宇宙トライボロジー

宇宙トライボロジーは、宇宙船に応用されるトライボロジーシステムを扱うトライボロジー分野の学問です。^{[1]この分野の研究は、}宇宙の過酷な環境に耐えられる信頼性の高いトライボロジーシステムを設計することを目的としています。

通常の摩擦応力に加えて、宇宙用途の機械要素は打ち上げ時および軌道上での過酷な環境に耐える必要があります。特に、重要な摩擦システムの入力は次のとおりです。^[2]

• 発射時のランダムな振動と音響ノイズにより、高い過渡負荷と高周波、低振幅の動きが生じ、フレッティングを引き起こす可能性があります。
• 極度の温度と温度変動、「極低温から数百℃までの範囲」^{[2] 。特に}潤滑剤の場合、これにより材料特性が劇的に変化する可能性があります。
• 10 ⁻⁷～ 10 ⁻¹³ mbar程度の真空状態になり、潤滑剤が蒸発します。これにより、潤滑不良と敏感な機器の汚染の両方が発生する可能性があります。
• 放射線は潤滑剤やその他の非金属部品を劣化させます（ただし、潤滑剤が直接放射線にさらされることはめったにありません）。

宇宙用途の液体潤滑剤は、軌道上の高真空に耐えるために、蒸気圧（揮発性）が低い必要があります。適切な潤滑剤には、パーフルオロポリエーテル、シクロペンタン、ポリアルファオレフィンなどがあり、主に潤滑グリースのベースオイルの形で使用されています。^[2]

蒸発率は温度とともに増加するため、液体潤滑剤の使用は100℃以下の温度に制限されることが多い。一方、液体潤滑剤の粘度は温度の低下とともに増加する。つまり、温度が低いほど潤滑剤の粘性は高くなる（粘度指数も参照）。したがって、液体潤滑剤の使用は-40℃程度の温度に制限される。^[2]

固体潤滑剤は、極端な温度の用途や、潤滑剤の蒸発により敏感な機器が損傷する可能性がある用途に使用されます。

固体潤滑剤は、コーティングの形で、または自己潤滑性材料を通して塗布される。前者の場合、スパッタ二 硫化モリブデン（MoS ₂）とイオンプレーティング鉛（Pb）が一般的に使用され、後者の場合、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）をベースにしたポリイミド複合材料や鉛入り青銅がよく使用される。^[2]

宇宙トライボロジーは、宇宙船に搭載された機構の信頼性の高い動作を保証するもので、大きく分けて、ワンショットデバイス（展開型太陽電池パネル、展開型アンテナ、ソーラーセイルなど）と、連続的かつ断続的に動作するデバイス（リアクションホイール、電動モーター、スリップリングなど）に分類できます。^[3]