האתגר של קרינה אולטרה סגול בסביבת החלל

חלליות ולוויינים פועלים בסביבה עוינת הרבה יותר מכל דבר שנמצא על פני כדור הארץ. מעבר לשמיכה המגן של האווירה שלנו, הם נתונים לספקטרום מלא של קרינה אלקטרומגנטית סולארית, כולל קרינה אולטרה סגולה באנרגיה גבוהה (UV) קרינה זו UV, במיוחד את מדדי ה-UC-280 nm) ו-UB (280–3nm שקיפות), נושאת מספיק אנרגיה כדי לשבור קשרים כימיים בעלי ערך, במיוחד, ציפוי חומרים מחוספסיביים של חומרים מחוספסים, וחמצן, כלומר, לא מתאים להפחתה מתמדת של חומרים מקרינה של חומרים מקרינה של חומרים מקרינה של אור-V-V-280-280 גרם להפחתה של חומרים מקרינה, או להפחתה של חומרים מקרינה, או להפחתה מגנטית, ולכן לא מזיקהת, או להפחתה מתמדת של שקיפות, ולכן לא מזיקהת, להפחתה של חומרים מקרינה נוזלית, ולכן לא יעילה, החמצן, ולכן לא מזיקה, ולכן, החמצן, או להפחתה משמעותית, ולכן, החמצן, החמצן, או להפחתה משמעותית של שקיפות, החמצן, או להפחתה משמעותית של שקיפות, היא ירידה משמעותית של חומרים מקרינה של שקיפות, ולכן לא מזיקה, ולכן לא מזיקה,

הבנת כיצד קרינת UV אינטראקציה עם סוגים שונים של חומרים מאפשר מהנדסים לבחור או לפתח את המעבדות המתאימות ומערכות הגנה.לדוגמה, סרטים פולימידיים כמו קטון, בשימוש נרחב עבור שמיכה תרמיים ו insulation כבל, ידועים לחשיכה והופכים לערעור תחת חשיפה ממושכת של UV, אלא אם כן מדביקים את הפולימרים המופעלים על ידי פחמן בפאנלים מבניים יכולים לחוות משטחים וסדקים של חום, אך ורקמות, אך ורק על ידי גירוי חום נמוך יותר, הם עלולים פחות רגישים לטמפרטורה של חום.

סימל את השמש במעבדה: שיטות בדיקה מפתח

כדי לשכפל את גלימת ה-UV הסולארית שחווה במסלול נמוך של כדור הארץ (LEO) או בחלל עמוק, החוקרים מסתמכים על חבילת ציוד מיוחד ופרוטוקולים.המטרה היא להאיץ את תהליך ההזדקנות כך שעשרות שנים של חשיפה ניתן לדחוס בשבועות או חודשים, תוך שמירה על מתאם חוקי מבחינה מדעית לתנאי חלל אמיתיים.

סימולטורים של UV

(המכשירים האלה משתמשים במנורות קסנון או במאורות כספית-xenon כדי לייצר ספקטרום שמשתלב באופן הדוק במרחק הממוצע של כדור הארץ (AM0) מסירים אנרגיה אינפרא אדום כדי להימנע מעומס תרמי, ו-UV irradiance מותאם בדרך כלל ל-1-10 פעמים את תעשיית השמש (1361 W/m2 בסך הכל, עם כ-8% ב-UVLTs, הם מורכבים על ידי סגסוגת של חומרים רדיואקטיביתיקים, כמו ספקטרום בינוניים, כמו ספקטרום בינוניים, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, טמפרטורות סטנדרטיות של חומרים סטנדרטיים של חומרים סטנדרטיים של 2.5%, כמו ספקטרום של חומרים סטנדרטיים (FlyFlyFlyFlyFlyFlyFlypericialallypericial) הם משתמשים ב-Flypericial סטנדרטיים, כמו ⁇ (ב-Flypericialallypericial) הם בשימוש ב-FspecticuallyperiFspecticualualualualual סטנדרטיים (ב-Flasticial) ו-Flasticial סטנדרטיים, כולל: 1-Fib2, כולל

בדיקות Aging

בדיקה מבוססת על סטנדרטים כגון FLT:0ASTM E896FLT:1 (עבור סימולציה סולארית) ו-FLT:2AS G15403FLT 3 (עבור חשיפה UV עם condensation) 1 (עבור מחזורי אור UV) כדי להגדיל את עוצמת האור UV כדי לקצר את משך הבדיקה.

