הסביבה הקיצונית של החלל מציגה אתגר עצום לחומרים המשמשים בחלליות. חשיפה להשפעות מיקרומטראוסטרואידים, חמצן אטומי, קרינה אולטרה סגולה, ותנודות טמפרטורה ממאות מעלות מעל אפס עד אפס מוחלט קרוב לאפס יכול במהירות להפיג את בידוד תרמי הקונבנציונלי.כל אובדן של סיכוני בידוד של יושרה על פני התחממות או הקפאת מערכות לוח, מסכנת הצלחה ובטיחות צוות זה, כדי לטפל בכיוונים התפתחותיים מתקדמים יותר, הם מסוגלים לחקור חומרים אוטונומיים מתקדמים יותר ויותר, אשר יכולים לחקור חומרים התפתחותיים של חומרים מתקדמים יותר ויותר, אשר יכולים להמשיך לפתח את הסביבה הזאת, מתקדמים, קריפטומית של חומרים מתקדמים, כי הוא מסוגל יותר ויותר, קריפטומית של חומרים מתקדמים של חומרים מתקדמים של חומרים מתקדמים, קריפטומית של חומרים מתקדמים יותר ויותר, אשר יכולים לחקור את ההשפעות של חומרים מתקדמים, קריפטומית של התפתחותיים של התפתחותיים של חומרים מתקדמים, קריפטומית של חומרים מתקדמים, אשר ניתן לחקור חומרים מתקדמים, אשר ניתן לחקור את הסביבה.

הצורך ב בידוד עצמי בחלל

מערכות בקרה תרמיות חלל מסתמכות על שמיכה קל משקל, רב-שכבות וקצף כדי לשמור על טמפרטורה פנימית יציבה.עם זאת, אפילו punctures זעירה ממיקרו-סטרואידים או פסולת יכול ליצור נתיבים דליפים תרמיים. במהלך משימה ארוכת טווח לעצימה למאדים או אסטרואיד, השפעות מרובות עלולות לפענוח לרמות בלתי-מקובלות:0Auirton-of-of-to-of-to-to-to-of-to-to-to-to-to-of-to-to-to-of-to-of-of-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-of-to-to-of-of-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-of-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-

מעבר מיקרומטראוסטרואידים, רכיבה תרמי גורמת מיקרו-קליקים בקצף נוקשה ושמיכות גמישות.קרינה יכולה לגרד פולימרים, המוביל לייצור.חומרים של השמצה עצמית לטפל במצבי כישלונ אלה על ידי שחרור סוכן ריפוי או סגירת פיזית הפער.התוצאה היא עלייה דרמטית באמינות ובתוחלת החיים ללא עונש המוני של בשכבות בגרות אדומות.

תכונות עיקריות של בידוד עצמי-Healing Thermal Insulation

בידוד תרמי עצמי חייב לעמוד בקריטריונים ביצועים מחמירים מעבר ליכולת תיקון בלבד.המאפיינים הבאים חיוניים ליישומים מעשיים:

  • תיקון:0 (תיקון: 1) החומר חייב לזהות ולרפא נזק ללא גורמים חיצוניים או צריכת חשמל.
  • (ב) יש לשמור על תפקודים (התנהגות תרמית נמוכה) לפני, במהלך, ולאחר מחזורי ריפוי.
  • (ב) [ה]המשקל:0] אור משקל: ⁇ 1 [=]כל דקדוק נחשב בעלויות השיגור; מנגנון ההשמדה העצמית לא צריך להגדיל משמעותית את צפיפות הדחיסות.
  • (ב) ⁇ :0) אחריות וחזרה על עצמה: החומר צריך לעמוד באירועים ריפוייים מרובים ולהמשיך להופיע תחת טמפרטורה קיצונית, ואקום וקרינה.
  • (ב) ,0) תאימות: 1 (ב) יש לקשר טוב עם חומרי חלל אחרים ולא חומרים מזיקים של גז.

דרישות אלה מניעות את בחירת החומרים הבסיסיים ואת מנגנוני הריפוי.

