2023 जून तीसरा सप्ताह डब्ल्यूबीएम समाचार अनुशंसा- एसएमबी बियरिंग्स: अंतरिक्ष में बियरिंग्स

नासा के कार्यवाहक उप प्रशासक एरोन कोहेन ने एक बार कहा था, "अंतरिक्ष एक जोखिम भरा व्यवसाय है।" "मैंने हमेशा प्रत्येक प्रक्षेपण को बमुश्किल नियंत्रित विस्फोट माना है।" निकट भविष्य में कई नई अंतरिक्ष परियोजनाओं की उम्मीद के साथ, इन जोखिमों से हर कीमत पर बचा जाना चाहिए। यह इंजीनियरों पर उच्च-प्रदर्शन वाले घटकों को बनाने का अधिक दायित्व डालता है जो हिंसक शटल लॉन्च और अंतरिक्ष के दुर्गम रिक्त स्थान का सामना कर सकते हैं। यहां, विशेषज्ञ बियरिंग आपूर्तिकर्ता एसएमबी बियरिंग्स के प्रबंध निदेशक क्रिस जॉनसन, सितारों से परे मनुष्य की यात्रा में उन्नत बियरिंग्स की महत्वपूर्ण भूमिका बताते हैं।

संयुक्त राष्ट्र (यूएन) ने अंतरिक्ष-आधारित सेवाओं और प्रौद्योगिकियों को 2030 के लिए अपने 17 सतत विकास लक्ष्यों की कुंजी के रूप में पहचाना है। इसकी वेबसाइट का कहना है कि अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी, "केवल जलवायु परिवर्तन को समझने और पूर्ण आपदा प्रबंधन चक्र के दौरान महत्वपूर्ण होगी; अनगिनत अनुप्रयोगों में से दो उदाहरण जिनमें स्थान योगदान दे सकता है।" फोर्ब्स पत्रिका आने वाले वर्षों में कई अंतरिक्ष तकनीकी विकास की भविष्यवाणी करती है। इनमें हरित-उन्मुख परियोजनाएं शामिल हैं, जैसे घरों और व्यवसायों द्वारा उत्पादित थर्मल उत्सर्जन की निगरानी के लिए उपग्रहों पर इन्फ्रा-रेड कैमरे, और उपग्रह इमेजरी मानचित्र जो कार्बन उपयोग के संबंध में वनों की कटाई को मापेंगे।

फोर्ब्स का कहना है कि चंद्रमा पर छोटी पेलोड यात्राओं और अधिक उपग्रहों के प्रक्षेपण की भी योजना बनाई गई है। ये परियोजनाएं उपकरण निर्माताओं पर मिशन-महत्वपूर्ण मशीन घटकों को प्राप्त करने और उपयोग करने के लिए अधिक दबाव डालेंगी जो अंतरिक्ष के निर्वात से बच सकती हैं। सेंसर, सौर सेल, लेंस और अर्धचालक जैसे महत्वपूर्ण घटकों को सूर्य के अनफ़िल्टर्ड विकिरण के कारण अत्यधिक तापमान में उतार-चढ़ाव का सामना करना पड़ेगा, जिससे कुछ मामलों में विफलता और लाखों डॉलर की क्षति होगी।

ये चुनौतियाँ बियरिंग्स पर भी लागू होती हैं। एक बड़ी समस्या यह है कि अल्ट्राक्लीन वैक्यूम वातावरण, विशेष रूप से उच्च या निम्न तापमान या अत्यधिक संक्षारक तत्वों की विशेषता वाले, जीवन को आश्चर्यजनक रूप से 90 प्रतिशत तक प्रभावित कर सकते हैं। एक ओर, मशीन निर्माता खाद्य प्रसंस्करण और इस्पात निर्माण जैसे पृथ्वी-आधारित अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाने वाले बीयरिंग के लिए प्रदर्शन आवश्यकताओं को बढ़ा रहे हैं, विशेष रूप से यह बढ़ाने के लिए कि वे अत्यधिक संक्षारक वातावरण में और नमी और रसायनों के संपर्क में कैसे प्रदर्शन करते हैं। लेकिन बीयरिंग अंतरिक्ष के रिक्त स्थान और अंतरिक्ष अनुप्रयोगों में उनके उपयोग की बढ़ती मांग का सामना कैसे कर सकते हैं?