חדרי סביבה עם UV ו-Vcuum

מכיוון שמרחב הוא ואקום, חשיפה פשוטה של UV באוויר יכולה לייצר תוצר לוואי מחמצן שמשנה נתיבי השפלה.כדי להשיג תוצאות ייצוגיות באמת, בדיקות מבוצעות לעתים קרובות בתאי ריק מצוידים עם מקורות UV.תאים אלה יכולים גם לשלב גורמים סביבתיים אחרים: אלקטרונים וקרינת פרוטון (מתאים לקרינת VVTO) יותר מאשר מרכזי מחקר אטומיים (LO), חמצן אטומי (ב-C עד 150 מעלות צלזיוס) כגון:

הערכת ביצועים חומריים לאחר החשיפה

לאחר החשיפה, סוללה של טכניקות אנליטיות מעריכה את מידת ההשפלה.בחירה של שיטות תלויה בחומר ובתפקודו המיועד.

שינויים פיזיים ואופטימיים

בדיקה חזותית תחת מסמכי תאורה מבוקרים, סדקים, דלמנט, ושחיקה משטח.עבור חומרים שקופה כמו משקפיים כיסוי על תאים סולאריים, החשיכה המושרה UV נמדדת על ידי שידור ספקטרלי מ 200 nm עד 2500 nm. A ירידה שידור להפחית יעילות תאים סולאריים.עבור משטחים רפלקטיביים כגון קלטת Teflon מאלומיניום, סך הכל hespherical רפלקטיבית הוא מדידה רק כמה קרינת חום יכול להעלות.

בדיקת רכוש מכני

חוזק Tensile, אורך הפסקה, ואת המודולולים של יאנג נמדדים עבור סרטים וגליונות דקים. עבור מרוכבים, כוח גמיש וכוח hear הם חשובים. מיקרו-indentation וננו-indentation יכול להעריך שינויים בקשה על פני השטח.דוגמה קלאסית היא Kaptonimide: לאחר 1000 שעות שוות ערך ב-V, elongation שלה עשוי להיות החל מ -70% באופן ישיר של בטיחות.

ניתוח כימי

Fourier-transform אינפרא אדום spectroscopy (FTIR) מגלה את אובדן קבוצות פונקציונליות ספציפיות (למשל, C-H, C=O) ואת היווצרות של פחמן או hydroxyl מינים. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) מעכב חמצון משטח ושינויים בהרכב אלמנטרי.

משפחות חומריות מפתח ו-UV שלהם

כיתות חומריות שונות מגיבות ל-UV בדרכים נפרדות.הבנת ההבדלים הללו חיונית לבחירת חומרים נאותה בעיצוב חלליות.

פולימרים ו-Elastomers

פולימרים הם הפגיעים ביותר. Aromatic פולימידים (Kapton, Upilex) הם בדרך כלל עמידים יותר מאשר אלה אלphatic, אבל עדיין עוברים photo-oxidation. Fluoropolymers כמו Teflon (PTFE) ו FEP הם יציבים יחסית אבל יכול לקלקל מתחת ל-V - חמצן אטומי משולב.

מבנה משותף

תרכובות פחמן-פיבר-reinforced epoxy משמשים נרחב עבור מבני אוטובוסים חלליים, רפלקטים אנטנה, ופאנל סולארי substrates. epoxy matrix סופג UV חזק, המוביל לשחיקה משטח ומיקרו-קracking כי יכול להפיץ לתוך ממשק סיבי מטריצה. ציפויים מוגנים כגון צבעי המבוססים על פוליאורתאן הם חיוניים.

מעילים וצבעים

צבעי האברמאל-בקר (למשל, צבע לבן מבוסס על תחמוצת אבץ או טיטניום דו תחמוצת טיטניום בדלגן סיליקון) נועדו לשקף קרינה סולארית תוך פולטת אינפרא אדום. UV חשיפה יכול צהוב הכבל, צמצום רפה השמש.עם הזמן, הצבע עשוי גם לאבד דבקות וציפוי השבבים.Newer משלבים חלקיקים שתופסים או UV לפני שהוא מגיע ליציבות, לסף.

