פיתוח חומרים ידידותיים לסביבה עבור אווירי בר קיימא

בעוד תעשיית החלל מרחיבה למשימות חלל תכופות ושאפתניות יותר, ההשפעה הסביבתית של חומרי חלל מסורתיים עלתה תחת פיקוח גובר על מחסומים.בטיחים, חיוני להגנה על כלי רכב במהלך הכניסה לאטמוספירה, בדרך כלל נעשות מתרכובות משאבים-רגישות עם פליטות ייצור גבוהות וסילוק מקצה-חיים קשה.פיתוח חומרי מגן ידידותי לסביבה אקולוגית כבר לא רק - זו אפשרות הכרחית לכיוון ביצועים אקולוגיים, תוך שמירה על בטיחות דרסטית.

בסביבה הקרובה של Conventional Heat Shields

מגינים חום חייבים לעמוד בטמפרטורות העולה על 1,600 מעלות צלזיוס במהלך הכניסה מחדש, לעתים קרובות להסתמך על חומרים blative כי char ו erode כדי dissipate חום. אפשרויות נפוצות כוללים תרכובות פחמן-פנוביות, מחזק פחמן פחמן פחמן פחמן פחמן פחמן פחמן פחמן (RCC), ו קרמיקה בעלת רגישות גבוהה. בעוד יעיל, חומרים אלה כרוכים בעלויות סביבתיות משמעותיות:

• ייצור:0 (Energy-intensive Production:03:1) ייצור סיבים פחמן ו resinsolic דורש pyrolysis עתירי, לתרום פליטות CO2 משמעותיות.
• (ב) ,0) ,לא ניתן לחדש את ההזנה: ⁇ 1 (הראשונה ל- 1) רוב המבשרים נגזרים מנפט, מפטרים משאבים מאובנים.
• (ב) ,0) אתגרים: FLT:1 לאחר השימוש, חומרי מגן חום מובלים לעתים קרובות מחוסנים או נשלחים למזומנים, שחרור רעלים ומיקרופלסטיקה.
• (FLT:0) תוצר לוואי רעיל: FLT:1 חלק מתהליכי הייצור מייצרים כימיקלים מסוכנים כמו תרכובות פורמליות ו- cyanide.

עם שיגורי חלל מסחריים צפויים להגדיל פי 10 עד 2030, דרוג חומרים קונבנציונליים אלה יכפל את הנזק הסביבתי.הדחיפות הזו מניעה חוקרים וחברות חלל לחקור חלופות ירוקות יותר שאינן מתפשרות על הגנה תרמית.

חומרים חדשניים של אקו-ידידות בפיתוח

פריצות דרך האחרונות משתרעות על פני כיתות חומריות מרובות, כל אחת מציעה איזון שונה של קיימות, ביצועים, ומיומנות.

ארכיון תגיות: Composite Heat Shields

דרבירד מביומסה מתחדשים כגון cork, במבוק, flax, או lignin, תרכובות מבוסס ביולוגית להפחית את התלות על נפט. Cork מבוסס ablatives, למשל, שימשו בהצלחה במשימות suborbital.מבנה התאי שלהם מספק בידוד תרמי מעולה וחוקרים נמוכים ב-FLT:0 European Space AgencyLTFib אירופי 1 הוכח כי cotrark-phenic יכול להיות glycolic של 40% סגסוגת פחמן-Ratcholic.

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

• מיקור מחדש ואמינות ביולוגית בסוף החיים.
• טמפרטורות ייצור נמוכות להפחית את השימוש באנרגיה.
• סיבים טבעיים מורכבים מציעים כוח ספציפי תחרותי.

(FLT:0) אתגרים: FLT:1 ⁇ Moisture יכול להפיג ביצועים; איכות עקבית של סיבים טבעיים משתנה על ידי קציר.העבודה מתמשכת מתמקדת במצדות היברידיות המשלבות סיבים טבעיים עם כמויות קטנות של סיבים פחמן ממוחזר כדי להפחית את הבעיות האלה.