חומרים וטכנולוגיות בפיתוח

ריפוי מבוסס מיקרוcapsule בפולימר Foams ו Aerogels

אחת הגישות המלומדות ביותר כרוכה בהטמעת מיקרו-קפטרולים מלאים סוכן ריפוי נוזלי (לעתים קרובות מונומר או adhesive שני חלקים) לתוך ממטריקס פולימריא. כאשר סדק מתפשט דרך החומר, הוא קרע את הקפסולות, שחרור הסוכן.הסוכן מגיב עם זרז מפוזר בממטריקס (או עם הסביבה) כדי ליצור תקע מוצק כי הם הוכיחו בהצלחה את הסדקים התואמים.

עבודה אחרונה על ידי NASAFLT:1 ומעבדות אקדמיות הראו כי קצף פולימיד ופוליאוריטאן המכיל microcapsules יכול לרפא חתכים עד כמה מאות מיקרומטר רחב. עם זאת, להבטיח חלוקת קפסולה אחידה ולהימנע קרע מוקדם במהלך ההשקה נשאר אתגרים. כמוסות חדשה עם דקירה, יותר פגזים שבריריים עשויים של סיליקה או פולימרים נבדקים רק כדי להפעיל מתח.

שם מקור: Shape-Memory Alloys and Polymers

חומרים בצורת-זיכרון יכולים לחזור לצורה מוגדרת מראש כאשר מחומם.ל בידוד תרמי, קצף פולימר בצורת-זיכרון (SMP) ניתן לדחוס עבור שיגור ולאחר מכן לפרוס למבנה ⁇ , בידוד מבנה.אם הקצף הוא punctured, חימום מקומי (באמצעות אלמנטים מוטמעים או שמש) יכול לגרום ל-SMP לסגור את הגישה הזו.

חוקרים בסוכנות החלל האירופית (ראה:0) ESAFIRLT:1) הפגינו את עצמם בהתקף עצמי בצורת פוליאורטאן קצף זיכרון עם יעילות ריפוי מעל 90% לאחר שלושה מחזורים.

הידרוגלס ופולימריקים במבנה סנדוויץ'

הידרוגלס - יצירות של פולימרים הידרופיליים נפוחים עם מים או פותרים אורגניים - נחקרו כמדיום של עצמו ל בידוד חלל.בתצורת כרייך, שכבת הידרוג ממוקמת בין שתי שכבות מבודדות.אם השכבה החיצונית היא מדריסה, הידרוג יכול לזרום לתוך הריק והסולף על החשיפה לחום או לזיהומים כבדים יותר, בעוד ששרירים חוזרים על פני השטח (Alphreatives) יכולים לספק מחסומים כימיים כבדים יותר.

ננו-חומרים לשיפור התכונות המכניות וההירומליות

הוספת צינורות פחמן, תחמוצת גרפן, או silica nanoparticles ל matrices self-healing יכול לשפר את FLT:0thermal מוליכות FLT:1 (בדרך כלל רצוי בכמה כיוונים) וכוח מכני. בהקשר של heal-healing עצמי, חלקיקים יכולים לשמש גם סוכנים מרפא - למשל, חיזוק לאזור פגוע עם רשת סגסוגת איטי יותר, בנוסף שטף חמצן.

מחקר מפורסם שפורסם ב-FLT:0.comS Applied Materials & InterfacesFelo1 (ראה FLT:2hereph 3) שילב microcapsules עם ננוקלוז קצף פוליאורתטן, השגת שיפור של 40% ביעילות תוך שמירה על צפיפות נמוכה.

אתגרים גדולים לOvercome

למרות תוצאות מעבדה מבטיחות, כמה מהמכשולים נשארים לפני בידוד תרמי הופך סטנדרטי על החללית.

Vacuum ו-Outgassing

בוואקום של החלל, סוכני ריפוי נוזלי יכולים להתאדות או להרתיח לפני שהם מגיבים.קפסולות חייבות להיות נועדו לשחרר את הסוכן רק לאחר צורות הסדקים, והסוכן חייב להיות לחץ נמוך מאוד. לחלופין, מנגנוני ריפוי המבוססים על דיפוזיה של מדינת מוצק או אג"ח קוה-שוויון הפוך להימנע מבעיה זו.