מתכת וסרטים מטבוליים

מתכות בעצי כמו אלומיניום, טיטניום, ופלדה אל-חלד הם למעשה בלתי מושפעים על ידי UV. עם זאת, משטחים חללים רבים משתמשים ציפויים מתכתיים דקים על סרטים פולימרים (למשל, כסף על Teflon, אלומיניום על Kapton) ציפויים אלה יכולים לפתח פיתולים או לאבד את הדבקות הדבקת מתחת לחשיפה תרמית שונה ו-UV המושרה גזים מביצועים של תת-הת של הציפוי ראייה.

תקני תעשייה ופרוטוקולים לבדיקות

בדיקות UV אוויריות מודרך על ידי מערך קפדני של סטנדרטים שפותחו על ידי נאס"א, ESA, ASTM ו- ISO. מסמכים אלה מציינים תנאי בדיקה, שיטות מדידה וקריטריונים קבלה.

  • (FLT:0) NASAA-STD-6016FLT:1) - חומרים סטנדרטיים ותהליכי תהליכים עבור Spacecraft.It מחייב בדיקות UV עבור כל החומרים בחשיפה ישירה לשמש, עם משך מבחן מינימלי של 1000 שעות שמש שוות ערך למשימות LEO ועד 10,000 שעות למשימות גיאוסטציונריות או חלל עמוק.
  • (FLT:0ECSS-Q-ST-70-04CIRLT:1) - שיתוף פעולה אירופי לתקינה חלל: בדיקת אופניים ו-UV /vacuum עבור חומרים.זה דורש שילוב של UV ורכיבה תרמית עם ריק עבור הסמכה.
  • (FLT:0ASTM E512FLT:1) - תרגול סטנדרטי עבור UV משולב ו- Thermal Cycling של חומרי חלל.
  • (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

לאחר סטנדרטים אלה מבטיח כי נתוני בדיקה ממעבדות שונות ניתן להשוות וכי חומרים מוסמכים נגד קריטריונים עקביים. Agencies לעתים קרובות דורש "מבחן חיים" הכולל חשיפה UV כחלק מקמפיין הסמכה מלא, לצד קרינה, תרמי, ובדיקות רטט.

מחקרים: שיעורים ממשימות אמיתיות

ההיסטוריה מלאה בדוגמאות שבהן ההידרדרות של UV גרמה לבעיות בלתי צפויות, ובכך היא מחזקת את הצורך בבדיקות יסודיות.

(FLT:0) טלסקופ החלל האבל (FLT:1) חווה החשיכה הדרגתית של השמיכה הרב-שכבתית (MLI) שלה, אשר הפחיתה את יעילות השליטה התרמית.ניתוח פוסט-repair הראה כי החשיכה הייתה בשל חיבורים מושרה UV בשכבה החיצונית פולימידיד.

תחנת החלל הבינלאומית (ISS)FLT:1 (FLT:0) משתמשת אלומיניום מפוספסים שונים עבור החיצוני שלה, בדיקות תקופתיות חשפו צהוב של צבעים לבנים על מבנה הדרים, המוביל לפרישה של ניסוחים צבע מסוימים.ה- ISS גילה גם כי סיליקון דבקים המשמשים עבור צפי מצלמה הפך לערוף לאחר שנים של חשיפה UV, גרימת סימולציה במהלך הדמיה במהלך סיליקון.

(FLT:0)Mars Exploration Rovers (Spirit and Opportunity)FLT) 1 מסתמכ על לוחות סולאריים עם תאים סולאריים תלת-ממדיים של קרינת UV בשילוב עם הצטברות אבק מופחתת פלט פאנל לאורך זמן, אבל הלוחים עצמם שרדו את מלוא תקופת החיים של המשימה כי המשקפיים הכיסוי ושכבות דבקות היו כשירות תחת תנאי UV דמויי מאדים.

