מבוא

(Spacecraft) ניצבת בפני כמה מהסביבות התרמיות הקיצוניות ביותר הידועות להנדסה.בסבב כדור הארץ נמוך, משטחים חלופיים בין אור השמש הישיר המבולגת ל-120 מעלות צלזיוס לבין הקר העמוק של הצל שבו הטמפרטורות צוללים – 150 מעלות צלזיוס, ניהול עומס תרמי זה אינו רק עניין של נוחות; הוא משפיע ישירות על תוחלת החיים של אלקטרוניקה, השלמות של חומרים מבניים, ועל ההצלחה של מערכות בקרה תרמיות, על פני השטח, על פני השטח, כמו גם על פני השטח, על פני השטח, על פני השטח הציפוי ראייה גבוהה יותר, על פני השטח, על פני השטח של הציפוי, על פני השטח, על פני השטח של הציפוי ראייה גבוהה יותר, על פני השטח של הציפוי ראייה גבוהה יותר, על פני השטח של הציפוי ראייה גבוהה יותר, על פני השטח של הציפוי ראייה גבוהה יותר, על פני השטח, על פני השטח של הציפוי, עם זאת, על גבי מהירויות של מהירויות של מהירויות של מערכות בקרה עצמית, עם זאת, על גבי אלקטרוניקה, על גבי מהירויות של מערכות בקרה עצמית, על גבי מהירויות של מערכות בקרה עצמית, על פני השטח של חומרים מבנית, על גבי מהירויות של מהירויות של מהירויות גבוהות יותר

מה הם Superhydrophobic Betaings?

ציפויים סופר-hydrophobic הם טיפולים משטח המונדסים להדוף מים עם יעילות יוצאת דופן. A פני השטח נחשב סופר-hydrophobic כאשר זווית מגע המים שלה עולה על 150 מעלות וזווית המגע שלה hysteresis הוא נמוך, כלומר טיפות מים להתאד לתוך כמעט גלקסיות spherical וגלגל עם הטיה מינימלית.זה מים קיצונית זו בהשראת הטבע - מפורסם ביותר על ידי הרבה על ידי על ידי עלון, אשר microscaleus, microscaleerts, ו למנוע מלכודות פני השטח רטוב ונומטר מתכת.

ציפויים אלה להשיג את המאפיינים שלהם באמצעות שני אלמנטים עיצוב מפתח: כימיה פני השטח ומרקם פני השטח.כימיקלי, הציפוי מורכב מחומרים אנרגיה דלת-קרקע, בדרך כלל פלואורפולמרים או סיליקון. פיזית, הציפוי בנוי מיקרו- חלקיקים וננומטריים כדי ליצור משטח גס, היררכיטי.זה מגביר את זווית המגע על ידי מלכודות אוויר מתחת לטיפת אוויר, המכונה ציפוי של משטר עיבוד כימי, כגון מכניקה.

בעוד ציפויים superhydrophobic ידועים ביותר לשימוש שלהם על carshields והילוך חיצוני, הפוטנציאל שלהם בניהול תרמי אווירי הוא צובר תשומת לב רצינית כי הם יכולים לשקף קרינה סולארית הקרובה להפחית ספיגה תרמית, הם מציעים אמצעי פסיבי של קירור כי אין כוח, ללא חלקים נעים, ומסה מינימלית.

הפיזיקה של ה-Thermal Accumulation בחלל

הבנת מדוע ציפויים סופר-hydrophobic מסייע דורש תפיסה בסיסית של הצטברות תרמית בוואקום של החלל.על פני כדור הארץ, חום מועבר על ידי התנהגות, הדבקה וקרינה. בחלל, הצטברות אינה קיימת משום שאין אווירה. התנהגות מתרחשת רק באמצעות קשרים מוצקים.

איזון תרמי של חללית נשלט על ידי המשוואה:

(ב) × Sun flux = Emittance (ε) × T4reaptance 1

כאשר הצד השמאלי מייצג חום נספג מהשמש, והצד הימני מייצג חום קורנל משם.טמפרטורת פני השטח T תלויה ביקורתי על היחס α / ε. Aמשטח עם אבסרטוטים סולאריים גבוהים פולטים אינפרא אדום נמוך יתחממו במהירות.צבעים לבנים מסורתיים ויחסי צ'פלין מטבוליים כמו כן יש α / יחסים נמוך, אבל הם יכולים לגרוע תחת קרינה אולטרה סגולה וחמצן אטומי.

