直线导轨、凸轮从动件和交叉滚子轴承可以满足对航天硬件的苛刻要求。
由IKO工程人员| www.ikont.com
随着太空活动从政府机构转变为一个由商业实体甚至初创公司推动的日益增长的行业，航天器的类型和它们所支持的任务也在扩大。这个多元化的行业正在提供创新的概念，例如自动探索车、太阳帆、互联网卫星星座、太空垃圾清除和可重复使用的航天器，等等。
像许多其他创新技术一样，所有这些设计都依赖于精确的运动组件，一旦进入太空，必须可靠地按计划工作。
高质量的产品使设计得以实现
尽管机械系统在太空中的表现通常与在地球上不同，但在致力于定制运动组件之前，指定标准产品作为给定设计的起点仍然是有意义的。毕竟，在空间应用中，可靠性是最重要的……而组件供应商的应用工程师在他们公司的所有标准组件上都有多年的经验和应用数据。航空航天机械制造商可以利用这些知识，获得一套优化的库存组件、改装组件和完全定制的组件，这些组件将在太空中可靠地运行。
以下是设计工程师在为空间应用指定三种常见运动组件时需要考虑的几点。
Aerospace-grade线性指南:线性导轨和轨道在自动空间探索飞行器上的应用非常广泛。这种运载工具上的直线导轨必须具有特殊的冶金性能，以提供平稳和准确的运动，具有良好的刚性和长寿命。这些带有可互换部件的线性导轨可以让设计工程师根据空间的独特条件修改其导轨。
航空航天级交叉滚子轴承:通过修改以承受真空和低温，这些交叉滚子旋转轴承可以可靠地在航天器上运行。例如，交叉滚子轴承支持微型Wifi卫星上的雷达天线功能，向地面系统发送信号。它们的小尺寸也使这些轴承适合于军事监视摄像机的旋转机构。
Aerospace-grade凸轮的追随者:它们被广泛用于将旋转运动转换为扭转、转弯和拉动动作的直线运动。例如，凸轮跟随器非常适合于打开或关闭天线或太阳能电池板，如在空间站和卫星上。今天市场上的一些凸轮从动件也具有小摩擦系数的特点，以使各种航天器的外圈具有优异的旋转性能——即使是那些承受极高载荷的航天器。
对于所有这些运动部件，航空航天工程师通常可以从标准产品开始设计工作。这种方法既实用又通常是最经济的选择。通过对空间环境进行一些修改，这些库存组件可以比异国的完全定制组件便宜得多，而异国的完全定制组件最终可能被证明是成本高昂的任务。
为空间量身定制运动组件
以下是在为空间部署指定运动组件时需要考虑的一些因素。这些考虑包括为NASA喷气推进实验室(JPL)和好奇号和毅力号火星探测车的桅杆相机(mastcam)修改微型旋转和线性运动组件时所做的考虑。这些机载相机系统为导航和传输回地球分析创建全景图像。
设计要求一-在真空中工作:虽然一些标准的线性导轨是为地球上可控的真空环境制作的，但即使是这些导轨也需要定制，才能在太空中达到预期的效果。由排气引起的污染可能会给部件带来很多故障的机会，所以运往太空的部件不应该表现出这种行为。此外，由于太空温度极低(2.7开尔文或-455华氏度)，用于润滑的传统润滑脂会失效。因此，在航天设计方面经验丰富的部件供应商通常会推荐特种润滑脂或干膜润滑剂用于进入太空的设备。
好奇号上使用的直线导轨采用了专门的真空和无尘室式包装，无尘、无绒、无油、无锈……因此直线导轨满足上述要求。
设计要求两面涂层:润滑脂和传统的表面保护，如镀铬，可能无法在太空中很好地发挥作用。幸运的是，运动组件应用专家可以提出合适的替代方案。航空航天设计的一个选择是精密薄密铬沉积。否则，如果设备需要与激光或其他光源相互作用(光反射涂层是不合适的)，一些组件供应商在其运动组件上提供深色和扁平的涂层。
设计要求三——耐极端温度:过热会导致直线导轨或旋转轴承内的关键部件膨胀或收缩，降低可靠性。因此，无论什么地方的轴必须承受高温，设计工程师都应该咨询零部件供应商的专家，了解零部件的材料热力学。不同的材料可能以不同的速度膨胀和收缩。如果这种行为可能导致潜在的问题——例如，关闭正常操作所需的间隙或取下其设计预紧力值的组件——应咨询组件供应商的替代方案。
对于“好奇号”火星探测车来说，一个线性导轨是定制的，可以在高温环境下工作，并在零下130°c的温度下持续平稳运动。对于“好奇号”，该线性导轨在发射前进行了严格的低温台架测试，以确保它在适当的间隙下工作。该导轨的球再循环和球保留功能也得到了优化，以确保即使面对剧烈波动的温度也能保持一致的运动。
设计要求四——防腐蚀:空间应用面临着腐蚀及其有害影响的重大威胁。因此，指定由不锈钢制成的运动部件通常是有意义的。一些采用滚动轴承元件的标准不锈钢直线导轨适用于不能使用防腐油的应用场合。对于这种情况，一些制造商甚至可以推荐一种非标准的防锈润滑剂，以补充紧凑和轻量级(因此适合空间)的直线导轨。
设计要求五——减重:有时，从航天器上减少几盎司可能意味着一项设计被宣布不可行，还是成功建造和发射。轻型部件还可以节省数千美元的发射燃料成本。具有定制能力的组件供应商通常可以与设计师合作，以达到合适的空间性能与重量比，并可以提出减重策略。这些方法可能包括选择更小、功率更密集的产品;轻量化直线和旋转轴承中的滚动元件;在直线导轨上钻孔(安装孔之间)。
设计要求六——防止污染:好奇号相机镜头系统的工程师们得到的一个教训是，小型机构往往容易卡住。因此，为了防止污染物阻碍设备的准确性或导致其过早失效，航空航天工程师应该考虑密封件、雨刷或盖板和端板等附件，这些附件经过特殊设计，可以承受恶劣或腐蚀性环境。
想想JPL是如何要求系统和组件通过远程控制完成整个任务的。2011年发射后，“好奇号”两年的任务被无限期延长，直到今天仍在运行。“好奇号”上的线性导轨(以及“好奇号”后继者上的微型线性导轨)毅力)继续提供可靠的运行-这证明了选择运动组件供应商的价值，该供应商将帮助工程团队计划、测试和定制组件，以适应空间应用的独特可能性。
供应商可以为空间应用提供设计支持
在为空间应用选择运动组件时，工程师应该寻找对运动目标有深刻理解的供应商;大量的产品组合;以及满足独特设计目标的能力。许多供应商只专注于一个特定的专业(例如旋转或直线运动)，而缺乏一整套标准产品作为打磨最终解决方案的起点。其他提供广泛的运动专业知识和广泛的设计选项，以满足严格的要求;他们应该在设计过程的早期就参与进来。
通过广泛的合作，供应商可以修改和定制工程师组件，使其满足太空运行环境的期望。无论运动部件是为飞行器、探索飞行器、机器人卫星机构还是地面支持设备设计的，空间系统的设计者都可以确信，他们的设计将在其任务寿命及以后可靠地运行。
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