בדיקות סביבתיות של חומרי חלל למשימות ארוכות

הגבול הבלתי נגמר: למה חלל חליפת בדיקות Defines Mission Viability

כמו סוכנויות החלל הגלובליות וארגונים פרטיים להגדיר את המראות שלהם על שהייה ארוכה של הירח, מאחזים מאדים, ומעבר עמוק במרחב, חליפת החלל הצנוע מתפתחת מבגדי הישרדות למערכת תמיכה ראשונית של החיים. החומרים שמרכיבים את השכבות שלה חייבים לסבול מלגוט של קיצוניות סביבתית הרבה מעבר לכל דבר נתקל בבדיקות סביבתיות לא רק צעד אבטחת איכות; זה הוא החומר האמפירי בין מאות קילומטרים ומציאות בלתי פוסקת, אפילו לא פחות מקרינה מתקדמת, אלא גם ממרחק של תהליכים סביבתיים.

התפקיד הקריטי של בדיקות סביבתיות

חליפות חלל הן מערכות מונדסות, שילוב של שימור לחץ, בקרה תרמית, הגנה מפני קרינה והגנה מכנית לתוך בית גידול נייד.כל שכבת חומר חייבת להופיע באופן אמין לאחר שנים של אחסון, שימוש חוזר, וחשיפה לגורמים שמזהמים פולימרים, קרמיקה, ומתכות בקצב מואץ של בדיקות סביבתיות מזהה מצבי כישלונות שלא ניתן לחזות מהנתונים הארציים בלבד.

מתחים סביבתיים מרכזיים והשפעותיהם על חומרי חלל

הבנת האיומים היא הצעד הראשון לקראת תכנון בדיקות יעילות.חלות חלל נתקלות בספקטרום של מתחים שפועלים באופן סינרגי, לעתים קרובות מייצרים נזק העולה על סכום ההשפעות האישיות.

Vacuum ו-Outgassing

ריקם של חלל (בערך 10 מובנים:0) {\displaystyle \valb} 0-total ואקום של חלל (p) או נמוך יותר) גורם לתרכובות נדחות בפולימרים - תרופות, פותרים חיים, ציפויים זעירים במשקל 3 ליטרים במיוחד (כולל חומרים מוגמרים) כגון: VCCD (כוללים) מכילות חומרים פגומים (VS) ו-Apreditated) של אובדן של CMDouted) יכול בדרך כלל לצבור מספר חומרים מ-APTDVS (כוללים).

טמפרטורה קיצונית ו-Thermal Cycling

באור שמש ישיר, משטחי חליפה יכולים להגיע 120 מעלות צלזיוס או יותר; בצל, טמפרטורות צנחו ל- -150 מעלות צלזיוס או נמוך יותר. חומרים להתרחב וחוזה עם כל מעבר מסלול (כ-45 דקות של השמש / צללים במסלול כדור הארץ נמוך) אופניים תרמית גורמת עייפות מכנית, מיקרו-מפרס בציפוי, ומדידה של רב-שכבות מורכבות.

קרינה: Rays קוסמיים וגלקטיים

ללא השדה המגנטי של כדור הארץ והאווירה, חליפות החלל מופצות על ידי קרינה אולטרה סגולה סולרית (UV) בהירה, חלקיקים אנרגטיים (SEPs), וקרני קוסמים גלקטיים (GCRs) מדגימים פולימרים של UV באמצעות משקעים וחיתוך של מינרלים חשמליים, כדי להפחית גמישות ולהגדיל את קרינת הגלים מ-GCRs ו- Protons גורם לקרינת קרינה חשמלית, כדי לגרום לזיהומים של זיהום אוויריים, לדגימים של זיהום אוויריימים, לזיהומים חשמליים, לזיהומים חשמליים, ו-UQFXFXF-xentraluptineF-NAF-xenecting, כדי לגרום ל-xine-xine-xine-xine-xine-xilects.

מיקרומטאורואידים ו- Orbital Debris

Hypervecity השפעות על ידי חלקיקים מ אבק תת-מיקרוני לפסולת בגודל מילימטר מהווים איום חדירה. בדיקות נרחבות באמצעות שני אקדחים של גזים קלים ו מאיץ אלקטרוסטטי יורה תחזיות במהירויות מעל 7 ק"מ / s לתוך חומרי המועמד.המשכים הנבדקים, ספיעה לאחור, מנתחים כדי לקבוע מגבלות בליסטיים עבור חלל עמוק, שבו לעתים קרובות ניתן לראות את ההשפעות החיצוניות של חומר לחץ חיצוניות, אפילו יותר, אפילו סגסוגת.

חמצן אטומי (Low Earth Orbit)

במסלול כדור הארץ נמוך, חמצן אטומי חיוור (AO) מסיט משטחים פולימרים לא מוגנים בשיעורים של כמה מיקרונים בשנה.שחיקה זו מחלישה בדים ומשמידת ציפויים מגינים.בדיקה בפלזמה של RF או באמצעות ה-FLT:0 [NASA מרשל] מרכז טיסה חלל AO beam InstallFLT:1] חושף חומרים לנציגי שפעת של שנים על פני השטח הבינלאומי, ושיש להישאר מתחת לציפוי חלל.

