Os instrumentos actuais nos satélites são muito sensíveis à contaminação. Esta atividade visa desenvolver um revestimento de absorção molecular que possa ser aplicado perto de superfícies sensíveis - por exemplo, instrumentos ópticos - para manter a contaminação a um nível baixo.

Após o desenvolvimento durante o SLPMC2, este projeto “A3Lub2” AAC realizou com sucesso a validação do novo material TS8591 pela ENSINGER Sintimid (AT). Em seguida, foram fabricados todos os rolamentos críticos necessários para um Refletor de Grande Dimensionamento (LDR). A AAC efectuou testes extensivos com a nova configuração “DYNAX” que permite a combinação de pré-cargas axiais e radiais, bem como a sua alteração in-situ. Concluíram com o êxito de serem selecionados para o LDR da missão de observação da Terra “CIMR”.

O principal e mais importante objetivo deste projeto foi o desenvolvimento de uma unidade de acionamento para o sector espacial, que pode ser utilizada para muitas aplicações com base na sua abordagem universal. O objetivo é uma redução de custos 66% em unidades espaciais e uma redução nos prazos de entrega dos actuais 10 meses típicos para menos de 3 meses. A parte da AAC foi a seleção dos componentes tribológicos e o teste da unidade de acionamento.

O termo “mecanismos conformes” refere-se a componentes a granel que podem substituir componentes tribológicos como rolamentos ou engrenagens: ao contrário de um rolamento ou de uma engrenagem, não necessitam de lubrificação. Utilizando ligas com memória de forma (SMA), o movimento pode ser gerado sem a utilização de um motor clássico. No âmbito do projeto 4Dprint da ESA, a RHP (AT) fabricou um mecanismo compatível (atuador rotativo) por impressão 3D. O desempenho foi testado sob TVAC na AAC. Assim, o equipamento de teste de engrenagens HADES foi adaptado para medir a rigidez, o binário de saída e o ângulo de saída em TVAC.

Nos últimos anos, a AAC desenvolveu um novo conceito híbrido multifuncional de sensor piezoelétrico/temperatura e de monitorização da frente de fluxo, da cura e da saúde estrutural de peças compósitas fabricadas por infusão de resina, principalmente para aplicações aeronáuticas.
O principal objetivo do “LiMoCoSS” é utilizar a ideia do conceito acima referido e desenvolver uma tecnologia de sensorização e monitorização para estruturas compósitas relevantes para o espaço e técnicas de fabrico como o enrolamento húmido para a monitorização em tempo real de estruturas compósitas durante o fabrico, armazenamento, transporte e utilização.

Esta atividade visa desenvolver um modelo de evaporação para mecanismos de longa duração, incluindo todos os factores de missão mais importantes que influenciam a perda de massa total dos lubrificantes. É criada uma ferramenta baseada na Web para calcular o comportamento da evaporação, a fim de dar aos engenheiros espaciais a oportunidade de construir os seus mecanismos de forma ainda mais precisa.

A ESA financiou um projeto de 1 milhão de euros liderado pela HPS, AAC e DLR para desenvolver películas multifuncionais da próxima geração para aplicações espaciais. Com o objetivo de melhorar a proteção e o desempenho dos satélites, o projeto centra-se na criação de materiais avançados com caraterísticas como a resistência ao ATOX, a ausência de reflexos e a adaptabilidade para utilização em isolamento térmico, sistemas de desorbitação e tecnologias furtivas.

A utilização de motores piezo lineares oferece vantagens atractivas (tais como uma excelente relação binário vs massa, irreversibilidade e posicionamento estável quando não alimentados). Os actuadores baseados na fricção não necessitam de energia durante os tempos de espera. No âmbito de um projeto da ESA, a AAC foi responsável por validar o coeficiente de atrito de uma forma representativa para o movimento stick-slip de tais motores piezoeléctricos. Na sequência dos resultados não promissores, a AAC pôde, no âmbito de um projeto FFG “Friction-to-Move”, desenvolver um novo revestimento que oferece um atrito médio e estável em ar ambiente e alto vácuo. 

Este projeto visa desenvolver uma metodologia melhorada e simplificada para prever a evaporação do lubrificante através de vedantes de labirinto que possa ser utilizada pelos projectistas de mecanismos espaciais. Esta previsão é fundamental para verificar se existe uma quantidade suficiente de lubrificante nos rolamentos no final da sua vida útil e, em segundo lugar, para estimar os riscos potenciais de contaminação molecular de superfícies sensíveis próximas.

Para os rolamentos de esferas, foram desenvolvidos aços com uma elevada dureza para obter uma boa resistência ao desgaste e para sobreviver a elevadas tensões de contacto, mas não resistentes à fissuração por corrosão sob tensão (SCC). No entanto, a tendência para uma maior eficiência e redução da massa conduz a “soluções integradas”, como a combinação do rolamento com a caixa, para a qual surgem tensões de tração nos anéis e surge o problema da compatibilidade com a corrosão sob tensão. O projeto validou um tratamento térmico que permite ao aço Cronidur suportar o teste SCC a um nível de tensão de 50% de Rp02 sem quaisquer sinais de corrosão e fenómenos de fissuração por corrosão sob tensão. A Harmonic Drive ® Gear utilizou uma chumaceira geradora de ondas fabricada em Cronidur e tratada termicamente por AAC. Um teste de vida em vácuo térmico foi efectuado durante quase 6 meses (de +90°C a -40°C) mostrando que os anéis da chumaceira estavam em boas condições.

