חדש חומר Paradigm עבור הנדסת חשמל

תעשיית החלל נמצאת תחת לחץ בלתי פוסק להפחית את המסה.כל קילוגרם שנשמר במסה יבשה של לוויין מתרגמת ישירות לעלויות השיגור הנמוכות - עד עשרות אלפי דולרים לקילוגרם בהתאם לרכב השיגור - ומשאיר מקום לעוד עומס, דלק או על כלי על הסיפון. בהקשר זה, סיבים ארמידיים עברו מחיזוק לכדי עמוד השדרה האחורי של חומר קל משקל, גבוה, אשר פותחים במקור ממערך לייזרים, אשר עשוי להופיע רק מחוזקים, ורק כמה ממערכות לייזרים, אשר פותחים, אשר פותחים, בעיקר, בעיקר, ממערכות הגנה על ידי מיקרומטרים, וגמישות, אשר פותחות, אשר פותחות, בעיקר, אשר פותחות, בעיקר על ידי מיקרומטרים, אשר פותחות, כדי לחץ אוויריות, על ידי מיקרומטר, על ידי כמה ממערכות הגנה מפני כמה ממערכות הגנה מפני שבבים, וגמישות, אשר פותחות, על ידי סוללות מתכת, על ידי כמה ממערכות לייזרים, בעיקרו על ידי מיקרומטר, אשר פותחות, אשר פותחות, אשר פותחות, בעיקר על ידי כמה ממין זה, אשר פותחות, על ידי סוללות מתכת, אשר פותחות, אשר פותחות, אשר פותחות, אשר פותחות, רקמותת, אשר פותחות, על

מה זה Aramid סיבים?

(א) סיבים ארמאים הם סוג של פולימרים סינתטיים השייכים למשפחת פולימיד, מכובד על ידי נוכחות של טבעות ארומטיות בשדרה פולימרנית.המילה "הארמיד" עצמה היא פורטמנטו של "פולימידומטי" בניגוד למינוי קונבנציונלי, המבנה הארומטי נותן סיבים נוקשות והתנגדות תרמית שונה.

מבנה כימי וייצור

היחידה הבסיסית של para-aramid (סוג המשמש יישומים מבניים גבוהה סטרנגית) היא פולי-paraphenylene terephthalamide (PPTA) השרשראות פולימר מוכוונת מאוד ומוחזקים יחד על ידי אג"ח מימן חזק, המוביל למבנה חד-חמצני חזק יותר, אשר נוצר על ידי מערכת העיכול, פתרון של חומצה גליקולרית הוא מפורץ דרך ספין-אווירי, ואז מורכב 5 פעמים של חום רטוב, 000, 000 חזק יותר, 000.

הסיבים המתקבלים הם בדרך כלל צהוב או זהב בצבע, עם צפיפות של כ-1.44 גרם / ס"מ3. הם בעלי כורה מוחלט, עם אינדקס חמצן מגביל (LOI) מעל 28 ולא מתמסים או טפטוף כאשר נחשפים לטמפרטורות גבוהות.שילוב זה של תכונות הופך סיביר אידיאלי עבור העומס התרמטי הקיצוני מנוסים במהלך שיגור לוויין ופעולות מסלול.

נכסים קריטיים ליישומים של לווין

כוח-ל-Weight Ratio

התכונה החשובה ביותר של סיבים aramid היא הכוח הספציפי שלה (הסטרופה מחולק על ידי צפיפות) עם כוח מסוים של בערך 2.5 × 106 N-m / kg, aramid Outperforms אלומיניום ⁇ s (approx. 0.2 × 106), ⁇ טיטניום (prox. 0.25 × 106), ואפילו ציונים רבים של סיבי פחמן אלא אם סיבי פחמן הוא מוכוון מאוד ופסולת של רכיבי רדיו אלה חייבים לשרוד את זה יותר.

יציבות ויציבות הממד

מסלול כדור הארץ נמוך (LEO) לווייני פנים מחזורים תרמיים החל בערך -150 מעלות צלזיוס ליקוי +120 ° C באור שמש ישיר. סיבי Aramid שומרת על שלמות מבנית בטווח הטמפרטורה כולו, עם coefficient of תרמי הרחבה (CTE) כי הוא מעט שלילי לאורך ציר הסיבים (בדרך כלל −2 עד −4 pm / C). קרוב זה - או מעט שלילי של ה- CTE) כי הוא יתרון נמוך יותר מ ספסלים מגובה של פחות מגובה של פחות מ ספסלים אופטיים, לאחר דחיסות אופטיים, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, 000, כלומר, פחות מ טמפרטורות, 000, 000, 000, 000, 000, 000 מתאים יותר מאשר צמיגים, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 מתאים יותר מאשר אנטים, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 כדי אנט, 000 מתאים

