美国宇航局的新“金属玻璃”齿轮可以承受撞击，在农历期间冻结温度

时间：2021-10-11 18:52:04 来源：

Andrew Kennett（左）手表作为Dominic Aldi（右）使用液氮在冲击测试之前冷却电机集成散装金属玻璃箱。电机和变速箱位于含有液氮的霜金属“桶”内。工具包括“铲斗”，设计为垂直（显示）和水平地安装在立方体上，以便在三个方向上测试电机和变速箱。

我们太阳系中的许多勘探目的地都是寒冷的，需要能够承受极端寒冷的硬件。在美国宇航局的Artemis任务期间，月亮南极的温度将在月亮之夜急剧下降。在木星的月亮系统上进入太阳系，温度从未在赤道上高于-260华氏度（-162摄氏度）。

一项NASA项目正在开发特殊齿轮，可承受在使得在月球及以后的特派团经历的极端温度。通常，在极低的温度下，齿轮 - 以及它们被包装的壳体，被称为变速箱 - 被加热。加热后，润滑剂可以正确帮助齿轮功能，并防止钢合金变脆，最终突破。美国宇航局的散装金属玻璃齿轮（BMGG）项目团队正在创造由齿轮箱的“金属玻璃”制成的材料，可以在不加热的情况下运行和存活极端的冷环境，这需要能量。由于流动站或着陆器上的可用电量的数量，当前寒冷和暗淡或暗环境的操作目前受到限制。

电机和齿轮箱安装用于测试两个水平方向之一。当液氮用于将硬件冷却至-279华氏度（-173摄氏度）的测试温度时，在“铲斗”表面上的霜形成。

BMGG未加热的齿轮箱将减少流动站或着陆器的运营所需的总功率，例如指向天线和相机，移动机器人臂，处理和分析样品，以及移动性（用于漫游者）。使用BMGG变速箱保存的电源可以扩展任务或允许更多乐器。

该队最近在南加州南部的NASA喷气式推进实验室进行了齿轮。在JPL的环境测试实验室，工程师将电机和变速箱安装在可调谐梁上，该梁设计用于测量物品的响应震动或强有力的影响。然后队员使用液氮将齿轮冷却至大约为-279华氏度（-173摄氏度）。接下来，它们在光束上射击圆柱形钢射弹，以模拟“冲击事件”。震动测试用于确保航天器硬件在导致突然颠簸的事件期间不会破坏，例如天线的释放或进入，下降和降落期间的航天器经历。该测试模拟了在农历期间收集了极阳离子样本的散装金属玻璃齿轮的表现如何 - 在地球上大约14天跨越，或在太阳系中的海洋世界部署科学文书。

通过在长钢梁的底部发射钢质量（左下方的圆柱体之一）来产生测试的冲击。大型夹具设定了可以从冲击“环”的光束的长度。通过改变夹紧位置，可以调整冲击的轮廓，因此名称“可调波束”。安装在光束上的大型立方体简化了硬件安装以进行测试。使用安装在硬件上的加速度计捕获冲击事件。

“在美国宇航局发出硬件”像齿轮箱一样的硬件“之前，特别是用新材料制作的硬件，以极度寒冷的环境，我们希望确保他们不会受到使命生命期间发生的压力事件损坏，”彼得·狄龙，BMGG项目说JPL经理。“这种冲击测试模拟了入口，下降和着陆和潜在表面操作的应力。”

在每次冲击测试之前，团队成员将液氮倒在“铲斗”中包含的电机和齿轮箱上。液氮，其在-320华氏度（-196摄氏度）沸腾，使齿轮箱温度低于-279华氏度（-173摄氏度）。液氮排出，在几秒钟内，在安装电动机和齿轮箱的钢梁上燃烧钢冲击器。然后，团队运行电机以驱动变速箱来确定震动事件是否损坏了变速箱及其电机。该团队监控了运行电机所需的电流，并为任何指示损坏的声音听取的任何不规则声音。电机和齿轮箱在三种不同的方向上进行了两次休克。每次测试都表明，齿轮可以在低至-279华氏度（-173摄氏度）的温度下承受“冲击事件”。

“这是一个令人兴奋的事件，因为它展示了散装金属玻璃合金的机械弹性和齿轮箱的设计，”Dillon说。“这些齿轮可以帮助在月夜在月亮中实现潜在的行动，在月球上的极地地区和海洋世界中的极地地区。”

BMGG团队将于明年进行额外的寒冷温度测试，以资格在未来的NASA任务中使用齿轮。

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