लंबा जीवन
अंतरिक्ष की कठोर परिस्थितियों में पूर्ण निर्वात, उतार-चढ़ाव वाले तापमान जैसे चुनौतीपूर्ण कारक शामिल हैं, और लिफ्ट-ऑफ के दौरान अत्यधिक और हिंसक जी-बल रॉकेट घटकों का भी सामना करना पड़ता है। इन स्थितियों का सामना करने के लिए, बियरिंग्स को स्थान स्वीकृत होना चाहिए - लेकिन वास्तव में इसका क्या मतलब है?

शुरुआत के लिए, अंतरिक्ष में उपयोग के लिए बीयरिंगों को आदर्श रूप से AS9102 एयरोस्पेस फर्स्ट आर्टिकल निरीक्षण मानक के अनुरूप होना चाहिए, जो छोटे विद्युत घटकों से लेकर बड़े संरचनात्मक असेंबलियों तक, भागों के निर्माण की प्रक्रियाओं को कवर करता है, जिनका उपयोग विमानन, अंतरिक्ष और रक्षा में किया जाता है। यह नियमों की AS9100 श्रृंखला का हिस्सा है, जो एयरोस्पेस के लिए आईएसओ 9001 गुणवत्ता प्रबंधन प्रणाली के समकक्ष है। ये मानक बीयरिंग पर ही इंजीनियरिंग की मांग डालते हैं।

उदाहरण के लिए, बॉल केज को लें - जिसे रिटेनर भी कहा जाता है, जो बेयरिंग की गेंदों को केंद्रीय रोलिंग घटक से अलग करता है। उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध और उच्च तापमान पर अच्छे प्रदर्शन के कारण पिंजरे को AISI 304 ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील से बनाया जा सकता है। दुनिया की सबसे बहुमुखी ज्ञात प्लास्टिक सामग्रियों में से एक, पॉलीटेट्राफ्लुओरोएथिलीन (पीटीएफई) में स्टेनलेस स्टील बीयरिंग की कोटिंग भी फायदेमंद है। पीटीएफई का अंतरिक्ष यान के बाहर अधिक उपयोग हो रहा है और इसने तन्यता, बढ़ाव, लचीलापन और प्रभाव गुणों का प्रदर्शन किया है जो टेफज़ेल (ईटीएफई) जैसे अधिक सामान्य रूप से उपयोग किए जाने वाले फ्लोरीन-आधारित प्लास्टिक की तुलना में वैक्यूम वातावरण में दस गुना बेहतर हैं।

बीयरिंगों के जीवन पर भी विचार किया जाना चाहिए - खासकर यदि उनका उपयोग अंतरिक्ष यान में रोलिंग तत्वों में किया जाना है जो वर्षों, दशकों या अनिश्चित काल तक पृथ्वी से दूर चालू रहना चाहिए। स्नेहन यहां महत्वपूर्ण है, और कम-आउटगैसिंग और कम-वाष्प दबाव वाले तेल विशेष रूप से अंतरिक्ष अनुप्रयोगों के लिए विकसित किए गए हैं। सिंथेसाइज्ड हाइड्रोकार्बन या पेरफ्लूरोपॉलीथर (पीएफपीई) तरल स्नेहक का उपयोग एयरोस्पेस उद्योग में 30 से अधिक वर्षों से किया जा रहा है।

आक्रामक वातावरण
आइए अन्य सामग्रियों को देखें: सिरेमिक, जो आमतौर पर अंतरिक्ष में थर्मल सुरक्षा प्रणालियों या हीट शील्ड में उपयोग किया जाता है। यह दिखाया गया है कि सिरेमिक अत्यधिक तापमान परिवर्तन को प्रभावी ढंग से झेलता है - जैसे कि जब कोई अंतरिक्ष यान उच्च गति से किसी भी प्रकार के वातावरण में प्रवेश करता है, चाहे वह पृथ्वी हो या मंगल। सिरेमिक में उत्कृष्ट निम्न और उच्च तापमान स्थिरता होती है जिसका अर्थ है कि उनका उपयोग गहरे अंतरिक्ष और क्रायोजेनिक्स के साथ-साथ भट्टी अनुप्रयोगों में भी किया जा सकता है।

