La Nasa está probando engranajes que son lo suficientemente flexibles para soportar el empujón de la entrada, el descenso y el aterrizaje, pero aún lo suficientemente fuertes para sobrevivir a las temperaturas bajo cero en la Luna. Los engranajes de vidrio metálico son más resistentes que la cerámica y dos veces más fuertes que el acero, según el administrador de la agencia, Jim Bridenstine.
Muchos destinos de exploración en nuestro sistema solar son fríos y requieren hardware que pueda soportar el frío extremo. Durante las misiones Artemisa de la Nasa, las temperaturas en el Polo Sur de la Luna bajarán drásticamente durante la noche lunar. Más adentro del sistema solar, en la luna Europa de Júpiter, las temperaturas nunca superan los -260 grados Fahrenheit (-162 grados Celsius) en el ecuador.
Un proyecto de la Nasa está desarrollando engranajes especiales que pueden soportar las temperaturas extremas experimentadas durante las misiones a la Luna y más allá. Por lo general, a temperaturas extremadamente bajas, los engranajes y la carcasa en la que están encerrados, llamada caja de cambios, se calientan. Después del calentamiento, un lubricante ayuda a que los engranajes funcionen correctamente y evita que las aleaciones de acero se vuelvan quebradizas y, finalmente, se rompan.
El equipo del proyecto Bulk Metallic Glass Gears (BMGG) de la Nasa está creando material hecho de “vidrio metálico” para cajas de engranajes que pueden funcionar y sobrevivir en ambientes extremadamente fríos sin calefacción, lo que requiere energía. Las operaciones en entornos fríos u oscuros están actualmente limitadas debido a la cantidad de energía disponible en un vehículo o módulo de aterrizaje.
Las cajas de engranajes sin calefacción BMGG reducirán la potencia total necesaria para las operaciones de un vehículo de superficie o módulo de aterrizaje, como apuntar antenas y cámaras, mover brazos robóticos, manipular y analizar muestras y movilidad para un vehículo de superficie. La energía ahorrada con la caja de cambios BMGG podría extender una misión o permitir más instrumentos.
El equipo probó recientemente los engranajes en el Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la Nasa en el sur de California. En el Laboratorio de Pruebas Ambientales de JPL, los ingenieros montaron el motor y la caja de cambios en una viga sintonizable diseñada para medir la respuesta que tiene un artículo a un impacto fuerte. Luego, los miembros del equipo usaron nitrógeno líquido para enfriar los engranajes a aproximadamente -279 grados Fahrenheit (-173 grados Celsius). A continuación, dispararon un proyectil de acero cilíndrico a la viga para simular un «evento de choque». Las pruebas de choque se utilizan para garantizar que el hardware de la nave espacial no se rompa durante eventos que causan una sacudida repentina, como el lanzamiento de una antena o lo que experimenta una nave espacial durante la entrada, el descenso y el aterrizaje.
“Antes de que la Nasa envíe hardware como cajas de engranajes, particularmente aquellos hechos con nuevos materiales, a ambientes extremadamente fríos, queremos asegurarnos de que no se dañen por los eventos estresantes que ocurren durante la vida de una misión”, dijo Peter Dillon, director del proyecto BMGG en JPL. «Esta prueba de impacto simula las tensiones de entrada, descenso y aterrizaje y posibles operaciones en la superficie».
Antes de cada prueba de impacto, un miembro del equipo vertió nitrógeno líquido sobre el motor y la caja de cambios contenidos en un «cubo». El nitrógeno líquido, que hierve a -320 grados Fahrenheit (-196 grados Celsius), llevó la temperatura de la caja de cambios por debajo de -279 grados Fahrenheit (-173 grados Celsius). El nitrógeno líquido se drenó y, en unos pocos segundos, un impactador de acero disparó contra una viga de acero en la que estaban montados el motor y la caja de cambios. Luego, el equipo hizo funcionar el motor para impulsar la caja de cambios para determinar si el evento de choque había dañado la caja de cambios y su motor. El equipo monitoreó la corriente eléctrica requerida para hacer funcionar el motor y escuchó cualquier sonido irregular que indicara daños. El motor y la caja de cambios se probaron dos veces en tres orientaciones diferentes.
“Este es un evento emocionante, ya que demuestra tanto la resistencia mecánica de la aleación de vidrio metálico a granel como el diseño de la caja de cambios”, dijo Dillon. “Estos engranajes podrían ayudar a habilitar operaciones potenciales durante la noche lunar, en cráteres lunares permanentemente sombreados, en regiones polares de la Luna y en mundos oceánicos”.
El equipo de BMGG realizará pruebas adicionales de temperatura fría el próximo año para calificar los engranajes para su uso en futuras misiones de la Nasa.
