Rodamientos de bolas para sistemas de despliegue de satélites

Comunicaciones, meteorología y observación de la Tierra

Los satélites meteorológicos, de comunicaciones y de observación de la Tierra orbitan en vuelo bajo. (LEO). Una vez que los satélites han alcanzado su órbita, se despliegan los sensores, las antenas y los reflectores.
Estos sistemas de despliegue se encuentran entre los conjuntos mecánicos clave de los satélites modernos. Sistemas como las grandes antenas desplegables (LDA) y los grandes reflectores desplegables (LDR(S)) con el mecanismo de despliegue y base de antenas pueden alcanzar diámetros de más de diez metros en órbita. Para garantizar que estas estructuras a gran escala puedan desplegarse de forma fiable, se requieren soluciones de cojinetes de alta precisión y durabilidad que sigan siendo funcionales incluso en las condiciones extremas del espacio.

Ensinger Plastics en reflectores de antena ajustables

Requisitos funcionales de las soluciones de rodamientos en órbita

Las soluciones de rodamientos en el espacio están sometidas a condiciones de funcionamiento excepcionales. Deben funcionar en el vacío, bajo fluctuaciones extremas de temperatura y en presencia de radiaciones intensas. Los lubricantes, como las grasas y los aceites, se evaporan o liberan gases que pueden dañar los componentes sensibles. Dado que la relubricación no es posible en órbita, es crucial que el comportamiento de fricción sea siempre estable.
Al mismo tiempo, los cojinetes deben mantener una alta precisión y bajos coeficientes de fricción a lo largo de millones de ciclos de movimiento. Incluso un solo arranque brusco o un tartamudeo pueden poner en peligro el despliegue controlado de las antenas y los reflectores. Por lo tanto, la jaula del cojinete debe estar fabricada con un material adecuado que prolongue la vida útil del cojinete mediante la autolubricación .
Además, las condiciones de funcionamiento exigen diseños de cojinetes que ofrezcan una gran resistencia con un peso reducido y conserven su estabilidad dimensional y precisión incluso bajo tensión térmica.

Desarrollo de materiales en el proyecto SLPMC2 de la ESA - TECASINT 8591

Para cumplir los requisitos y reducir la dependencia de proveedores extranjeros, se puso en marcha el proyecto "Compuestos de matriz polimérica autolubricantes (SLPMC2)". Como parte de este proyecto, Ensinger Sintimid, en colaboración con la Agencia Espacial Europea (ESA) y Aerospace & Advanced Composites (AAC), desarrolló el nuevo material tribológico tipo TECASINT 8591.

Este autolubricante, que contiene aditivos lubricantes y cargas especiales, satisface elevados requisitos tribológicos como la baja fricción y el desgaste a velocidades de deslizamiento lentas sin efectos de stick-slip. El lubricante se desprende del material de la jaula TECASINT 8591 por el deslizamiento de las bolas y se transfiere a la pista de rodadura del rodamiento, creando así un efecto lubricante uniforme y duradero. Incluso a temperaturas criogénicas y en vacío, este material presenta excelentes propiedades de deslizamiento, por lo que resulta idóneo para su uso como material de cojinete en el espacio.

El material Ensinger es una alternativa adecuada y aprobada por la ESA al conocido PGM-HT.

Además de sus propiedades tribológicas, el material cumple los límites de desgasificación según la norma ECSS Q70-02 y presenta una baja contracción posterior.

TECASINT 8591 grey

 TECASINT 8591 based on PTFE with special sliding additives is characterised by excellent self-lubricating properties....

Par constante y comportamiento de fricción fiable

Un reto particular es mantener un par constante durante al menos 20 millones de revoluciones del rodamiento. Los resultados de las pruebas demuestran que TECASINT 8591 se caracteriza por un par de torsión del rodamiento inferior al del producto de la competencia, PGM-HT. No se producen efectos indeseables de stick-slip.

Prueba de rodamientos: TECASINT 8591 frente a PGM-HT

Jaula de rodamientos de bolas con un diámetro exterior de 40 mm
TECASINT 8591
Baja fricción y desgaste probado a más de 20 millones de revoluciones

Aprobado por la ESA

Durante la fase de proyecto, AAC investigó todas las propiedades relevantes del nuevo material, incluidas la densidad, la dureza, la expansión térmica, las propiedades autolubricantes, el comportamiento de desgasificación y las características de fricción y desgaste en un amplio rango de temperaturas, y probó las aplicaciones iniciales en colaboración con socios industriales. Incluso a temperaturas criogénicas y en el vacío, el material demuestra excelentes propiedades de deslizamiento. Tras la evaluación de los resultados, TECASINT 8591 fue aprobado por la ESA como alternativa al anterior material de fuente única PGM-HT. Los primeros clientes ya están probando el material para jaulas de cojinetes en antenas desplegables y reflectores.

Propiedades típicas

  • Altamente autolubricante
  • Bajo coeficiente de fricción
  • Sin efectos stick-slip
  • Menor desgaste y fricción
  • Bajo par de rodadura
  • Tolerancias ajustadas y sin contracción
  • Baja desgasificación según ECSS Q 70-02
  • Coeficiente de expansión térmica CLTE comparable al PGM-HT (material anterior)