发布时间:2014-10-26
太空摩擦试验研究进展
宇宙空间飞行器、探测器所涉及的摩擦系统包括齿轮、轴承、接合部件、栓件等。其工作环境极具挑战,而温差、零重力条件、放射线和高能粒子的轰击以及真空度不断变化都会影响摩擦部件工作。机械系统面临的挑战首先来自于发射升空阶段,强烈振动和巨大负荷会引起振动磨损。而在太空中移动部件可能长时间闲置,其至可达数年待机启动模式,但当接到激活指令时必须立即动作,这也给润滑剂提出了更高要求。并且设备及其润滑剂必须小型化、轻量化,将每公斤物体从地球队送入空间轨道都耗资巨大。因此轻质量的抗磨损材料以及润滑剂仍将是开发的重点。
当然所有设备和润滑剂在升空之前需要经过大量测试。上世纪60年代只考虑到真空和辐射两个因素。这显然是不够的,还应该包括失重。但是创建失重环境并不容易,即使设计了试验,重复性也很难保证。因为在太空环境中摩擦、磨损、润滑之间的相互作用与在地面的表现不同,真实的太空摩擦测试才是解决问题的根本途径。
首个太空摩擦测试仪在1974年由前苏联的Luna22任务送入太空。它由销盘式和套筒轴摩擦副组成,主要研究套筒中固体润滑材料二硫化钼的作用。各类试验在地球上进行了15个月,之后在太空中重复进行。结果出人意料,空间环境证明比地面更温和。太空中的摩擦系数很低,润滑层维持的时间比地面更长,地面试验进行了118h,而太空中128h试验仍然没有失败。分析原因首先是太空存在一定量的气体和颗粒,与地面上真空箱中模拟的环境相比更温和。其次是由于失重,固体润滑材料的碎屑仍会留存在摩擦接触区发挥作用。
随着国际空间站进入轨道,太空摩擦试验迎来了极好的发展机会。2009-2011年NASA将8个销盘式摩擦测试仪送入空间站。基中MISSE-7小型装置使用了3.2mm的销,1N的负荷,很低的滑动速率(13.2mm/s).根据2013年的试验报道,太空中的摩擦系数也比地面在测试预测的要低。欧洲空间局(ESA)也开展了此类工作,2008-2009将名为TrioLab的多腔体测试仪送入国际空间站,其中进行了低速销盘摩擦试验,测试二硫化钼掺杂碳化钨的固体润滑材料,结果同样表明太空环境较地面温和,润滑涂层持续了高达100万个试验循环,而地面上仅持续65万个试验循环。
目前太空试验取得了一定的进展,当然也有明显的缺陷。主要就是试验方法和试验条件受限,且耗时较长,从摩擦试验设计到实际发射升空常常需要10年之久。