חומרים Ceramic

פסולת קרמיקה תעשייתית – כגון לבנים רדומים, ריהוט ln, או אפילו שאריות מעבורת חלל ממוחזרות - ניתן לעבד מחדש רכיבי מגן חום. צוות במרכז המחקר של נאס"א לנגלי (Langley Research Center), או אפילו מעבורת החלל המעבורת החלל ממוחזרת 1:1 פיתחה שיטה למחוץ, מילימטר, ושיקום פסולת קרמיקה לתוך אריחים עתירי גבוה של אלומיניום, 000, 000 חום, 000, 000, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה קרמיקה קרמיקה קרמיקה קרמיקה קרמיקה קרמיקה קרמיקה קרמיקה קרמיקה קרמיקה קרמיקה קרמיקה קרמיקה קרמיקה קרמיקה קרמיקה קרמיקה קרמיקה קרמיקה קרמיקה קרמיקה קרמיקה קרמיקה קרמיקה קרמיקה קרמיקה קרמיקה קרמיקה קרמיקה קרמיקה קרמיקה קרמיקה קרמיקה קרמיקה קרמיקה קרמיקה קרמיקה קרמיקה קרמיקה

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

• צולל פסולת מן הקרקעות ומפחית כריית.
• יציב מאוד בטמפרטורות קיצוניות (עד 1,800 מעלות צלזיוס).
• קרמיקה ממוחזרת ניתן לחבוש עם חותמות ידידותיות לסביבה כדי לשפר את התנגדות חמצון.

האתגרים:0 (Current Challenge: 1FLT) 1 Achieving מיקרו מבניין אחיד של מזון פסולת משתנה דורש בקרת איכות זהירה.העלות האנרגיה של התערבות חוזרת חייבת להיות מתמוססת באמצעות אנרגיה מתחדשת בתהליך.

Polymer-Derived Ceramics (PDCs) מ- Sustainable Pre ⁇ s

קרמיקה פולימר-דרדרטיבית מתחילה עם פולימרים נוזליים מעוצבים ולאחר מכן מטבוליים לתוך רכיבים קרמיקה.באופן מסורתי פולימרים אלה מבוססים על siloxanes או carbosilanes שמקורם מקורות מאובנים.עם זאת, חדש bio-derived לייצר רכיבים פוליsiloxanes - מסונכר מגורט אורז או פסולת חקלאית אחרת - עכשיו להיכנס 1,200 מעלות צלזיוס:

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

• טמפרטורות עיבוד נמוכות יחסית לקרמיקה מחוסמת.
• היכולת לגזול מורכב של ג'ממטים מורכבים עם פסולת מינימלית.
• מזון מחדש להפחית את ההסתמכות על נפט.

(FLT:0) אתגרים: FLT:1 כרך כווץ במהלך pyrolysis (עד 30%) יש להתאים בתכנון.פיתוח של תוספים כדי להפחית את הירוסוס ולשפר את השלמות המכנית הוא מתמשך.היציבות התרמית ארוכת טווח תחת עומסי כניסה מחזוריים עדיין מאופיין.

החלפת Phenolic טבעית עבור מערכות

⁇ Phenolic הם עמוד השדרה של מגיני חום רבים, אבל הם בדרך כלל מסונתז מ פנול ופורמלידההיד, הן נפט-דריביות והן רעילות. Lignin, פולימר טבעי בשפע בקירות תא צמחי, יכול להיות שונה מבחינה כימית להחליף עד 80% של התוכן פנובי ללא הקרבה או התנגדות של מוצר מסחרי בשם Fstaded 20:2Rate אירופה הוא מורכב.

אתגרים טכניים ופתרונות ב Scaling חומרים ידידותיים

למרות ההבטחה של חומרים אלה, יש להתגבר על כמה מחסומים לפני שניתן יהיה לאמץ עבור משימות מאוישות וערך גבוה.

ביצועים קיצוניים

מגינים חום חייבים לשרוד את גלי החום שיא מעל 100 W / ס"מ2. חומרים המבוססים על ביולוגית רבים מפגינים כוח כריז נמוך יותר מאשר פחמן-פנוולי פתרונות כוללים:

• היברידית סיבים טבעיים עם סיבים פחמן קטנים ממוחזרים.
• שיפור lignin-phenol cross-linking כדי לשפר את השלמות char השוכנת.
• באמצעות עיצובי צפיפות ⁇ עם שכבה חיצונית צפופה יותר ושכבות פנימיות ⁇ כדי לאזן את הבגידה ואת בידוד.

אופטימיזציה במשקל

כל קילוגרם נוסף לחללית עולה עלויות ההשקה.יש חומרים ידידותיים לסביבה יש מעט יותר דחיות מאשר עמיתיהם הרגילים.

• ⁇ ⁇ spheres (למשל, זבובים אפרים) לתוך הממטריקס.
• באמצעות ייצור תוספת כדי ליצור מבנים לקטייה אשר להפחית את המסה תוך שמירה על נוקשות.
• אופטימיזציה עובי מבוסס על עומס חום חזו באמצעות דינמיקת נוזל חישובית.