זיהום כימי וביולוגיה

למרות פחות מודגש על מעבר, משימות פני השטח הפלנטריות מציגות אבק (שטח קר, מאדים), שהוא תגובתי כימית ו abrasive. Testing for אבק דבקות, טריוגש, ואינטראקציה כימית עם חומרים מתאימים הופכת חיוני. regolith מכיל גלימות זכוכית שיכולים להשחית מרקמים וחותמת ים.

שיטות מבחן סביבתי וסטנדרטים

כל מלחץ דורש מתקני בדיקה ספציפיים, הליכים וקריטריונים עובריים, לעתים קרובות מוצמד על ידי סוכנויות כמו נאס"א, ESA ותקני התקנים כגון ASTM ו- ISO.

Thermal Vacuum (TVAC) בדיקה

תאי טלוויזיה משלבים אבק גבוה (10ראה:0 (503) TORr או טוב יותר) עם בקרת טמפרטורה באמצעות לוחות מעוקלים או לוחיות חמות / קרות. מאמרים בדיקות מוקרן תוך ניטור תכונות מכניות (כוח רב, אורכות), יציבות ממדית, וקביעת דיוקים של נאס"א עבור חומרי חליפת חלל, רצף טיפוסי עשוי לכלול 100 מחזורים מ-180 מעלות צלזיוס ל- +120 מעלות צלזיוס, ולאחר מכן, בדיקה סטנדרטית של נאס"א-F-i-F-AST בדיקות סטנדרטיות של נאס"א.

בדיקות קרינה

Gamma irradiation באמצעות cobalt-60 מקורות נפוץ להערכת השפעות המינון הכולל על חומרים פולימרים. Proton ואלקטרוני מאיץ סימולציה חגורת קרינה לכודה, בעוד מתקני ion כבדים (למשל, מעבדת קרינת החלל נאס"א ברוקהייבן) לזהות GCRs. עבור בדיקות UV, xenon arcs או deuteriums לשחזר ספקטרום UV.

בדיקות מכניות ואפקטים

אפקט Hypervecity (HVI) בדיקות הוא תקן הזהב עבור micrometeoroid / Debris הערכה. אקדחי גז Light להאיץ את לוחות (בדרך כלל spherical אלומיניום או זכוכית בוrosilicate) למהירויות של 6-8 ק"מ /s.חומר היעד הוא רכוב על צלחת עדה, ואת הנזקים הנוספים הוא מאופיין על ידי מולטר, וכל משוואה הם חומרים מחוספסים לערוכים כמו משוואות מתכתב.

בדיקות כימיות וחיצוניות

ASTM E595 נותרה השיטה העיקרית עבור בדיקת גזים.המבחן חושף מדגם חומרי ל-125 מעלות צלזיוס בוואקום במשך 24 שעות, איסוף תנודתיות בר-קיימא על צלחת אספנים מגניבה.עבור הגנה פלנטרית, בדיקות תגובתיות כימיות לחשוף חומרים כדי לדמות אבק הירח או אנלוגיה regolith ומדד שינוי pH, קורוזיה, ושינוי המוני.

תוצאות משולבות

בדיקות חד-עור אינן ללכוד סינרגיה.לדוגמה, קרינה מגלמת פולימר, מה שהופך אותו יותר רגיש לסדקים אופניים תרמיים. גישה חדשה יותר משתמשת סביבות משולבות: בו-זמנית + ואקום, או קרינת אופניים תרמי + חלקיקים.כמו סביבת מבחן החלל המשולב במרכז המחקר גלן נאס"א לספק חשיפה משולבת.

חומרים בשימוש והיסטוריית הבדיקות שלהם

חומרי התאמת חלל התפתחו מתקופת אפולו המוקדמת ועד ימינו, כל דור הודיע על ידי בדיקות רציניות.

חומרים מסורתיים: Beta Cloth, Teflon, Kevlar, Nomex

Beta הבד (Surpotafluoroethylene-coated זכוכית סיבים) מספק הגנה תרמית ו-UV בשכבות החיצוניות של חליפות נוכחיות.It עבר בדיקות טלוויזיה וקרינה נרחבות במהלך תוכנית המעבורה. Teflon laminates לשמש כישכימות תרמיות אבל הם נוטים לגלום לאחר חשיפה UV, בעיה מזוהה באמצעות בדיקות קרקעיות על גבי בדיקות Kevlar ו Nom לספק הגנה תרמית במשך עשרות שנים, אך לא היה יעיל יותר, אך לא היה זמן רב, אך הוא כבר בשימוש נרחב של עמידות רבה יותר, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, 000 שנים, עם זאת, עם זאת, 000 זמן רבודה ארוכה של עמידות רבה, לאחר חשיפה רב יותר, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, זמן רבודה ארוכה של זמן רבודה ארוכה של זמן רב-מחץ ארוך, עם זאת, 000 זמן רב-מחדשה, לאחר חשיפה רב-מחדשה, עם זאת, לאחר חשיפה רב תוכנן במשך בדיקות קרקעית, לאחר חשיפה רב, לאחר חשיפה רב-מחדשה, לאחר חשיפה רב-מחדשה, לאחר חשיפה רב-מחדשה, הוא תוכנן במשך בדיקות קרקעית, עם זאת

