Mechanizmy kosmiczne

W każdym urządzeniu kosmicznym występują podsystemy mechaniczne, ale udział mechanizmów w całym systemie i ich „stopień ważności” mogą być bardzo różne.

W typowym, małym satelicie (masa ok. 100 kg) dąży się do minimalizacji ilości mechanizmów ze względu na koszty oraz proste i niezawodne działanie (mniejsza liczba urządzeń, które mogą ulec awarii). Symulacje pokazują, że satelita może pracować bez rozkładania paneli słonecznych i wysuwania anten. To skądinąd racjonalne postępowanie prowadzi do tego, że udział mechaniki w małym satelicie może być niewielki i ograniczony głównie do struktury i napędu układów inercyjnych systemu AOCS (położenie i stabilizacja na orbicie).

Na dużych satelitach (od 0,5 tony wzwyż) udział mechaniki jest zasadniczo większy a struktura mechaniczna bywa bardziej złożona. Z reguły stosuje się też rozkładanie paneli słonecznych oraz masztów antenowych, napędy do pozycjonowania satelity a także jego aparatury, np. teleskopów czy spektrometrów.

Na lądownikach stosowane są skomplikowane podsystemy mechaniczne w celu zapewnienia bezpiecznego lądowania; spadochrony redukują prędkość opadania, a wypełnione gazem powłoki otaczające obiekt, lub amortyzujące podwozia, chronią przed nadmiernym szokiem podczas zderzenia. Stosuje się również mechanizmy rozkładające panele baterii słonecznych oraz mechanizmy odwracające lądownik, w przypadku niefortunnego wylądowania „do góry nogami”. Często na lądownikach transportowane są też „bardzo mechaniczne” pojazdy oraz urządzenia do penetracji np. typu KRET.

Mechanizmy kosmiczne muszą być lekkie i wytrzymałe ale przede wszystkim ogromnie niezawodne. W zasadzie nie ma praktycznej możliwości naprawy urządzeń, które już poleciały.

Głównymi czynnikami wpływającymi na awaryjność mechanizmów kosmicznych są: wysoka próżnia, bardzo niska temperatura (nawet -160° C) oraz warunki mikro-grawitacji. Próżnia w ogóle, a wysoka próżnia (10-9 Bar) szczególnie zmienia na niekorzyść właściwości trybologiczne współpracujących materiałów. To co w warunkach ziemskich przyjmujemy dla mechanizmu za „pracę na sucho”, bez środka smarnego, to tak naprawdę jest dużym uproszczeniem.
W powietrzu jest mnóstwo kurzu i pyłków (od kilku do kilkudziesięciu milionów pyłków w 1 m3 , a nawet dla zwykłej klasy czystości tzw. clean room’u jest to ciągle 100 000 cząstek w 1 m3 ), a dodatkowo w powietrzu znajduje się para wodna.

W kosmosie styk i warstwy przypowierzchniowe skojarzonych części są idealnie odgazowane, nie ma najmniejszych śladów kurzu czy wilgoci. W takich idealnie suchych i czystych warunkach, nawet jeśli elementy nie przesuwają się względem siebie, a wykonane są z nieodpowiednich materiałów, to bardzo powiększy się współczynnik tarcia i w efekcie może nawet nastąpić ich zespawanie na zimno. Sytuacja ulega dramatycznie pogorszeniu w przypadku ruchu skojarzonych elementów i w przy występującej wibracji.

Opracowywanie niezawodnych mechanizmów pracujących w środowisku kosmicznym wymaga bardzo dobrego poznania tegoż środowiska, oceny zagrożeń, zastosowania nowoczesnych technologii i osiągnięć inżynierii materiałowej oraz wszechstronnych testów. Szybki rozwój wymienionej już inżynierii materiałowej i nanotechnologii powoduje, że można zastosować coraz bardziej skuteczne, trudnościeralne warstwy ślizgowe dobrze sprawdzające się w warunkach próżni i w szerokim zakresie temperatur.