ייצור סקאביה והתאמה

הצלחות מעבדה אינן מתרגמות באופן אוטומטי לייצור.חומרים שמקורם ביולוגית יכולים להיות בעלי יכולת ®am-to-batch.שיטות בקרת איכות כוללות:

• תמונת ספקטרום קרובה למעקב בזמן אמת של הרכב שרף.
• התכוננות סיבים אוטומטיים ופרסום מסרטות סיבים טבעיים.
• שיטות טרום טרום-pregging סטנדרטיות המותאמות ממגזר אנרגיית הרוח המורכב.

הערכה מחזור חיים וסוף החיים

חומרים ידידותיים לסביבה באמת צריך להיות מוערך מ cradle ל קבר. Lifecycle הערכה (LCA) מדדים מראים כי תרכובות המבוססות על bio-based יכול להפחית את פוטנציאל ההתחממות הגלובלית על ידי 30-50% בהשוואה ל- פחמן-phenolic סטנדרטי, במיוחד כאשר סוף-חיים של חיים המאחד או מחזור חיים נחשב.

כיוונים עתידיים: לקראת כלכלה אווירית

המעבר למגן חום ידידותי לסביבה הוא חלק מתנועה רחבה יותר לעבר עקרונות כלכלה מעגליים בחלל.זה כולל תכנון חומרים שניתן להשתמש בהם מחדש, remanufactured, או בטוח ביו-degraded.

• (ב) ,0) עיצובי מגן חום מוזדרים 1 (FLT) המאפשרים החלפת רק שכבת העלבון, עם נושאת מבנית שימשה מחדש עבור משימות מרובות.
• (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (FLT:0) אינטגרציה עם מערכות הנעה ירוקה: 1) אשר משתמשות חמצן / מאן או דחף חשמלי, צמצום העומס התרמי ומאפשרת מגן חום בהיר יותר.
• (FLT:0) ניצול משאבים חלופיים (ISRU)BuildFLT:1 על הירח או מאדים כדי לייצר חומרי מגן חום מן הregolith המקומי, חיסול המונית כולה לבתי גידול לטווח ארוך.

שותפויות ציבוריות-פרטיות מאיימות את ההתפתחויות הללו.נאס"א (FLT:0) ,גרין אדג'ט משימה FLT:1 ואת ESA's FLT:2Clean Space InitiativeFLT 3:0) הן מחקר במערכות הגנה תרמיות ובינוניות המתמחה בביו-composites ובטכנולוגיית המיחזור הם אספקת החלל, לטפח החידושים מעבר לחדשנות ראשונית.

מסקנה: דרך אחראית לכוכבים

פיתוח חומרי מגן חום ידידותי לסביבה אינו רק מחווה סביבתית - זה הכרחי אסטרטגי.כפי שהקהילה העולמית דוחפת לעבר עתיד אפס נטו, כל המגזר חייב להתפורר, ומרחב הוא לא יוצא דופן. על ידי אימוץ מרוכבים המבוססים על ביולוגית, קרמיקה ממוחזרת, קרמיקה ממוחזרת פולימרנית מפסולת חקלאית, ומחליפים טבעיים, התעשייה יכולה להפחית את פליטות, על ידי חומרים רעילים ועלולים להיות ממש על פני כדור הארץ, הן על פני כדור הארץ החיסנטילי חום קיצוני, הן על פני כדור הארץ, והן על פני כדור הארץ, הן, והן על פני כדור הארץ מעגלי, הן, הן, הן, והן על פני כדור הארץ, הן, הן על פני כדור הארץ, הן, הן על פני כדור הארץ, והן על פני כדור הארץ, והן על פני כדור הארץ, הן, הן, הן, הן, והן על פני כדור הארץ, הן, הן, והן על פני כדור הארץ, חומרים טכניים, והן על פני כדור הארץ מעגלי, והן על פני כדור הארץ, הן, הן, הן, חומרים מסוכנים, והן על פני כדור הארץ, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, והן על פני כדור הארץ, הן, הן, הן, הן, והן על

(ב) לקריאה נוספת, חקרו משאבים מה-FLT:0) NASAA ירוק ProellantanceFLT 1 מחקר, FLT:2ESA מיזם חלל נקי ESA ,3, ומסמכים אחרונים ב-FLT:4Journal of the European Ceramic SocietyFLT:5 on bio-sourced PDCs.