Specifika maziv pro aplikace v kosmickém prostoru

Při výběru vhodných maziv pro aplikaci v kosmických technologiích je nutno brát v úvahu několik zvláštních požadavků:

- Extrémní teploty ovlivňují především volbu chemického složení maziva. Většina aplikací ve volném kosmickém prostoru je charakterizována velmi nízkými teplotami, které se mohou blížit absolutní nule. Přistávací moduly pro průzkum planet a měsíců jsou vystaveny teplotám kolísajícím v širokém rozsahu, spjatým se střídáním planetárních dní a nocí, od teplot hluboko pod bodem mrazu až po velmi vysoké teploty: na Měsíci od -180 °C až +135 °C, na Marsu od -90 °C až +30 °C, na Venuši téměř konstantních +464 °C.

- Stav beztíže klade zvláštní nároky na dodávku maziva do třecího uzlu. Musí být řešeny problémy s čerpatelností maziv, která je ovlivněna mimo jiné povrchovým napětím a viskozitou používaných syntetických kapalin. Protože nedochází vlivem absence gravitace k přirozené konvekci v tekutinách, je třeba počítat v některých případech s dodatečným řešením odvodu tepla.

- Přítomnost vakua ve volném kosmu nebo na kosmických tělesech bez atmosféry resp. s velmi řídkou atmosférou, podporuje extrémní odpařování maziv z povrchů. Vhodnou volbou jsou tedy maziva s velmi nízkou tenzí par, případně může být tento problém řešen dokonalým utěsněním a izolací mazací soustavy od okolního prostoru. Velmi zajímavý vliv má přítomnost vakua na chemické reakce. Na jedné straně je nutno počítat s nepřítomností oxidačních reaktantů, jako je zejména atmosférický molekulární kyslík, což má za následek absenci tvorby oxidačních vrstev vedoucí k vysokým koeficientům tření, nefunkčnosti běžných aditiv a zadírání třecích povrchů. Na straně druhé je například na nízkých oběžných drahách kolem Země přítomen kyslík v atomární formě reaktivních radikálů, které jsou schopny velmi zásadně chemicky degradovat zasažené povrchy.

- Studené povrchy umělých družic přicházející do následného styku s bezprostředně odpařenými mazivy a mohou vést naopak ke kondenzaci jejich par a k nežádoucímu orosení citlivých částí, především optických přístrojů, jako jsou nejrůznější teleskopy a spektroskopy.

- Meteoroidy a prachové částice nepředstavují naproti tomu v meziplanetárním prostoru vzhledem k hlubokému vakuu zásadní potíž, v případě výzkumů planet, měsíců, planetek a kometárních jader se toto řeší dokonalým utěsněním.

- Pronikavá radiace je podstatným problémem mazání v kosmu, neboť vede k výraznému urychlení rozkladu všech druhů maziv, zejména pak organického základu. To platí pro oba dva typy uvažovaného záření, ať již jde o elektromagnetické spektrum, z něhož v blízkosti Země patří cca 10 % k vysoce energetickým druhům ionizujícího záření (UV-záření, X-záření) nebo rychle se pohybující částice s původem ve slunečním větru, radiačních pásech planet nebo dokonce hlubokém vesmíru.

Mazání ve vesmíru
Pro mazání ve vesmíru přicházejí v úvahu tři skupiny maziv: syntetické oleje, filmy pevných maziv a speciální plastická maziva. Příklady mazaných částí jsou rotační a lineární ložiska, piezomotory a reduktory. Typickými podmínkami jsou pomalé přesné rotační pohyby, stop-start situace, extrémně dlouhodobé mazání, vibrace a přetížení.

- Základní skupinou jsou syntetické oleje, které při použití ve vyšších rychlostech vedou ke stabilním třecím podmínkám. Zřetelnou nevýhodou je vyšší těkavost maziva a relativně vyšší degradace. Z běžných olejů do této skupiny patří PAO (polyalfaolefiny tj. syntetické uhlovodíky) a syntetické estery. Speciální vlastnosti vykazují oleje na bázi polysiloxanů, případně velmi speciální další křemíkové deriváty uhlovodíků (SiHC). Patrně nejrozšířenější skupinu pro opravdu extrémní podmínky představují syntetické perfluorované polyethery (PFPE).

- Mazání ve vakuu se neobejde bez použití speciálních mazacích filmů tuhých maziv. Jejich určitou nevýhodou je nestabilita třecích podmínek. V současnosti se používají i dlouho známé chemické sloučeniny sprejované na povrchy, jako jsou sulfidy a selenidy kovů (WS2, NbSe2) včetně nejznámějšího materiálu tzv. molyky (MoS2). Velmi se osvědčila technologie nanášení tuhých látek ve vakuu technologií plazmového sprejování. K tomuto účelu se používají vrstvy měkkých (i drahých) kovů (Pb, Ag, Au, In) nebo vysoce speciálních kompozitních materiálů (BaF2 - CaF2, WC- Co).

- Osvědčené je použití speciálních plastických maziv, kde je dnes již osvědčeným příkladem aplikace plastického maziva kombinujícího základový olej na bázi perfluorovaných polyetherů (PFPE) s extrémní termickou a radiační stabilitou a zpevňovadlo na bázi Teflonu (PTFE - polytetrafluorethylen). Tato maziva v sobě do značné míry spojují výhody syntetických olejů i pevných mazacích filmů. Kromě požadavků pro použití v kosmickém prostoru vykazují i extrémní únosnost mazacího filmu a jsou naprosto inertní a kompatibilní s používanými raketovými palivy. Vývoj tohoto druhu maziv svým významem daleko přesahuje specializované aplikace ve vakuu. Tyto produkty nalézají stále častěji uplatnění v extrémních podmínkách průmyslu a energetiky, ať již jde o extrémní teploty nebo odolnost vůči agresivním chemikáliím a ionizujícímu záření, aplikace v elektronice a vakuové technice.

Trendy pro mazání v kosmu
Kromě výše uvedeného zahrnují i mnoho převratných a zcela nových technologií. Rozvíjí se výzkumné a vývojové projekty zaměřené na konstrukci magnetických ložisek, mazání pod inertní atmosférou, plynem pod vysokým tlakem, mazání mlhou, jemnými částicemi např. ve formě grafitového prachu získávaného katalytickou tvorbou z plynné fáze. Lze očekávat, že uvedené technologie mohou mít v budoucnu velký význam i pro speciální použití v průmyslu.

Ing. Olga Křížová, Chematribos
Ing. Petr Kříž, Castrol Lubricants (CR)
 

Publikováno: 8. 12. 2015 | Počet zobrazení: 2484 449