Ciencia fricción: asegurando que las cosas se muevan en el espacio

Un edificio convencional en una zona industrial a las afueras de Warrington, Reino Unido, lleva más de cuatro décadas jugando un papel esencial en gran parte de las misiones espaciales europeas con partes móviles – prácticamente todas ellas.

Hacer que las cosas se muevan en el espacio, y mantener esta capacidad con el paso del tiempo, exige un esfuerzo excepcional. Estos componentes deben hacer su trabajo para que el satélite funcione y lleve a cabo su misión – un mecanismo atascado puede poner en riesgo la misión rápidamente.

Estos mecanismos pueden ser dispositivos de un sólo uso, como los sistemas de sujeción y suelta utilizados para desplegar paneles solares, antenas o pértigas – esenciales para el éxito de la misión por si solos.

Luego están los mecanismos que se tienen que seguir moviendo durante toda la vida útil de la misión, como los motores de orientación de los paneles solares – que rotan lentamente para seguir el movimiento relativo del Sol – o las ruedas de reacción, que giran a miles de revoluciones por minuto para controlar la orientación del satélite.

Algunas misiones necesitan unos mecanismos específicos extraordinariamente complejos, que pueden ir desde los conos con muelles que se utilizarán para separar las naves europea y japonesa que forman la misión BepiColombo tras seis años de viaje hacia Mercurio, o las ruedas y el brazo robótico del vehículo ExoMars que explorará la superficie del Planeta Rojo. Las misiones astronómicas y de observación de la Tierra utilizan minúsculas rejillas de difracción móviles para extraer datos científicos de la luz incidente.

Resolviendo problemas

Todos estos problemas relacionados con el desgaste, la fricción, la lubricación y la fiabilidad de las partes móviles se envían al Laboratorio Europeo de Tribología Espacial (ESTL) en Warrington, parte de la red de laboratorios externos de la ESA repartidos por toda Europa.

“La tribología es un término acuñado en los años sesenta, que proviene de la palabra griega ‘tribos’, y se podría definir como la ‘ciencia del roce’”, explica Simon Griffin, director comercial de ESTL. “O, desde un punto de vista más técnico, como el estudio de la interacción entre superficies en movimiento relativo”.

“Sin embargo, el estudio de la tribología se remonta muchos siglos: un bajorrelieve egipcio muestra a una persona vertiendo aceite delante de una estatua que está siendo arrastrada por esclavos, para reducir la fricción, y el rodamiento como tal fue un invento de Leonardo da Vinci”.

El Reino Unido fundó su Centro Nacional de Tribología a finales de los años sesenta para mejorar la eficiencia de su industria. En 1972 recibió un contrato de la predecesora de la ESA, la Organización Europea para la Investigación Espacial (ESRO), para establecer un laboratorio dedicado a la tribología espacial.

La única autoridad europea

“En cierto modo, establecer una única autoridad europea en la materia resultó ser una decisión visionaria”, explica Simon Lewis, gerente del ESTL. “En los Estados Unidos o en Japón las lecciones aprendidas en el campo de la tribología no se suelen hacer públicas”.

“En contraste, el ESTL promueve el intercambio de conocimientos y de buenas prácticas entre toda la industria espacial europea, ofreciendo cursos de formación, editando un Manual de Tribología Espacial y contribuyendo a las directrices de la Cooperación Europea para la Normalización Espacial, ECSS”.

Este laboratorio cuenta con cámaras de vacío térmico para simular las condiciones del espacio y para realizar ensayos acelerados de vida útil, instrumentos para probar lubricantes (conocidos como tribómetros) y microscopios y otras herramientas de diagnóstico para examinar los mecanismos y sus superficies.