עמידות

חלל הוא סביבה קרינה קשה, חומרי הפצצות עם פרוטונים, אלקטרונים, וצינים כבדים יותר. סיבי Aramid הוכיחו התנגדות טובה לקרינת gamma ואלקטרונים פלוקס עד כמה מגה ⁇ s. בעוד קרינה אולטרה סגולה (UV) גורמת להידרדרות פני השטח (דפוס להלן), התכונות המכאניות הגדולות של תרכובות של תרכובות aramid הן במידה רבה בלתי מושפעות על ידי קרינת הצטברות מצטברת של 5 שנים של חמצן או מינרלים או אטומיים זה.

גמישות ודיכאון

בניגוד סיבים פחמן, שהוא נוקשה ומתפתל בכיוון ההפוך, סיבים aramid יכול להיות ארוג לתוך בדים כי להתאים בקלות לצורות מורכבות. נכס זה הוא יקר עבור רכיבי לוויין ייצור כמו לוחות מעוקלים, מגנים תרמיים מעוקלים, ופריחה ניתן לפרוס.היכולת להתאים את הכיוון של שכבות aramid בתוך מבול מורכב (לדוגמה, באמצעות לוחות מרובעים), מאפשר למהנדסים תרמיים, כדי להרחיב את החוזק ספציפי.

יתרונות ברורים על פני חומרים מסורתיים

  • (FLT:0) צמצום:0 (Massduction): החלפת פאנל מבני אלומיניום עם aramid /epoxy מורכב יכול לחסוך 30–50% מהמסה עבור נוקשות כפייה טיפוסית 500 ק"ג לוויין, זה יכול להיות מאות אלפי דולרים בחיסכון שיגור.
  • (ב) ⁇ :0 (Dampingמאפיינים: FLT:1) Aramid מורכב להראות גבוה יותר לחות מאשר מתכות או סיבי פחמן, צמצום גודל הרטט במהלך ההשקה ולהפחית את הצורך במתקני רטט נוספים.
  • (FLT:0) קליטת אנרגיה: FLT:1, מנגנון הכישלון של סיבים ארמונים (הם fibrillate ולא רצף) הופך אותם לקליטי אנרגיה יוצאי דופן - שימושי עבור התמוטטות של מערכות נחיתה על אדמות פלנטריות ועל מגן מיקרומטראואיד על מודולים מחוננים.
  • (FLT:0) שקיפות חשמלית: סיבים ארמייד:1 הוא ללא מוליכים חשמלית, המהווה יתרון מכריע עבור radomes וחלונות אנטנה שבו חומרים מתכתיים או פחמן מבוססי חומרים יגרום להפחתה או השתקפות.
  • (FLT:0)Low Outgassing:FLT:1 , תרכובות מעובדות כראוי לעמוד בדרישות הגזמה של נאס"א (אובדן המוני טואלט וlt; 1.0%, שנאספו חומרים וlt;0.1%), חיוני כדי להימנע מזיהום אופטי ומשטחים בקרה תרמיים.

יישומים בעיצוב לווין

פאנלים ומסגרות

(ב) סיבים ארמיים משמשים לעתים קרובות ב-FLT:0honeycombibvy CoreFLT:1 לוחות כריכים, לעתים קרובות בשילוב עם סיבים פחמן או פני אלומיניום (כמו זה עשוי מ- Nomex או נייר ארמאנטי) מספק כוח כיס והתנגדות מחוץ למטוס בשבריר של צפיפות של לוחות דבש, בצורת אוטובוס של 2 ליטרים, כולל שבבים מרכזיים, כולל לוחצים מרכזיים של שבבים, כולל שבבים קטנים, כולל שבבים מרכזיים, כולל שבבים מרכזיים, כולל שבבים של שבבים, כולל שבבים מרכזיים, כולל שבבים מרכזיים, כולל שבבים מרכזיים, כולל שבבים מרכזיים, כולל שבבים של לוויינים, כולל לוויינים, כולל לוויינים, כולל שבבים מרכזיים, כולל שבבים מרכזיים, כולל שבבים של שבבים של שבבים של שבבים מרכזיים, כולל שבבים של לוויינים, כולל לוויינים, כולל שבבים של לוויינים, כולל שבבים של כלי לוויינים, כולל שבבים בגודל של מיכלים בגודל של שבבים מרכזיים, כולל שבבים מרכזיים, כולל שבבים של שבבים מרכזיים, כולל שבבים של שבבים מרכזיים, כולל לוויינים, כולל לוויינים, כולל לוויינים, כולל שבבים חשמליים, כולל שבבים CLT2, כולל

