Почему реактивные колеса так «часто» выходят из строя?

[Предыстория: я пишу это как разработчик, чья прошивка находится в полете для нескольких крупных спутниковых миссий. Я разработал системы управления ориентацией, работая напрямую с инженерами по оборудованию RW.]

Как говорит Хэш, в обычных опорных колесах с механическими подшипниками возникает проблема с распределением смазки. Результатом является повышенный износ, приводящий к попаданию частиц износа в смазку, что еще больше ускоряет процесс износа.

Этому есть решение: RW на магнитных подшипниках. Они не имеют физического контакта между ротором и статическим узлом, поэтому механически имеют неограниченный срок службы. Они также имеют преимущество в более высоком крутящем моменте и меньшей микровибрации. К сожалению, они и намного дороже, и могут быть относительно тяжелее, чем механические конструкции.

Если немного расширить рамки вопроса (оставаясь в теме): ситуация усугубляется моделью финансирования космических миссий. Чтобы иметь возможность заявить об успехе миссии (и, следовательно, о финансировании будущих проектов), разработчики миссии установили очень низкую планку успеха. Многие, а может быть, и большинство миссий разрабатываются с негласным расчетом на то, что они значительно превысят порог успеха. Проблема в том, что манифест миссии будет основываться на ведомости материалов для достижения этого низкого порога успеха, что будет находиться под пристальным вниманием со стороны экономных менеджеров и/или клиентов.

Таким образом, будут выбраны реактивные колеса, которые удовлетворяют требованиям базовой миссии, но не обязательно подходят для существенно расширенной миссии. Неудивительно, что затем мы видим ранние неудачи во время расширенных миссий.

Реактивные колеса состоят из электродвигателя, прикрепленного к маховику. Есть две причины отказа:

• механический

• электрический

МЕХАНИЧЕСКИЕ НЕИСПРАВНОСТИ

И маховики, и двигатель могут быть повреждены перегрузкой и вибрацией, вызванной во время запуска. В космосе смазать подшипник практически невозможно, что приводит к увеличению трения и, в конечном итоге, к выходу из строя.

ЭЛЕКТРОННАЯ НЕИСПРАВНОСТЬ :

Оказавшись на орбите или в космосе, радиация представляет большую опасность для электронных схем.

Пример:
в случае Кеплера одно из четырех реактивных колес было потеряно из-за неустойчивого трения в течение нескольких месяцев.

Из соображений осторожности руководители миссии отключили реактивные колеса «Кеплера» на 10 дней в январе, надеясь, что перерыв перераспределит смазку внутри узлов колес, уменьшит трение и позволит агрегатам остыть.

Этого не произошло: на самом деле после остановки трение увеличилось.

Но, надеюсь, два оставшихся реактивных колеса работают нормально.

Немного подробнее о причинах механических поломок: Неустойчивость сепаратора подшипника (прокрутите до разделов, посвященных инерционным и реактивным колесам) — обычное явление. Здесь утверждается:

Истощение смазки подшипника между фиксатором шариковой дорожки вызывает нестабильность сепаратора и последующие ошибки наведения, повышенный крутящий момент подшипника и вибрацию колеса.

Если это не сразу очевидно, попробуйте это в качестве учебника. «Катание шариков» — это круговая дорожка шарикоподшипника, в котором находятся шарики. Фиксатор или клетка представляет собой неметаллический, обычно фенольный материал, который находится в шариковой дорожке и удерживает шарики на расстоянии друг от друга. Таким образом, шарики упираются как в обойму, воспринимающую основную нагрузку механизма, так и в сепаратор, не воспринимающий нагрузки. Нестабильность сепаратора подшипника относится к непреднамеренным колебаниям сепаратора, вызванным недостатком смазки.

Это затронуло как минимум миссии Кассини , а также миссии XMM -Newton .

Типичные решения, упомянутые в последних документах, полученные методом проб и ошибок, включают в себя остановку колеса на некоторое время, чтобы позволить смазке перераспределиться, а также избегание определенных рабочих скоростей, либо очень высоких, либо близких к нулю.

Этот краткий ответ предназначен для того, чтобы выделить информацию в более подробной форме в этом ответе .

Если вы найдете это интересным, прочитайте полный ответ там , и если вы так склонны голосовать, подумайте о том, чтобы сделать это там, а не здесь.

Поскольку этот и другой вопрос несколько отличаются друг от друга, и каждый из них имеет хорошие и неидентичные ответы, я не вижу способа представить любой вопрос как дубликат другого.