यह हमें सिरेमिक बीयरिंगों की ओर ले जाता है, जो अक्सर अपने फायदे और नुकसान के कारण अपने स्टील बीयरिंग समकक्षों पर हावी हो जाते हैं। सबसे पहले, विपक्ष: सिरेमिक बियर रिंग की गोलाई उच्च परिशुद्धता वाले स्टील बियरिंग जितनी अच्छी नहीं होती है। यद्यपि सिरेमिक बीयरिंग स्टील की तुलना में कठिन होते हैं, सामग्री भी अधिक भंगुर होती है। इस कारण से, मशीन टूल्स या टर्बाइन जैसे बहुत उच्च गति वाले अनुप्रयोगों में पूर्ण सिरेमिक बीयरिंग का उपयोग नहीं किया जाता है। इन अनुप्रयोगों के लिए सुपर-प्रिसिजन हाइब्रिड बियरिंग्स को प्राथमिकता दी जाती है। सिरेमिक बीयरिंग भी अधिक महंगे हैं।

फिर भी, सिरेमिक बियरिंग्स का उपयोग आक्रामक वातावरण में किया जाता है जहां अन्य सामग्रियां उपयुक्त नहीं होती हैं। इनका उपयोग आमतौर पर उन अनुप्रयोगों में किया जाता है जहां अत्यधिक कम या उच्च तापमान के संपर्क के साथ-साथ उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध की आवश्यकता होती है। दूसरे शब्दों में, सिरेमिक वस्तुएं अंतरिक्ष में उपयोग के लिए आदर्श हैं।

एसएमबी बियरिंग्स के सिरेमिक बियरिंग्स में उपयोग की जाने वाली सबसे आम सामग्री ज़िरकोनिया (ZrO2) और सिलिकॉन नाइट्राइड (Si3N4) हैं। दोनों में उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध है, इन सामग्रियों में कम घर्षण गुणांक है, जो हमें पूर्ण सिरेमिक बीयरिंगों का एक प्रमुख लाभ देता है: वे स्नेहन के बिना लगातार गति से चल सकते हैं, यही कारण है कि Si3N4 का उपयोग अक्सर वैक्यूम वातावरण में किया जाता है।

ZrO2 बियरिंग का उपयोग 400 डिग्री सेल्सियस तक और Si3N4 बियरिंग का उपयोग 800 डिग्री सेल्सियस तक किया जा सकता है। इसके अलावा, इन तापमानों के लिए, एसएमबी बियरिंग्स की सिफारिश है कि बियरिंग्स पूर्ण-पूरक होनी चाहिए। इसका मतलब है कि बियरिंग में बॉल रिटेनर नहीं है और इसके बजाय, खाली जगह अतिरिक्त गेंदों को फिट करने की अनुमति देती है। गेंद पूरक में यह वृद्धि रेडियल असर क्षमता में महत्वपूर्ण वृद्धि की अनुमति देती है, हालांकि अधिकतम गति बहुत कम हो जाती है। लगभग शून्य से 200 डिग्री सेल्सियस नीचे तक, सिरेमिक में कम तापमान पर भी उत्कृष्ट प्रदर्शन होता है, बशर्ते एक उपयुक्त पिंजरे का उपयोग किया जाए।

अपने हल्के वजन और वैक्यूम-संगत गुणों के साथ, अंतरिक्ष-अन्वेषण अनुप्रयोगों में सिलिकॉन नाइट्राइड बीयरिंग पर बहुत भरोसा किया जाएगा। वे विशेष रूप से उपग्रहों और अंतरिक्ष यान को लाभान्वित करेंगे, जिन्हें उन्नत उड़ान गतिशीलता और त्वरण निष्पादित करने के लिए इष्टतम वजन क्षमता की आवश्यकता होती है। ये विशेषज्ञ बीयरिंग, अपने स्टेनलेस स्टील समकक्षों के साथ, यह सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण होंगे कि मानव जाति के लिए अगली बड़ी छलांग जोखिम से दूर व्यवसाय है।