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, ולכן לא מזיקה, להפחתה משמעותית של שקיפות, החמצן, או להפחתה של חומרים מקרינה של מינרלים, או להפחתה של חומרים מקרינה של שקיפות, או להפחתה משמעותית של מאדים-V-180 nCR.

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 פולימרים המופעלים על ידי פחמן בפאנלים מבניים יכולים לחוות משטחים וסדקים של חום, אך ורקמות, אך ורק על ידי חומרים רגישים פחות.

סימל את השמש במעבדה: שיטות בדיקה מפתח

כדי לשכפל את גלימת ה-UV הסולארית שחווה במסלול נמוך של כדור הארץ (LEO) או מרחב עמוק, החוקרים מסתמכים על חבילת ציוד מיוחד ופרוטוקולים.המטרה היא להאיץ את תהליך ההזדקנות כך שניתן לדחוס עשרות שנים של חשיפה 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, ספקטרום של חומרים סטנדרטיים, כמו ספקטרום של חומרים סטנדרטיים של חומרים סטנדרטיים (FlyFlyFlypericialFlypericial סטנדרטיים, 1 עד 1 עד 1 עד 1 עד 1 עד 1 עד 1-FlyFspecticualual סטנדרטיים, 000:

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 (הפחתת חגורת בטיחות) חמצן אטומית (ב- LEO), ובדיקה תרמית קיצונית מ-C עד ל- 150 מעלות צלזיוס) כגון מרכז גלן (R) של מרכז LT2FGPSC) אטומי של מרכז אטומי של LT2C:

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 פיקוח מסמכים תאורה, סדקים, דלמנט ושחיקה על פני השטח.עבור חומרים שקופה כמו משקפיים כיסוי על תאים סולאריים, החשיכה המושרה UV נמדדת על ידי שידור ספקטרלי מ 200 nm ל 2500 nm. A ירידה שידור להפחית יעילות תאים סולאריים.עבור משטחים רפלקטיביים כגון קלטת Teflon מאלומיניום, סך הכל hespherical רפלקטיבית הוא רק כדי לשילוב של ירידה של ירידה של ירידה של ירידה בירידה של ירידה של ירידה של ירידה של ירידה בטמפרטורות.

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. חשיפה UV יכול צהוב את הכבל, צמצום רפה השמש.עם הזמן, הצבע עשוי גם לאבד דבקות וציפוי חדש יותר משלב חלקיקים כי סופגים או UV לפני שהוא מגיע ליציבות, מכווץ.

מתכת וסרטים מטבוליים

מתכות חריפות 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)נאס"א-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 לחומרים.הוא 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 (באנגלית: FLT:0) תחנת החלל הבינלאומית (ISS) חשפה שימוש באלומיניום מפוספסים שונים על פני השטח המצופה החיצוני שלה.

(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 רק יגדל.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, כדי לחדד יותר, שיטות טיפוליות, ואפקטים יותר, כדי לאפשר החלמה יותר, לפתח יותר, ואפקטים יותר מאשר אי-מערכת פיתוח יעיל יותר, ואפקטים יותר, ואפקטים יותר ויותר יעיל יותר, ואפקטים יותר, החלמה, החלמה, החלמה, כדי למשימות ריק יותר מאשר אי פעם.

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.