Os mecanismos deslizantes são um componente comum dos satélites e são utilizados para transferir sinais eléctricos e energia eléctrica para um eixo rotativo. Nos últimos anos, tem havido muita investigação e desenvolvimento neste domínio e verificou-se que os tribómetros actuais estão a atingir os seus limites no que diz respeito ao ensaio de mecanismos de deslizamento. O objetivo do projeto “LuST” é alargar o método de ensaio existente a baixas temperaturas para verificar se os mecanismos deslizantes lubrificados são viáveis não só para temperaturas ambiente e elevadas, mas também em condições de baixa temperatura.

Em 2019, um projeto ASAP sob financiamento bilateral da Áustria (FFG) e da Alemanha (DLR) pôde ser finalizado com sucesso. O seu objetivo era aumentar o binário e a vida útil das engrenagens Harmonic Drive ® (HDs) com lubrificação sólida. Juntamente com o fabricante Harmonic Drive SE (DE) e um fornecedor austríaco de tratamentos térmicos (HMW), foi feito um esforço razoável na otimização do processo de nitruração para os aços PH utilizados para engrenagens no espaço. O principal problema residia no facto de os processos de nitruração normais provocarem a formação das chamadas “camadas de corrosão branca”, que são muito frágeis nos aços PH. O novo processo tem por objetivo evitar essa camada e apenas melhorar a dureza da subsuperfície para proporcionar um melhor suporte mecânico da superfície sujeita a tensões tribológicas. Os testes finais de vida útil foram efectuados em engrenagens Harmonic Drive ® recentemente nitretadas, tendo sido totalmente lubrificadas de forma sólida através da utilização de revestimentos de estanho nos dentes. A sua vida útil pode ser aumentada de menos de 4000 rotações para quase 15.000 rotações.

Um projeto ASAP com financiamento bilateral da Áustria (FFG) e da Alemanha (DLR) visava o aumento do binário e do tempo de vida das engrenagens Harmonic Drive ® (HDs) com lubrificação sólida. Juntamente com o fabricante Harmonic Drive SE (DE) e um fornecedor austríaco de tratamentos térmicos, foi desenvolvido um novo processo de nitruração para os aços PH utilizados nas engrenagens espaciais. O novo processo tem como objetivo evitar a camada WE frágil e apenas melhorar a dureza da subsuperfície. Em 2021, o projeto ESA-MREP “Mecanismos que funcionam a baixas temperaturas”, uma engrenagem Harmonic Drive ® foi equipada com peças recentemente nitretadas. Testes de vida útil de mais de 63.000 rotações de saída sob ciclos térmicos permanentes entre -80°C e -5°C foram bem sucedidos com alta eficiência.

Os vidros metálicos a granel (BMG) continuam a ser um tipo de material exótico. De facto, são ligas metálicas arrefecidas rapidamente. O arrefecimento rápido “congela” o estado amorfo do líquido e impede a cristalização. A AAC, actuando como subcontratada da RHP, ajudou na caraterização do material e nos testes de aplicação em molas e mecanismos de retenção e libertação (HDRM). O BMG em contacto consigo próprio mostrou uma adesão surpreendentemente baixa em testes de fretting realizados em condições de lançamento. Assim, os vidros metálicos a granel podem tornar-se uma nova opção interessante para os HDRM.

Para não depender de fornecedores não comunitários, um novo material à base de PTFE foi desenvolvido pela ENSINGER SINTIMID (AT) com o apoio da AAC. A sua utilização específica como gaiolas em rolamentos de esferas permite que o lubrificante seja transferido pelas esferas da gaiola para as pistas. Os rolamentos que podem ser equipados apenas com uma gaiola feita com o novo material à base de PTFE, mostraram em testes de longo prazo de rolamentos de esferas um baixo binário.

No âmbito do projeto “Magnetic Brake” da ESA, um consórcio austríaco concebeu, construiu e testou um sistema de travagem que pode ser ligado a um motor e aumentar o seu binário de retenção. Este dispositivo - o travão magnético - não tem contacto, não sofre desgaste e ajuda a reduzir o consumo de energia nos satélites. A parte da AAC consistiu em testar o travão magnético em condições espaciais (alto vácuo, quente e frio) e verificar o seu desempenho previsto. A campanha de testes foi concluída com êxito em 2023 e o dispositivo superou as especificações da ESA.

Aniversário de 35 anos da “Casa de testes de materiais” @ AAC 

A AAC orgulha-se de anunciar que o seu contrato-quadro com a ESTEC sobre Caracterização de Materiais Metálicos (“ESA testhouse”) completou em 2024 um aniversário de 35 anos. O primeiro contrato do nosso grupo espacial com a ESA/ESTEC foi estabelecido em 1989. Desde então, a AAC foi 4 vezes bem sucedida no estabelecimento deste contrato em concurso público. O objetivo é validar novos materiais e processos para utilização no espaço. O contrato fornecerá os dados necessários para que os engenheiros espaciais apliquem novos materiais ou processos nas suas missões. Uma vez que a qualificação para o espaço é dispendiosa e demorada, tal não é normalmente possível no âmbito da missão. 

Estudos recentes continuaram a validar a resistência ao SCC de novos materiais produzidos por AM (fabrico aditivo, impressão 3D). Uma das competências-chave no âmbito deste contrato é a “Soldadura a frio”, iniciada pela ESA na década de 1990. Finalmente, a ESA acordou com a AAC um método de teste para avaliar pares de contactos quanto ao seu risco de soldadura a frio e publicou-o como “STM-279”. Entretanto, vários pares foram examinados e os dados gerados estão disponíveis através de uma base de dados em linha. Devido a novas necessidades futuras, a norma foi recentemente actualizada pela AAC e está a ser revista pela ESA.