תפקיד ההכרה ב-Thermal Driftt

לאורך זמן, משטחי חלל מצטברים אבק, סרטים מולקולריים מגזים, וכפור מ- Water vapor המשוחרר על ידי חומרים.מזהמים אלה מגבירים את ההימנעות הסולארית, מה שגורם למשטח לספוג יותר חום בהדרגה את הטמפרטורה התפעולית.תופעה זו, המכונה FLTα:0thermal סחףFLT:1, יכולה להפחית את תוחלת החיים של מערכות בקרה תרמיות וכוח משימה שמרנית יותר.

כיצד Superhydrophobic Betaings להפחית את ה- Accumulation

ציפוי Superhydrophobic להפחית הצטברות תרמית באמצעות כמה מנגנונים מקושרים שעובדים יחד כדי לשמור על פני השטח קריר יותר ויציב יותר.

משקפי שמש משופרים

ציפויים סופר-hydrophobic רבים משלבים פיגמנטים ננומטריים או חללי אוויר המתפזרים אור השמש.מרקם פני השטח המחוספס המספקים דחייה מים גם מתפזרים וקרינת ליד-הרעב, הפחתת כמות האנרגיה הסולארית נספגת.כאשר בשילוב עם פיגמנטים לבנים כגון דו תחמוצת טיטניום דו תחמוצת-חמצני או תחמוצת אבץ, ציפויים אלה יכולים להשיג רפה של 90% ומעלה.

צמצום האבחון

פליטת אינפרא אדום של פני השטח קובעת ביעילות כיצד היא קורנת חום בחזרה לחלל. זיהום וירידה פני השטח פולטים נמוך יותר, מלכוד חום. כי ציפוי superhydrophobic דוח מים ומתנגד לדבקות של contaminants אורגני, הם משמרים את תכונות הנפלט שלהם לאורך זמן. חלק ניסוחים משלבים גם חומרים עתירי גבוה בספקטרום אינפרא אדום, כגון מתכת מסוימת, משוואות תרמיות, כדי משוואות תרמיות.

מניעת התפשטות קרח ופורסט

בצד הצל הקר של מסלול, מים פנויים יכולים לדחוס ולהקפאה על פני השטח של החללית.קרח יש מוליכות תרמית נמוכה ופועל כשכבה מרתיעה, להאט את דחיית החום כאשר החללית חוזרת לשמש. ציפויים סופריופוביים מונעים מים רטובים את פני השטח, ולכן טיפות בטמפרטורות גבוהות יותר אבל הם לשפוך בקלות על ידי רטט או נטייה קלה לפני שהם מצטברים לתוך שכבות עבות זה גרם להקפאה.

רדיטיבית Cooling

מחקר שנערך לאחרונה משלבת את העל-hydrophobicity עם יכולות קירור קורנטיביות.על ידי כוונון הציפוי לפלט חזק בחלון האטמוספרי 8–13 μm (הרלוונטי לחלליות של כדור הארץ מחפש את הפלנטה) או בלהקה אינפרא אדום רחבה למשימות חלליות עמוקות, ציפויים אלה יכולים לקרין חום בצורה יעילה יותר מאשר משטחים סטנדרטיים.

היתרונות של Superhydrophobic Betaings for Spacecraft

מעבר לניהול תרמי, ציפויים סופר-יופוביים מציעים מגוון של יתרונות מעשיים שהופכים אותם אטרקטיביים למשימות חלל.

