חלל פועל בסביבה התרמית הקיצונית ביותר הידוע להנדסה.בסבב כדור הארץ נמוך, לוויין יכול לחוות תנודות טמפרטורה של מעל 200 מעלות צלזיוס בין הצדדים השמשיים והצללים של מסלולו.על פני השטח הירח, טמפרטורות נעות בין -180 מעלות צלזיוס בלילה ליותר מ-120 מעלות צלזיוס במהלך היום, כדי למנוע חומרים חשמליים או חסומים עמוק, כדי למנוע חומרים מבוקרים, ללא מגבלות מהירות גבוהה, יוכלו לעבור על פני השטח המתוקים של חומרים רדיואקטיביים של חומר רדיואקטיביים, תוך כדי למנוע חומרים רדיואקטיביים של תאים רדיואקטיביים, ללא מגבלות פיזיות, בטווח הארוך, ללא חומרים רדיואקטיביות, ללא מגבלות פיזיות, אשר יהיו מסוגלים לשלוט על פני השטח המתוקשים, ללא חומרים רדיואקטיביות, תוך כדי למנוע חומרים רדיואקטיביות, בטווח הארוך, ללא מגבלות פיזיות, כדי למנוע חומרים רדיואקטיביות, או חומרים רדיואקטיביות, בטווח הארוך, ללא מגבלות פיזיות, ללא חומרים רדיואקטיביות, כדי למנוע חומרים רדיואקטיביות, ללא לחץ דם מתוחכמות של חומרים רדיואקטיביות, ללא מגבלות פיזיות, ללא לחץ דם מתוחכמות גבוהה של חומר רדיואקטיביות, כדי למנוע חומרים רדיואקטיביות, ללא לחץ דם מתוחכמות גבוהה של חומר רדיואקטיביות, בטווח הארוך, אשר יהיו מסוגלים לשלוט על פני השטח הטמפרטורות קרות, כדי למנוע חומרים רדיואקטיביות, אשר יהיו

מה הם חומרים נורמטיביים?

חומרים אופטיים-אורטיים הם חומרים מיוחדים המונדסים לשלוט על זרימת קרינה תרמית על ידי שינוי התכונות האופטיות שלהם - בעיקר FLT:0solar absorptanceFLT:1 ( α) ו- (FLT:2infraredative) מסייע יחס אלטרנטימי ( & # 949;).

כמה חומרים תרמו-אופטיים יש תכונות קבועות - לדוגמה, צבע לבן עם רפלקטיביות גבוהה וגמישות גבוהה. אחרים הם FLT:0variable-emissive חומרים ⁇ FLT:1 שמשנים את ההתנהגות התרמית שלהם בתגובה לטמפרטורה, מתח, אור.חומרים פעילים או הסתגלות אלה יכולים לרסן את עצמם ללא חלקים נעים או כוח חיצוני, שמירה על מורכבות המונית ו Common כוללים מנגנונים:

  • (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ,0) חומרים חשמליים-אירוכמיים (FLT:1), שינוי תכונות כאשר שדה חשמלי מוחל.
  • (ב) ,0) חומרי שינוי-שינוי (Phase-changerated Materials) 1 - רתמו את אחסון החום המאוחר או מעבר בין מדינות.
  • (ב) ,0) מ"מטא-חומרים" (מ"ג) - מבנים מהונדסים עם תכונות קורנטיביות מותאמות.

היכולת לשלוט באופן עצמאי בהימנעות ואקטיביות על פני השמש והחפורת אינפרא אדום הופכת את החומרים האלה הכרחיים עבור חללית שיש לשרוד תנודות טמפרטורה רחבות עם כוח מינימלי ותקציב מסה.

סוגי חומרים מרכזיים

קולטנים סולריים אופטיים (OSRs)

רפלקים סולריים אופטיים, הידועים גם כמראות דו-צדדיים, הם העורקים של שליטה תרמית פסיבית.הם מורכבים משכבת כסף או אלומיניום דקת המופקדת על מחצץ או זכוכית תת-קרקעית. המתכת האחורית משקפת קרינה סולארית (תחנת אבסרטופטציה נמוכה), בעוד הקדמית בעלת קצבאות אינפרא אדום גבוה.

