledare, eftersom det kan förorena precisionskomponenter och inverka negativt på produktkvalitet och prestanda. Även här krävs alltså smörjmedel som är rena, har låg utgasning och tål vakuum.

I filmen ”Lubricants in Space” visas exempel på smörjmedel som är särskilt framtagna för användning under de extrema förhållanden som råder i rymden.

Om optiken i farkosten inte fungerar optimalt, kan både uppdrag och åratal av hårt arbete äventyras. När NASA:s ingenjörer konstruerade Mars Curiosity Rover var de oroliga för att smörjmedlet i lagren i nära anslutning till mastkameran skulle migrera efter en tid i rymden. Migrering trycker bort smörjmedlet från lagret, vilket påskyndar slitage så att kamerans rörelseområde till slut begränsas. För att skydda optiken behövde NASA därför hitta en produkt som motverkar migrering av smörjmedlet. Produkten behövde fungera tillförlitligt vid extremt låga temperaturer utan att utgasas. När en produkt utgasas kan det kondenserade materialet nämligen ge imma på kameralinsen. ”Vår NyeBar® Barrier films förhindrade framgångsrikt oljekrypning och korrosion på Mars Curiosity Rover. Produkten var faktiskt så effektiv att NASA bestämde sig för att använda den även i sin Mars Perseverance Rover,” säger Dr. Galary.