  • (FLT:0) בקרת תרמי משקל: 1FLT שלא כמו קורנטורים צינורות חום, ציפוי מוסיף מסה רשלנית.כל קילוגרם הציל את עלויות השיגור או ניתן להקצות לשכר.
  • (FLT:0Corrosion Protection: FLT:1 Moisture and לחות במהלך הפעלת פעולות כריית או בסביבות לחות יכול לפוצץ משטחי מתכת.
  • (FLT:0) יכולת ניקוי: ההרחבה של אבק 1 (FLT:1) על לוחות סולאריים יכולה להפחית את תפוקת החשמל ב-20-40 אחוזים על מאדים או משימות הירח.ציפוי מנקה עצמית יכול לשפר משמעותית את קציר האנרגיה.
  • (FLT:0) בקרת זיהום תאולוגי: קיד 1 (FLT:1) עבור משימות הגנה פלנטריות, משטחים סופר-hydrophobic להפחית את היכולת של מיקרובים לדבוק וליצור ביופילים, עוזר לעמוד בדרישות סטריליזציה.
  • (FLT:0) תאימות עם תת-סטריטים גמישים: OVAF1) ניתן ליישם ציפויים על-ידקוליים רבים על סרטים דקים, בדים ומבנים הניתנים לפרוס, הרחבת השימוש שלהם למלחים סולאריים, אנטנה ושמיכות תרמיות.
  • (FLT:0)urability בוואקום:FLT:1 בניגוד לציפויים המבוססים על פולימרנים כי תרכובות אנדרוטאליות גז, ציפויים סופר-hydrophobic ממושמעים היטב ניתן לתכנן כדי לקבל גזים נמוכים מאוד, לעמוד בדרישות המחמירות של יישומי חלל.

אתגרים בבקשות חלל

למרות ההבטחה שלהם, ציפויים סופר-רפופוביים עומדים בפני מכשולים משמעותיים לפני שניתן להשתמש בהם באופן שגרתי על חלליות תפעוליות.מחקר מטפל באופן פעיל בנושאים אלה.

המונחים: Ultravioletקרינה

קרינה אולטרה סגול בחלל שוברת פולימרים אורגניים רבים. פלואורופולמרים, אשר מהווים את הבסיס של ציפויים סופר-hydrophobic רבים, יכול לכווץ תחת חשיפה ממושכת של UV, לאבד הן את האנרגיה שלהם על פני השטח הנמוך ואת השלמות המבנית שלהם. החוקרים מפתחים ניסוחים עמידים UV באמצעות חלקיקים אורגניים וקושרים עמידים קרינה.

אטומי חמצן

במסלול כדור הארץ נמוך, חמצן אטומי תוקף חומרים רבים.פולימרים פגיעים במיוחד, שוחקים בקצב שיכול להפוך ציפוי חסר תועלת בעניין של חודשים. ציפויים סופרילופוביים חייבים להיות מעוצבים עם כימאים עמידים חמצן אטומי או מוגן על ידי שכבת חומר דק של אינרטי כגון אחליקה או alumina.

אופניים חמים

Spacecraft עובר אלפי מחזורים תרמיים בין חום וקור קיצוני.ההתרחבות החוזרת וההתכווצות החוזרות ונשנות יכולים לגרום לציפוי לפצח, להשחיקה, או לאבד את התכונות ההידרופוביות שלהם.הלא-ההתאמה ב coefficients של התרחבות תרמית בין הציפוי לבין תת-המצע הוא גורם מרכזי.ציפוי גמישים מבוססי siloxane-בסיסיים ציפויים מבוססי ציפויים מבוססי-בסיסיים ואלה עם קושרים אלסטומריאומטריסטים מראים התנגדות טובה יותר לרכיב תרמי.

Vacuum Stability and Outgassing

מחוץ לתרכובות תנודתיות יכול לסווג אופטיקה רגישה, תאים סולאריים, וקרני רדיו תרמיים. ציפויים סופר-hydrophobic חייב להיות ריפא ביסודיות נבדק כדי להבטיח שהם פוגשים ASTM E595 או ECSS עבור Outgassing. כמה ציפויים לשלב מחסומים שולחן ריק-stable והימנעות מפלסטיקה או דל-משקל-משקל נמוך שיכול להגיע אל פני השטח.

עקבו אחרי Spacecraft Substrates

Spacecraft בנוי ממגוון חומרים כולל ⁇ אלומיניום, תרכובות פחמן-פיבר, וזכוכית. Achieving חזק מתחזים בכל תת-השכבות האלה תוך שמירה על superhydrophobicity הוא מאתגר. שכבות פריים, טיפולי פלזמה, ותפקוד פני השטח נחקרים כדי לשפר את הקשר ללא שכפול הביצועים של הציפוי.