דוגמאות אלה מדגישות כי בדיקות חייבות להיות ספציפיות למשימה: חומר שמופיע היטב ב- LEO עשוי להיכשל במסלול הקוטב עם שטף גבוה יותר של UV או בסביבה עמוקה של סביבת חלל ללא הגנה אטמוספירית.בדיקה חייבת לשכפל את פרופיל המשימה של היעד באופן הדוק ככל האפשר.

התקדמות ב-UV-Resistant Materials ו-Coting

המחקר והפיתוח ממשיכים לדחוף את גבולות עמידות החומרית.גישות חדשות כוללות:

משטחים ננוטכנולוגיה-Enhanced Surfaces

שילוב של תחמוצת טיטניום (TiO2) או תחמוצת אבץ (ZnO) חלקיקים לתוך מטבול פולימרים יוצר משטחים סופגים או פיזור פוטונים UV, צמצום הנזק למרבית. חלקיקים אלה גם לייצב את הפולימר נגד photo-oxidation. לחלופין, תחמוצת גרפין ניתן להשתמש כחוסם יעיל UV עקב ספיגה גבוהה שלה UV.

ביומטי ועצמי-Healing Coats

בהשראת הטבע, כמה ציפויים כוללים microcapsules מלא סוכני ריפוי. כאשר סדקים טפסים מ embrittlement מושרה UV, כמוסות קרע לשחרר נוזל פולימרי כי חותם את הנזק.זה יכול להאריך את החיים של ציפוי אחר פגיע.

המונחים: Advanced Atomic Layer Deposition

שכבות דקות של תחמוצות כמו תחמוצת אלומיניום או תחמוצת ה- Hafnium המופקד על ידי ALD יכול להיות רק כמה ננומטר עבה עדיין לספק הגנה UV מעולה. השכבות האלה הן מאוד תואמים, ניתן ליישם אותם על צורות מורכבות, מה שהופך אותם מתאימים עבור אופטיקה עדינה וחלונות חיישן.

החידושים אחרים כוללים את השימוש בפולימרים נוזליים (LCP) אשר באופן טבעי מתנגדים UV בשל מבנה שרשרת נוקשה שלהם, ופיתוח של ציפויים אורגניים-אורגניים-אורגניים המשלבים ספיגה UV עם עמידות חמצן אטומית.חברות כמו FLT:0CSL SiliconesFLT:1 ו-FLT:2LORD CorporationFLT 3 מייצרים ציפויים מיוחדים של חללים כמו מצופה באופן קבוע נגד תקני UV.

מסקנה: הדרך למשימות חלל ארוכות יותר

בעוד האנושות דוחפת לעבר שהייה ממושכת על הירח, המשימות הראשונות המאוישות למאדים, ובדיקות חלל עמוקות, הביקוש לחומרים עמידים ב-UV יגדל רק.שילוב של מדע החומר החדשני, תקני בדיקה קפדניים, והבנה מעמיקה של סביבת החלל מבטיחה כי החללית העתידית תהיה יעילה יותר מאשר אי פעם בדיקות קרקעיות, כמו סימולציה לא מושלמת כפי שהיא עשויה להיות, היא עדיין יעילה ביותר עבור ביצועים סינפטיים יותר, ואפקטים יותר, כדי לחדדים יותר, כדי לאפשר משימות איטי יותר, לפתח יותר, לפתח יותר, לפתח אפקטים יעילים יותר, ואפקטים יותר, ואפקטים יותר מאשר אי-ריקניים יותר, ואפקטים יותר, כדי להמשיך לפתח יותר, כדי למשימות ריק יותר, כדי להמשיך לפתח יותר מאשר אי-מערכת אופניים, כדי להמשיך לפתח יותר מאשר אי-אוויר, סימולציה.

לקריאה נוספת, עיין בדו"ח של FLT:0 [54A Spacecraft Materials] ובמבנה המדינה-of-the-artveFLT:1, ו-FLT:2AS E896 Standard Practice for Solar SimulationFLT 3LT מהנדסים המתכוננים למשימה מסוימת יכולים גם להתייחס לתקני החלל ה-FLT:4ECSS-Q-Q-Q-RIRFR:5 ל-CLT5 לבדיקות אלה יהיו מוכנים לשילוב של מערכת ההפעלה ה-UV.