התאמות מתקדמות ו-Coosites

החוקרים מעריכים צינורות פחמן (CNT) מחזקים בדים, המציעים יחסים גבוהים במשקל עד משקל ו מוליכות חשמלית עבור הקטנת אבק. CNT srns יש לבדוק עבור עמידות קרינה ויציבות תרמית מחזורית. אטומית בשלב (ALD) ציפויים של אלומיניום תחמוצת הפחמן מבטיח הגנה טובה יותר מאשר צבעים מפופולסים נוכחית יש ALD-קומדומים משמרת קדומים 10 / 2.

חומרים חכמים וחיישנים משולבים

הדור הבא של חליפות עשוי להטביע חיישני זן אופטי סיבים, thermocouples, ו דוצימטר קרינה ישירות לתוך שכבות הבד.בדיקה חיישנים משובצים אלה מוסיפה מורכבות: חומרי החיישן עצמם (doed סיבים, חוטים התנהגותיים) חייבים לשרוד את אותם מתחים סביבתיים ללא דה-דירוג. Reliability בדיקות כולל אלפי מחזורי הדבקה, טמפרטורה קיצונית, וצטברות קרינה כדי להבטיח דיוק על המשימה.

אתגרים בבדיקת משימות לטווח ארוך

למרות המתקנים המתוחכמים, בדיקות משימות ארוכות טווח מציגות קשיים יסודיים.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

בדיקה על פני כדור הארץ אינה יכולה לחקות באופן מושלם את ספקטרום הקרינה החלל העמוק, מיקרו-גרביטציה מתמשכת, והיעדר ממושך של לחץ אטמוספירי.התכננת (שיעורי מינון גבוהים יותר, מחזורים קצרים יותר) עלולים להמעיט או להשג נזק.

בדיקות חיים לעומת זמן אמיתי

בדיקת חומר במשך חמש שנים של שימוש מתמשך במעבדה היא לא מעשית.שיטות מואצות מגבירות את רמות הלחץ (למשל, טמפרטורות גבוהות יותר לנהוג בהזדקנות של Arhenius) כדי לדחוס מצבי כישלונות.עם זאת, חומרי התאמת חלל כפופים למספר רב, לא-Arrhenius מנגנונים.תדירות הרכיבה של אופניים לא יכולה להיות מואצת מעבר לגבולות מסוימים ללא עייפות מלאכותית.

שילוב נתונים ומודל

בדיקות מייצרות מסדי נתונים עצומים: עקומות Tenile, פרופילים מחוץ לגז, ספקטרום קרינה, מכתשים השפעה. integrating אלה במודלים ביצועים חיזוי דורש שיטות סטטיסטיות קפדניות ומאגרי מידע חומריים. Agencies משקיעים תאומים דיגיטליים - העתקים וירטואליים של חליפות המשלבות נתונים של בדיקות חומרים, מודלים סביבתיים, ותרחישים שימוש.

כיוונים עתידיים: לקראת חומרי ההגשמה וההתאמה העצמית

משימות ארוכות דורשות חומרים שיכולים לתקן נזק אוטונומי. פולימרים עצמיים המכילים מיקרו-קמפוזרים של סוכן הריפוי נבדקים לתיקון puncture.בדיקה חומרים אלה דורשים יצירת punctures מבוקר ולאחר מכן חשיפת החומר ל-Valak ומחזורי תרמי כדי לראות אם הריפוי מתרחש ואם התיקון מחזיק בלחץ נוסף הוא בקרת תרמי: חומרים שמשנים או רפיחים בטמפרטורה שונה, דורשים גם רכיבים שונים של תאים.

מסקנה: הבטחת בטיחות אסטרונאוטים לעשרות שנים

הבדיקות הסביבתיות של חומרי התאמת חלל הן משמעת המשלבת חומרים מדע, פיזיקה והנדסה למסגרת אימות קפדנית.מהיקף האטומי של הגזים המקרוסקופיים של מיקרו-מטאורידים, כל בדיקה מספקת חלק מהפאזלת הבטיחות.כפי שהאנושות מתכוננת למשימות ארוכות לירח, מאדים ומעבר לכך, החומרים שמבדים את חוקרינו חייבים לעמוד בתנאי החלל העמוקים, אך לא ייבחנות אותם, אך לא תקנים סביבתיים, לא מקיפים, אלא ימשיכו לפעול על פני הדור הבא, אך ורק על פני כדור הארץ, אך ורק על פני השטח, לא תקנים, לא מקיפים, אך ורק על פני השטח.