מחקר ופיתוח נוכחי

התחום מתקדם במהירות, עם כמה כיוונים מבטיחים הנובעים ממעבדות וסוכנויות חלל ברחבי העולם.

ביקורת: Superhydrophobic Coating

אחד מאזורי המחקר הפעילים ביותר הוא ציפוי עצמי שיכול לתקן נזק מאפקטים מיקרו-סטרואידים, שריטות או השפלה UV. ציפויים אלה מכילים מיקרו-capsules או רשתות vascular מלא סוכנים הידרופוביים משוחררים כאשר הציפוי הוא ניזוק. לחלופין, כמה עיצובים משתמשים באג"ח כימי דינמי שיכול להרכיב לאחר קרע עצמי.

קידוד Multifunctional

חוקרים עובדים לשלב מוליכות סופר-פובית עם פונקציות אחרות כגון תכונות אנטיסטטיות, מגן קרינה, או אפילו מוליכות חשמלית עבור בקרת פריקה אלקטרוסטטית. A ציפוי יחיד המספק ניהול תרמי, עמידות זיהום, וניתוק סטטי יהיה לפשט ייצור חלליות ולהקטין את המסה. לדוגמה, הוספת צינורות פחמן למטריקס על-ידי ממתיפובי יכול לספק מוליכות תוך שמירה על דחיית מים.

שיטות חיקוי

עבור ציפוי סופר-hydrophobic להיות מאומצ על ידי התעשייה, הם חייבים להיות מיושם באמצעות שיטות מדרגיות, עלות-יעילות. Spray ציפוי, ציפוי dip, עיבוד רול-to-roll הם אופטימיזציה עבור משטחים גדולים של חלליות.פלסמה-enhanced כימי Vapor deposition מציעה שליטה מדויקת על ציפוי עובי וכימיה אבל דורש ציוד אחרון התמקד במברשת-on ונוסחאות ניתן ליישם בתנאי פריחה מיוחדים ללא .

תיקון חלל והתחדשות

מושג מתפתח הוא היכולת לשחזר את העייפות במהלך משימה.זה יכול לכלול יישום של טופקואט טרי באמצעות זרוע רובוטית או שימוש בפירוק vapor כדי לחדש את השכבה הידרופובית. יכולת כזו תהיה בעלת ערך במיוחד עבור משימות הידרו-דבוקציה ארוכות למאדים או כוכבי הלכת החיצוניים שבהם היא בלתי אפשרית.

כיוונים עתידיים

במבט קדימה, ציפויים סופר-hydrophobic צפויים לשחק תפקיד חשוב יותר בניהול תרמי של חלליות ומעבר.

משימות נפט וממאדים

עבור משימות על הירח ועל מאדים, אבק הוא בעיה גדולה.אבק ירח הוא abrasive, אלקטרוסטטי טעון, ומציית כמעט לכל דבר.זה יכול לדרג משטחים של שליטה תרמית ופאנלים סולאריים. ציפויים סופריופופוביים כי גם דוחה אבק - הנקרא FLT:0 ânbticFLT:1 ציפויים - מפותחים במיוחד עבור אלה.

דרישות לוויין וקוביות קטנות

(בולטינדרים קטנים יש לעתים קרובות כוח ונפח מוגבל לשליטה תרמית פעילה.ציפוי סופר-פובי פסיבי המפחית את הטעינה התרמית יכול לפשט את העיצוב התרמית של פלטפורמות אלה.כמה משימות קובש כבר טסו ציפויים סופר-פוביים כמו הפגנות טכנולוגיה, והתוצאות משמשות כדי להנחות ניסוחים הדור הבא.

שילוב עם ייצור תוספתי

כמו הדפסה תלת מימדית הופכת נפוצה יותר עבור רכיבי חלל, יש עניין גובר בדפוס משטחים superhydrophobic ישירות.זה יכול לאפשר בקרת תרמית אישית גיאוגרפית גיאוגרפית - כגון מבנים ליטיצ'ה עם ערוצי קירור משובצים - כי הם מצופים עם שכבה superhydrophobic במהלך תהליך הייצור.מחקר מוקדם הראה את הכדאיות של פולימרים מוטבוליים הידרופוביים עם פני השטח מבוקר.