צבע לבן ו-Thermal Coatings

צבע לבן מיוחד - לעתים קרובות מבוסס על תחמוצת אבץ או פיגמנטים דו-חמצני טיטניום בסיליקון או כורכור אורגני - מעבר לאלטרנטיבה פשוטה יותר ל-OSRs. כאשר הם מקבלים השתקפות גבוהה סולרית (וגיל;85%) וגמישות גבוהה (וגילים) שלהם משופרים על פני כדור הארץ;0.9) אלה משמשים על מנות אנטנה, פני השמש, וגופים קלים יותר מאשר חום-סגולי דם אדום.

חומרים גמישים

(ב) למשימות הדורשות הסתגלות פעילה – כגון אלוטרים שצריכים להישאר חמים בלילה ולקרר במהלך היום – חומרים בעלי יכולת עמידה (VEMs) הם מוחלף משחק.אחד מעמד מבטיח מבוסס על סיפון:0vanadium-modium (VOFLT:12FLT:2FLT 3), אשר עובר שלב חצי-מוליד: 4.

אלקטרו-סרמוס ואלקטרוסטטיאטינגס

חומרים אלקטרו-כרומטיים משנים את התכונות האופטיות שלהם כאשר מתח קטן מוחל.לדוגמה, תחמוצת טונגסטן (WOveFLT:0303030303030303GFLT:1) יכול לעבור ממצב של הרשאות נמוכה עד גבוהה עם פוטנציאל של 1-2 V. מכשירים אלה מציעים תגובה מהירה ומודולציה תוכניתית, מה שהופך אותם אידיאליים של שליטה תרמית של מכשירים רגישים, אך הם דורשים חומר אלקטרו-אוטומטי, לעתים קרובות, לא מתאים לחשמל, אך ורק לחשמל.

מטא-חומרים ו-Nanostructures

פריצות דרך האחרונות nanoPhotonics יצרו metamaterials עם תכונות קורנטיביות לא נמצא בטבע. על ידי דפוס משטחים בקנה מידה אורכי גל - כגון מערך של פירמידות, חורים, או ערמות דיאלקטריות - מהנדסים יכולים להשיג ליד ספקטרום מושלם של ספקטרליות. לדוגמה, משטח יכול להיות קרוב אפס אימפולסים בתוך רצועת השמש ו ליד קוצר רוח רפאים יכול להיות חלומית שטוחה בתוך עיצובים סטנדרטיים או גבישי תיבות של פחמן.

יישום ב-Spacecraft Thermal Regulation

Thermal Blankets ו- Multilayer Insulation (MLI)

החומרים האופטימיים הם מרכיב קריטי של שמיכה רב-שכבתית המכסה את רוב משטחי החללית.השכבה החיצונית של שמיכה MLI חייבת להיות רפלקטיביות גבוהה (הפחתה נמוכה של 99%) ושאילות אינפרא אדום גבוהה כדי לדחות חום סולארי בעוד קרינה פנימית נאותה של שכבות חיצוניות שנוצרו על ידי ג'יימס קטון (עם ציפוי התנהגותי) או כסף Teflon הפנימי הם שכבות נמוכות, לדוגמה, כימות חום, כי הם תאים חום.

מערכות רדיטורים ו-Hick Rejection Systems

קורנטורים הם האמצעי העיקרי של לשפוך חום פסולת לתוך החלל.יעילותם תלויה ישירות בתכונות תרמו אופטיות של פני השטח של קורנטור באופן מסורתי, קורנטורים מצופים עם OSRs או צבע לבן.אבל משימות עם עומסים תרמיים שונים - כמו תחנת ניירטר אירופה או מעבדת המדע מאדים - החל מקרינה בתדרים משתנים.

