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【润滑拓展】人类在太空也用润滑脂?

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奥克奇润滑油脂工程机械润滑油脂高级锂基润滑脂

2016-05-23

摩擦无处不在——摩擦带来磨损、发热,因此需要润滑来对抗摩擦,保护机械。地面上的各种机械设备几乎都离不开润滑油/润滑脂,那么在太空里,润滑又是什么状况呢?

在国际空间站里,由于条件特殊,润滑面临特殊的挑战。美国摩擦学者与润滑工程师协会STLE在达拉斯举行了2015年的年度会议,在大会上,一位美国海军上尉Heidemarie M. Stefanshyn-Piper(以前是一名宇航员)对空间站的润滑问题进行了报告。通过她的报告,我们了解到了太空里使用润滑脂和地球上有什么异同,同时我们也了解到,和地球上的设备一样,小小的润滑问题,都可以造成整个设备的运行故障。

在航空领域,由于环境特殊,处于失重状态,因此设备润滑大多采用固体润滑剂。在5月18日的STLE大会上,Heidemarie M. Stefanshyn-Piper对太空设备上使用润滑脂的一则案例进行了报告,该报告标题为《润滑史上的终极挑战:国际空间站的润滑脂运用》。该报告基于2008年的一个太空润滑脂使用案例:2008年,在国际空间站上,NASA在一台设备的座垫上使用了润滑脂,起到润滑、减震的作用。

1996年,Heidemarie M. Stefanshyn-Piper被NASA选为宇航员,其后曾经两度飞往太空。其中一次是2006年,乘坐亚特兰蒂斯航天飞机,另一次是2008年,乘坐奋进号航天飞机。她在太空总共待了27天15小时。

太空站使用太阳能,8只巨大的太阳能电池板收集太阳能,然后给空间站供电。为了最大限度地提高发电效率,必须让电池板始终对着太阳,因此在2006年和2007年,宇航员在电池板上安装了两只旋转接头,可以实现360度旋转,设定后可以24小时内自动调整,让电池板始终迎着太阳光。

每只旋转接头都有两个巨大的座垫:即内侧环和外侧环,内侧环是不动的,外侧环可以转动,内圈和外圈在内部是啮合在一起的。内环上装有一只脚轮轴承,轴承与外环相接触,但是两者的转动方向相反。

不料,安装后才过了几个月,空间站的宇航员就注意到,其中一只旋转接头在转动中振动得厉害,连地球上的控制仪都观测到,电池板上的电流出现异常,比正常值偏高。这样的情况起初并没有预料到,说明有故障发生。

通过检查旋转接头,发现外圈的钢铁表面有损坏,在外圈的金属上,以及脚轮轴承上都发现了大量的磁化碎渣。

随后,空间站开始调查问题的根源在哪里。根据Stefanshyn-Piper的回忆,NASA决定把所有的脚轮轴承都换掉,然后给两个旋转接头都涂上了润滑脂。她表示,发生这些问题,只因为一个小细节当初没想到:脚轮轴承在与外圈接触并发生摩擦时,会磨下来一些很细小的磨屑,这些磨屑虽然很小,但是在太空中,却不能用真空吸尘器给吸掉,就是这小小的磨屑,造成了整个设备运行故障。

“通过研究,发现润滑脂有助于除掉这些细小的碎渣,因为润滑脂有粘附性。”这种太阳能电池板用的旋转接头是90年代设计的,当时还没考虑到哪种润滑脂适用于太空环境。不过,2007年的时候,研究人员确定,某些品牌的润滑脂可以使用于太空环境,该润滑脂可以适应真空下使用,化学惰性强,性质稳定,不容易与其它物质反应,耐化学品,并且可以适应较大的温度变化范围,使用时间长,因此能在太空条件下使用。

找到了适用于太空环境下的润滑脂,如何添加润滑脂也是个问题,因为太空处在失重的条件下。Stefanshyn-Piper说:“2003年,因为哥伦比亚航天飞机失事,NASA专门研发了一种太空填料枪,用于设备表面的修补、填料。这种工具专门为太空条件而设计,可以把原料挤出来并填入需要修复的部位。我们把这种填料了一下,变成“太空黄油枪”,再加上其它太空专用的工具,比如太空,用来涂敷润滑脂。添加润滑脂时,宇航员得穿上厚厚的太空服,戴着头盔,那种感觉就像穿着笨重的装备,手上套着滑雪手套修卫生间一样,但身体是漂浮着的,因为失重。”

为了做好太空设备的润滑工作,员工培训也很重要——这一点和地球上的情况一样。工作人员进行了大量的培训,练习如何使用润滑工具,还有在水池里模拟太空失重环境。2008年11月14日,当所有的准备工作做好,所有的装备都设置完成后,Stefanshyn-Piper乘着航天飞机出发了。

到达空间站后,三个宇航员出舱行走了四次,把出了故障的旋转接头清理并加上润滑脂,换上新的脚轮轴承。整个过程花了两个星期,地球上带来的润滑脂终于成功地用到了太空设备上。


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