מרחב עמוק וInterstellar Probes

עבור משימות נסיעה רחוק מהשמש, ניהול תרמי משתנה מדחיית חום כדי לשמור אותו.עם זאת, ציפוי superhydrophobic עדיין מציעים ערך על ידי מניעת זיהום מחומרים מחוץ הגזים ועל ידי מתן משטח יציב, צפוי עבור קורנטורים. AsFLT:0research לתוך קירור קורנטיבי עבור בדיקות חלל עמוק 1LT התקדמות, superophobic עשוי להיות משולב טיפולים סולריים באופן אוטומטי כדי לשנות מערכות סולאריות כדי לשנות באופן אוטומטי.

מסקנה

ציפויים סופר-hydrophobic מייצגים מעמד של חומרים עם הבטחה אמיתית לשיפור ניהול חלליות תרמית.על ידי לשקף קרינה סולארית, מניעת זיהום, ושמירה על תכונות אופטיות יציבות לאורך זמן, הם מציעים יכולת, קל משקל, ופוטנציאל חסכוני להשלים מערכות בקרה תרמיות.

עם זאת, הדרך לאימוץ שגרתית דורשת אתגרים נוספים ביציבות ה-UV, עמידות לחמצן אטומית, עייפות ברכיבה תרמית ו-Valקום החוצה גזים.המחקר הנוכחי של כימאים עצמיים, ניסוחים רב-תפקודיים, ושיטות ניתוק ניתוק קשקשים הוא סגר בהתמדה את הפערים האלה.כפי שתעשיית החלל נעה לקראת שיגורים תכופים יותר, לווייניים קטנים יותר, ומשימות מאוישות ארוכות יותר, הביקוש לפתרונות גמישים, יציבים, רק עמידים, יציבים, יציבים, יציבים, רק כדי להשיג פתרונות מגנטיים, יציבים, יציבים, יציבים, הם רק כדי להשיג יותר, רק כדי להשיג יותר, גמישים יותר, גמישים יותר, גמישים יותר, עם פתרונות מגנטיים, יציבים יותר, עם פתרונות גמישים, גמישים, גמישים יותר, יציבים, עם פתרונות מגנטיים, גמישים, גמישים יותר, גמישים, עם פתרונות גמישים, עם פתרונות גמישים, עם יותר, הם רק עמידים יותר, גמישים יותר, יציבים, רק עמידים, גמישים, הם רק עמידים יותר, גמישים יותר, גמישים, הם עמידים, גמישים יותר, הם עמידים יותר

עבור מתכננים המשימה ומהנדסים תרמיים, הצומת המרכזי הוא כי ציפויים סופר-מולקוליים אינם תחליף לכל מערכות תרמיות פעילות, אלא תוספת חזקה של ערכת הכלים. כאשר חלים על משטחים חיצוניים, לוחות סולאריים, finator סולנים, ואלמנטים מבניים, הם יכולים להפחית עומסים תרמיים, לפשט את העיצוב המערכת, ולשפר את האמינות שיתוף הפעולה בין חומרים, סוכנויות חלל, ויצרנים חיוניים יותר כדי להישאר מצופה של חללים אלה, כדי להמשיך לפתח את הציפוי חללים, כדי להמשיך את הציפוי חלליים, כדי להמשיך לפתח את כל הציפוי החלל הציפוי החלל הציפוי זמן ארוכים יותר, עם הציפוי, עם הציפוי החלל, עם הציפוי החלל, עם הציפוי החלל הציפוי החלל, עם הציפוי, עם כל הציפוי החלל הציפוי יותר, עם הציפוי, עם הציפוי, עם הציפוי, עם הציפוי, עם הציפוי, עם הציפוי, עם הציפוי, עם הציפוי זמן קצר יותר, כדי להמשיך לפתח את הציפוי, כדי לעזור יותר, עם הציפוי, עם הציפוי, כדי להמשיך לפתח את הציפוי של סביבת הציפו

(ב) לאלו המעוניינים בפרטים טכניים עמוקים יותר, משאבים כגון FLT:0NASA טכנולוגיה בקרת דרך מיפוי גבוה יותר 1 והעבודה של הסוכנות האירופית לחלל על ציפויים על-ידי הציפוי העל-hydrophobics (PLT 3:3) מספקים נקודות פתיחה מצוינות לחיפוש נוסף.