FUCHS avaruudessa

Avaruusteollisuus on muuttunut kymmenen viime vuoden aikana valtavasti, eivätkä avaruuslennot ole enää yksinomaan valtioiden rahoittamia. Nykyään yksityiset yritykset kilpailevat niin varsinaisessa avaruusteollisuudessa kuin sen ulkopuolellakin päästäkseen tutkimaan tuntematonta suurten ja pienten satelliittien ja avaruusalusten avulla. Toimijoiden ja toimeksiantojen lisääntyminen sekä suuret satelliittikokoonpanot tarkoittavat, että avaruudessa käytettävien innovatiivisten voiteluaineiden tarve kasvaa entisestään.

Ostettuaan Nye Lubricants -yhtiön vuonna 2020 FUCHS tarjoaa nykyään tuotteita sekä maan pinnalla että avaruudessa käytettäviin sovelluksiin. Nye Lubricants on tehnyt yhteistyötä johtavien avaruusorganisaatioiden kanssa jo yli 65 vuoden ajan ja kehittänyt uusia, mullistavia voiteluaineratkaisuja. Helmikuussa 2021 miehittämätön Mars Perseverance -mönkijä laskeutui Marsiin, ja sen mukana planeetalle pääsi myös Nye Lubricantsin sulkukalvo. Nyen avaruuskäyttöön tarkoitettujen voiteluaineiden historia on pitkä: niitä käytettiin ensimmäisen kerran avaruudessa jo vuoden 1963 Mercury-lennolla. Nyen tuotteilla on ollut tärkeä tehtävä kansainvälisen GOES-R Series Satellites -avaruusaseman komponenttien suojauksessa, ja niitä käytetään myös James Webb -teleskoopissa, joka laukaistiin avaruuteen joulukuussa 2021.

Avaruuskäyttöön valitaan usein voiteluaineita, jotka pidentävät komponenttien käyttöikää, suojaavat optiikkaa, parantavat liikeohjausta ja ehkäisevät kontaminoitumista. Ei ole todellakaan helppo tehtävä kehittää voiteluainekoostumuksia, jotka täyttävät nämä vaatimukset avaruuden ankarissa olosuhteissa.

Nyen voiteluaineasiantuntijoiden on todella ymmärrettävä, miten sovellukset toimivat avaruudessa ja miten haastava ympäristö vaikuttaa voiteluaineeseen. ”Jotta voidaan varmistaa kaikkien komponenttien luotettava toiminta koko käytön ajan, avaruuskäyttöön tarkoitettujen voiteluaineiden kehitystyössä on otettava huomioon muun muassa äärimmäiset lämpötilat ja avaruudessa vallitseva tyhjiö sekä vähäinen kaasun purkautuminen, vähäinen hiukkasten muodostuminen ja käyttöiän pituus”, toteaa Nyen tutkimus-, kehitys- ja innovaatiojohtaja Jason Galary. Satelliittia ei nimittäin voida ajaa auton tavoin huoltoon, jos jokin osa ei toimi niin kuin pitää. Satojen miljoonien – tai jopa miljardien – dollarien arvoisissa avaruusprojekteissa ei ole varaa virheisiin. Tämä tarkoittaa, että kaikki materiaalit, myös voiteluaineet, on validoitava, jotta voidaan varmistaa niiden luotettava toiminta sovelluksen koko käyttöiän ajan.

Nyen vuonna 2019 käyttöön otettu laboratorio Vacuum Aerospace and Semiconductor Test Laboratory (VAST) tarjoaa äärimmäisen kontrolloidun ympäristön, joka on tarkoitettu nimenomaan tyhjiössä käytettävien voiteluaineiden määrittelyyn ja validointiin. ”Yksi Nyen kilpailuvalteista on, että erityisissä testikammioissamme pystytään jäljittelemään avaruuden tyhjiötä”, Galary kertoo. VAST-laboratorion erikoisrakenteisessa testilaitteistossa voiteluaineet ja komponentit altistetaan avaruutta vastaaville äärimmäisille olosuhteille. Tietyissä laitteissa, kuten Nyen Spiral Orbit Tribometer (SOT) -tribometrissa, voidaan testata myös asiakkaiden omia komponentteja ja simuloida, miten voiteluaine toimii tietyssä sovelluksessa.

SOT-laite perustuu NASA:n Glenn Research Centerin kehittämään tribometria menetelmään. Sen avulla insinöörit voivat ennustaa voiteluaineen suhteellisen käyttöiän käyttämällä pohjana kiertoratojen lukumäärää tietyllä kitkatasolla. Testauksessa simuloidaan painelaakeria, ja tulokseksi saadaan tiedot voiteluaineen menekistä, hajoamisesta ja käyttöiästä. Testaus suoritetaan erittäin tarkassa tyhjiössä, ja keskenään kosketuksiin joutuvia materiaaleja voidaan vaihdella. Näin SOT-laitteen avulla saadaan runsaasti tietoa projektin kannalta kriittisten voiteluaineiden suorituskyvystä. 

Avaruudessa käytetyistä voiteluaineista saadut tiedot voivat edistää myös puolijohteiden voiteluaineiden kehitystä. Kaasun purkautuminen ja hiukkasten muodostuminen voivat aiheuttaa ongelmia myös puolijohteiden valmistuksessa, sillä ne voivat aiheuttaa epäpuhtauksia tarkkuuskomponentteihin sekä heikentää tuotteen laatua ja suorituskykyä. Näissäkin sovelluksissa voiteluaineilta vaaditaan puhtautta, vähäistä kaasun purkautumista ja tyhjiön sietoa.

”Lubricants in Space” -videolla näytetään esimerkkejä voiteluaineista, jotka on kehitetty avaruuden äärimmäisiin olosuhteisiin.

Jos mönkijän optiikka ei toimi optimaalisesti, projekti ja vuosien kova työ voivat vaarantua. Mars Curiosity -mönkijää kehittäneet NASA:n asiantuntijat olivat huolissaan siitä, että mastokameraliitännän lähellä olevien laakerien voiteluaine lähtisi liikkeelle laitteen oltua avaruudessa jonkin aikaa. Voiteluaine voisi puristua pois laakerista, mikä nopeuttaisi kulumista ja rajoittaisi lopulta kameran liikealuetta. Optiikan suojaamiseksi NASA:n oli löydettävä tuote, joka estää voiteluaineen liikkumisen. Tuotteen oli toimittava erittäin alhaisissa lämpötiloissa luotettavasti ja ilman kaasun purkautumista. Kun tuotteessa tapahtuu kaasun purkautumista, kondensoituva materiaali voi nimittäin aiheuttaa kameran linssin huurtumisen. ”NyeBar® Barrier Film -kalvomme estivät öljyn valumisen ja korroosion tehokkaasti Mars Curiosity  mönkijässä. Tuote oli itse asiassa niin tehokas, että NASA päätti käyttää sitä myös Mars Perseverance  mönkijässään”, Galary kertoo.