深いティムケンの専門知識が深宇宙探査を可能にする

宇宙飛行の未来は驚異的なスピードで進化しています。前例がないほど官民の共同研究が行われており、月や火星などをさらに探査するミッションのための新世代の技術が求められています。

ティムケンは、航空宇宙に関する深い専門知識と能力を活かして、これまで存在しなかった場所でも顧客が解決法を打ち出して、ミッションがもはや不可能ではなくなることを助けます。主幹応用エンジニアのジョン・ルノー氏はこう説明します。

「打ち上げ荷重に耐えられるように、過剰と言われるほどに耐性を考慮したベアリングを設計し、組み立てます。ミッションの後半で必要とされるベアリング寿命、接触応力、システム剛性などの要因も、もちろん考慮されまれます。」

John Renaud）
主幹応用エンジニア

エウロパを目指す

2024年10月に打ち上げられたNASAの惑星探査機で史上最大のエウロパ・クリッパーは、火星の重力を利用して速度を速めながら、より深い宇宙へと飛んで行きます。2030年に木星の氷の衛星エウロパに到達すると、探査機は画像を収集し、データ科学者がその地質活動と生命が宿ることができるかどうかを調べます。

ティムケンは顧客であるジョンズ・ホプキンス応用物理研究所(APL)と共同で、エウロパの表面の詳細を拡大して捉える狭角カメラ(NAC)画像システムの指向装置を開発しました。

カメラは2軸ジンバルシステムに搭載されており、高解像度画像の収集、画期的な測定、エウロパの詳細な地図作成に欠かせない精密測位が可能になります。ジンバルシステムの中心にはティムケン®薄型セクションボールベアリングがあり、科学者は滑らかで正確にカメラを傾けることができます。

「宇宙飛行は非常に専門的です」と、ティムケンの主幹応用エンジニアで、 宇宙、商業、軍事航空用のベアリングの設計を20年近く行ってきたジョン・ルノーは言います。「新しいミッションは、いつも限界をはるかに超えます。」

エウロパ・クリッパーも例外ではありません。宇宙船とその狭角カメラは、機体の位置から考えても相対的に露出度が高く、飛行中にも、極度の低温と高レベルの放射線の影響を受けることが予想されます。エウロパの近くに到着し木星の影で活動を始めると、システムの温度は-400˚F (-140˚C)まで下がることが予想されます。

しかし、ルノーによると、最大の工学的な障害は、発射台で起こると言います。

「宇宙船とその積載物は、最初に惑星から飛び出さないといけません」と彼は言います。「打ち上げ荷重に耐えられるように、過剰と言われるほどに耐性を考慮してベアリングを設計し、組み立てます。ミッションの後半で必要とされるベアリング寿命、接触応力、システム剛性などの要因も、もちろん考慮に入れます。」

南カリフォルニアにあるNASAのジェット推進研究所のクリーンルームにいる技術者たちが、NASAのエウロパ・クリッパー宇宙船の下甲板を製作しています。写真提供：NASA/JPL-Caltech

洗練されたモデリングが顧客のイノベーションを促進

ルノーと彼のチームは、APLエンジニアたちの長年にわたる開発を支援し、数度行われたカメラ設計の改善のたびに、ベアリングを設計しました。

開発中、NASAはエウロパ・クリッパーのロケットを、新しいスペース・ローンチ・システム(SLS)からより費用対効果が高く入手しやすいスペースXファルコン・ヘビーロケットに変更しました。この変更により、狭角カメラとそのベアリングは、宇宙船が耐えられるように本来設計されていたものとは異なる打ち上げ負荷条件にさらされることになりました。この変更により、木星へのエウロパ・クリッパーの飛行期間が延長され、ベアリングの寒さと放射線への総曝露量が劇的に増加しました。

その変更の前後にも、エンジニアたちは、堅牢なベアリング設計がなされた Timken®Syber®Bearing System Designer (BSD)を活用して、さまざまな形状と材料をモデル化し、ベアリングの寿命と性能を予測しました。大きな容量の転がる要素がある薄型セクションベアリングのモデル化は特に困難です。

「これらのベアリングに、標準とは違うっても、アプリケーションには不可欠な材料を選択するのにデータが役立ちました」とルノーは言います。「我々は鋼製リテーナを使って薄型セクションボールベアリングを開発し、打ち上げ荷重と、長期間の極端な温度と放射線にも耐えるよう、乾式フィルム潤滑剤を塗布しました。」

ルノーは、顧客との協力が不可欠であると付け加えます。ティムケンはAPLの技術者にベアリングを提供し、それはカメラのプロトタイプの製作、テスト、テスト条件の入力には必要なものでした。試験後、APLは重要な荷重と性能データをティムケンに渡し、ベアリング材料の更なる選択が行われました。

「すべてが10月の打ち上げまで生き残りました」とルノーは付け加えます。「エウロパに近づいたら、その成功は、我々が共にたてた仮説と、一緒にモデル化したことに基づいているでしょう。」

ニューハンプシャー州キーンにあるティムケンの施設は、外径1/8インチの超精密ボールベアリングに特化しています。精密公差が厳しいため、ベアリングは汚染物質がほぼ除去された「クラス10,000クリーンルーム」で組み立てられて、検査されます。

未来にフォーカスした航空宇宙研究開発を伝える

飛行中のエウロパ・クリッパーは、もう一つの重要なシステムであるリアクションホイールアセンブリ(RWA)にある、ティムケンのベアリングソリューションの恩恵を受けることになります。RWAシステムは飛行中のエウロパ・クリッパーのオービターを安定させ、航路を維持し、狭角カメラや、地上の科学者にデータを送るのに必要なアンテナなど他の機器の正確な測位を助けます。

また、 ティムケンが100年以上にわたってもたらした航空宇宙の革新の中には最も強力な望遠鏡や、 30年近く火星を探査してきた探査車などの素晴らしい一連の製品があります。

これらの技術革新は、次世代の航空宇宙技術の基盤となっており、その技術は、宇宙機関の野心的な新しいミッションや、宇宙旅行や衛星通信などの商業化に伴い、急速に変化しています。

「基本的な考え方は変わりませんが、顧客が限界に挑戦するお手伝いを続けて行きます」」とルノーは言います。

ティムケンのエンジニアたちは、航空宇宙産業の顧客が限界に挑戦し、新しい技術を採用するのを支援します。 電気飛行に備え、従来の商用飛行の効率を ハイブリッドのセラミックベアリングで

Last Updated: 2025/06/11

Published: 2025/06/5