בומבוסים ואנטנה סובסטריטים

הגמישות של בד ארמאמי הופכת אותו למצטבר מצוין עבור מבנים הניתנים לפרוס.וון ארמברד יכול להיות מפוסל בתצורה מתקפלת או מגולמת ולאחר מכן לפרוס עם מסה מינימלית.ה נאס"א:0 אנטנה ניסיונית אנטנה אנטנה מאלט 1 ועיצובים נוקשים עבור גדול, בלתי ניתן ליישבים השתמשו במזכרון מבוסס-יתר כדי להשיג יעילות גבוהה, בדומה לפריסת של פריימים של הפריסה"מדומים:

בידוד הרחם

שמיכות מרובות שכבות (MLI) לעתים קרובות משלבות בד scrimramid כשכבה חיזוק בין הסרטים הממותקים (למשל, קטון אלומיניום) ramid מוסיף התנגדות מדמיע ויושרה מבנית לשמיכה מבלי להוסיף מסה משמעותית.בכמה עיצובים, ארמד משמש כחומר חלל למזער העברת חום בין השכבות השמיכות לחמצן האטומי, אשר גם הוא משופר על ידי סיבית.

מיקרומטאורואיד ואורביטאל דביריס (MMOD)

אחת האפליקציות הלא-ההוראהיות החשובות ביותר של סיבים ארמידים היא להגן מפני מיקרומטראוסטרואידים והריסות חלל (ה-FLT:0) ו-Whippleמגן מפני ספקטרום 1 – שכבת פגוש דקת שהוצבה בפני קיר אחורי - ניתן להפיק משכבות מרובות של מרקם קרבן.

כבלים וטתרים

עבור יישומים הדורשים כוח גבוה ו בידוד חשמלי - כגון מערכות tether לווייני עבור דה-ביט או דור כוח - סיביר נפצע לתוך כבלים מחוסנים או משמש ליבת עומס. Aramid חבלים שימשו באלקטרודינמיקה ניסיונית tethers (למשל, הקלה על לוויינים קטנים, 000) כי הם זקוקים לפרילציה קלה יותר עבור לוויינים רגישים, כי הם פולשים יותר מאשר כבלים רגישים).

אתגרים ומייגים

קרינה UV Degradation

סיבים ארמאים רגישים לקרינת אולטרה סגול (UV) אשר גורמת להתמוטטות פוטו-כימיקלית של עמוד השדרה הפולימריא ומוביל לאובדן של כוח רב-ile, צהובה, ומחזור פני השטח. בחלל, אפילו חשיפה קצרה לשמש ישירה יכול להדחריד ללא הגנה על aramid, בעוד רכיבי ramid על לוויינים הם כמעט תמיד LT:0coated או מחוסנים עם צבע UV-סגולה (מחוסן) מ-סגולה, כגון: 18.

המונחים: Moisture Absorption

סיבים ארמיים סופגים בקלות לחות מהאווירה (עד 5% על ידי משקל), אשר יכול להשפיע על היציבות המדוכנית ונכסים מכניים של המורכב. בחלל, נספגים גזי מים כאשר הלוויין מגיע לוואקום, פוטנציאל לסווג אופטיקה רגישה או לשנות את האיזון ההמוני.Predrying aramid לפני ייצור מים מורכבים, תוך שימוש בחומרי לחות בשקע, להניח, הפך לסטנדרטים רבים יותר מאשר לא פחות או יותר מאשר באזורים קריטיים.

כוח מדכא ו בונדינג

סיבים aramid יש כוח דחוס יחסית גרוע בהשוואה סיבים פחמן.ביישומים שבהם עומסי דחיסה טהורים שולטים, aramid משמש לעתים קרובות מלומי היברידית - וחוסם שכבות של aramid בין פיות פחמן-מבר - כדי לנצל את כל החוזקות של חומר. בדומה, אג"ח aramid ל substrates אחרים דורש טיפול זהיר (כגון פלזמה או פלזמה) כי סיבים אמינים פחות עבור פני השטח התחתון של פחמן.

עלויות ומורכבות הייצור

סיבים aramid יקר יותר מאשר סיבים זכוכית וכמה ציונים של אלומיניום, אבל זול יותר מאשר סיבים פחמן בקנה מידה גבוה רבים. עבור ייצור גדול פועל, העלות יכול להיות מוקרן על ידי חיסכון המוני.עם זאת, הצורך בכלים מיוחדים חיתוך (כדי להימנע מנפיחות) ולסביבות ייצור מבוקר (כדי לנהל לחות) להגדיל את העלות הכוללת של מחקר במיקומים אוטומטיים ורובוטיקה הוא בהדרגה להפחית את עלויות אלה, מה שהופך את זה אפשרי עבור כוכבי הלכת אמזון קוגניבה או כוכבי הלכת.