קרינה וחמצן אטומי

קרינה אולטרה סגולה וחמצן אטומי יכול להפיג הן את הממטריקס והן את הסוכן הריפוי. ציפויים מגינים או שילוב של ייצוב UV הם הכרחיים.כמה כימאים הדבקים בעצמם (למשל, אלה המשתמשים באג"ח מטושטשים) הם עמידים מטבעם לחמצן אטומי, מה שהופך אותם אטרקטיביים למשימות מסלול נמוכות של כדור הארץ.

מחזורי ריפוי מרובים

רוב המערכות הנוכחיות יכולות לרפא רק פעם או פעמיים לפני שסוכן הריפוי מותש.עבור משימות ארוכות, חומרים שיכולים לרפא שוב ושוב נדרשים.גישות חלופיות כגון אג"ח דינמי או אפקטים חד-משמעיים מציעים מספר בלתי מוגבל של מחזורי ריפוי, אבל הם דורשים גורם חיצוני (חום, אור) וייתכן שיש להם זמני תיקון איטיים יותר.

אינטגרציה עם מערכות חלל קיימות

בידוד עצמי חייב להיות תואם ציפויי חלל סטנדרטיים, דבקים, ממשקים מבניים.זה חייב גם לשרוד את סביבת ההשקה - רטט חמור, עומסים אקוסטיים, ודכאון מהיר.בדיקה בתנאים ריאליים היא קריטית אך יקרה.

כיוונים עתידיים וחדשנות

גישה ביולוגית-inspired ו- Biomimetic

הטבע מציע דוגמאות רבות של עור אנושי לגזעים.חוקרים שואבים השראה ממערכות ביולוגיות כדי ליצור חומרים חדשים.לדוגמה, FLT:0vasculature רשתות FLT:1 בתוך שכבות בידוד - כמו כלי דם - יכול לספק באופן קבוע סוכני ריפוי ממאגרים, המאפשר מחזורי ריפוי רבים.

חומרים הסתגלותיים ו Responsive Materials

בידוד עתידי עשוי לשלב עצמו עם פונקציונליות אחרת: רגולציה טמפרטורה (חומרי שינוי), הגנה מפני קרינה (גבוה חלקיקים Z), או אפילו קצירת אנרגיה.אלהFLT:0 חומרים פונקציונליים (FLT:1) להפחית את מספר המערכות נפרדות הנדרשת, לחסוך מסה ומורכבות.

עיצוב AI-Assisted ואפיון

למידת מכונה היא מאיצה את התגלית של יצירות חומריות אופטימליות וגודלי קפסולה.על ידי הכשרת מודלים על נתונים ניסיוניים, החוקרים יכולים לחזות יעילות ריפוי, מוליכות תרמית, עמידות לפני סינתזה. גישה זו מפחיתה את זמן הפיתוח ועלות.

בדיקה בחלל ו- Qualification

האימות האולטימטיבי ל בידוד תרמי עצמי יגיע בניסויים בחלל.כמה משימות קובש מתוכננות לחשוף דגימות קטנות של חומרים המניחים עצמיים לסביבה החלל ולעקוב אחר הביצועים שלהם.הנתונים ממשימות אלה יהיו בלתי-סבירים לחידוש מתכונים ולדרג אותם.

מסקנה

בידוד תרמי של עצמי מייצג שינוי פרדיגמטי בעיצוב חלליות.על ידי מתן חומרים לתיקון עצמם, אנו יכולים להרחיב את חיי החיים של המשימה, לשפר את הבטיחות, ולהפחית את ההסתמכות על מערכות מחוסמות, בעוד אתגרים הקשורים לוואקום, קרינה, מחזורי ריפוי מרובים נשארים, ההתקדמות המהירה בטכנולוגיית מיקרו-capsule, צורה של פולימרים, ורב-תפקודיים מרמז כי אתגרים מעשיים-עצמיים בתוך עשור אמין יותר, כמו ניהול חומרים אלה יהיה עמוק יותר.