אפשרויות לעתיד ופיתוחים מתקדמים

היברידית וננו-Enhanced Composites

כדי לטפל במגבלות של aramid - במיוחד רגישות UV וכוח דחוס מתון - חוקרים מפתחים תרכובות היברידיות המשלבות aramid עם צינורות פחמן, גרפן, או חלקיקים קרמיקה. nano-fillers אלה ניתן להפקיד על פני סיבי היברידית עם גירוי כימי או אלקטרופורציה, שיפור הסיבים ותכונות מרובות תפקוד מחוזק של UVCDC מוקדם יותר מאשר חשיפה של $ 95 שעות תגובה חשמלית.

In-Space Manufacturing and Recycling

כניסתו של ייצור על-אוביט עשויה לשנות את האופן שבו נעשה שימוש בלוויינים.Fuse deposition Modeling (FDM) עם סדקים מלאים של ארמידיים יכול לאפשר הדפסה של חלקי חילוף או אנטנה גדולה במיקרו-גרפיט בינתיים, מחזור של חומרי לוויין מקצה-חיים צובר תשומת לב: סיבים חד-פעמיים ניתן להחזיר מבניינים מורכבים או פתורים של תכונות מכניות:

מבנים חכמים וחוטים

מכיוון שמרקם אגר אינו מוליכים, הוא משמש כמתמר טבעי שבו סיבים אדזואלקטריים או סיבים אופטיים של סיבים אופטיים יכול להיות מוטבע כדי ליצור FLT:0 להורות ניטור בריאותי ניטור FLT:1 מערכות אלה מסובבים חכמים יכולים לזהות זן, טמפרטורה ואפילו להשפיע על אירועים בזמן אמת, להאכיל נתונים בחזרה למחשב של לוויינים כדי להתאים את הגישה או דוח של 3Fram.

הרחבת השימוש ב Mega-Constellations

כמו חברות מגה-קונסטלציה לדחוף עבור לווינים זולים מאוד, המוני-מופצים, סיבים aramid מציעה דרך להפחית מסה ללא קידוד רב-הבסיסה.ה-FLT:0StarlinksFLT:1 לווייניים, למשל, להסתמך במידה רבה על מבנים מורכבים קלים כדי להגיע למסה יבשה של כ-260 ק"ג.

מסקנה

סיבים ארמיים הוכיחו את עצמם יותר מאשר חומר אלסטי נישה.שילוב ייחודי של כוח ספציפי, יציבות תרמית, עמידות קרינה, גמישות עיצוב עושה את זה בחירה טבעית עבור העולם מודע משקל של הנדסה לווינית.מבנים ראשוניים ובומות ניתן לפרוס למיקרומטרואיד מגן ו-tethers, רכיבים ארמידיים מספקים חיסכון המוני ללא ביצוע משמעותי, יתרון עצום של מחזורי אוויר, ולהגדיל את תפקידם ארוך יותר של מערכות ההפעלה שלה, אפילו יותר ויותר, תוך כדי להבטיח יציבות גבוהה יותר, כמו גם עבור משימות עיצוב אוויריות וירטואלית-אווירה, וגמישות לטווח ארוך יותר, ומערכת הגנה משולבת, ומערכת הגנה משולבת, ומערכת הגנה משולבת, תוך כדי להבטיח את תפקוד אמיתי, 000, ומערכת הגנה משולבת, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 יציב יותר, 000 יציב יותר, 000 זמן ארוך יותר, 000, 000, 000 זמן ארוך יותר, 000, 000, 000 יציב יותר, 000 זמן ארוך יותר, 000 יציב יותר, 000, 000 יציב יותר, 000 יציב יותר, 000 יציב יותר, 000, 000, 000, 000 יציב יותר, 000, 000, 000, 000, 000 יציב יותר, 000 יציב יותר, 000 זמן ארוך יותר, 000 יציב יותר,

(ב) ויקרא י"ד:

  • [01:0] NASA מסמך טכני על מיקרומטרורואיד מגן עם KevlarFillo 1
  • (ב) ,0) ,DuPont Kevlar Aerospace design Guide
  • (ב) עיין ב-[[1924]]]]
  • (ב) ,0) חומרים של ESA ו-Commonents TechnologyFIRLT 1