הגנה מפני חום והגנת העצמאות

במהלך הכניסה אטמוספירית, חלליות מתמודדות עם חימום חד פעמי ורדיקאלי שיכול לעלות על 2000 מעלות צלזיוס.חומרים האופטיים של Thermo-אופטימליים משחקים תפקיד גם כאן - לא באמצעות תכונות משתנות, אלא באמצעות ציפויים אובייקטיביים וגבוהים של כימות הפנים החיצוני של מגן החום חייב להיות בעל כורסאות אינפרא אדום גבוהה כדי לקרינה חום במהירות, תוך כדי לשקף חלק מהקרינה.

לוורס וה-Thermal Switches

משב מכני – כמו מיני חלונות עיוורים – משמשים כדי להסדיר את דחיית החום מפאנלים של רדיור.פניהם מצופים עם סימני תרמו-אופטימליים שמתאימים לתכונותיו של הקריין כאשר הם סגורים, להבים הלובר משקפים את השמש ומבודדים את הקורן או את הציפוי חייב להיות חסר יכולת להימנע מהתחממות יתר כאשר סגור וגבוה כאשר הם מחליפים את התאים עם צורות אלה עם תאים תרמיים או מתואמים באופן קבוע.

היתרונות של חומרים נורמטיביים

  • (FLT:0) בקרת טמפרטורה דינאמית ללא חלקים נעים: ibph:1) חומרים בעלי יכולת משתנה ותרמוכרומים מאפשרים לחללית להתאים באופן אוטומטי את התנהגותה התרמית בהתבסס על טמפרטורה, חיסול הסיכון לכשל מכני וצמצום הרטט.
  • (FLT:0) הסתמכות על מערכות קירור פעילות: אנדרל 1 על ידי ניהול קדחת פסיבית עומס חום, חומרים אלה להפחית את הגודל והצריכת החשמל של תנורי חום, משאבות, מקררים, שחרור מסה ואנרגיה עבור תשלום.
  • (FLT:0) הגנה על ציוד רגיש: קיד 1 (Precision תרמי רגולציה מונעת סחף תרמי בחיישנים, טלסקופים ואלקטרוניקה, שיפור איכות הנתונים ואת חיי כלי החיים.
  • (FLT:0) שיפור יעילות האנרגיה: FLT1 מאחר שאין צורך בכוח לפעול ב-VEM פסיביים, תקציבי כוח חלל יכולים להיות מוקצה למדע ולתקשורת.לדוגמה, קטנטנים באמצעות VOIRFLT:203FLT 3 ,2FLT 3 , קרינת חשמל הצילה 15% מתקציב החשמל שלה בהשוואה לעיצוב לבן קבוע.
  • (FLT:0)Extends משך המשימה:FLT3 בחלל עמוק או על פני השטח פלנטריים, חומרים תרמיים ארוכי טווח של אופניים תרמיים, ציפויים אופטיים עם עמידות גבוהה יכולים להימשך עשרות שנים, תמיכה במשימות כמו וויאג'ר או ניו הורינים.

אתגרים ומגבלות

למרות הבטחתם, חומרים תרמו-אופטימיים עומדים בפני מכשולים משמעותיים המגדירים את האימוץ הנרחב שלהם.סביבת החלל עוינת:0atomic OxygenFLT:1 במסלול כדור הארץ התחתון, אשר מעצימים רבים אורגניים; (FLT:2ultiolet קרינה 3FLT גורם להפחתה צהובה ועלייה בחסרונות; LT:4 מטרדליקת אופניים;

חומרים בעלי יכולת משתנה יש לעתים קרובות FLT:0narrow טמפרטורה טווחי 1Felo (או זמני מעבר איטיים) VOIRLT:2FLT 3 מתגים ליד 68 מעלות צלזיוס, שהוא גבוה מדי עבור יישומים רבים לווייניים הזקוקים לתקנה סביב טמפרטורת החדר. Doping עם tungsten or Germanium יכול להוריד את נקודת המעבר, אך מציג מורכבות ועלות אלקטרו-אווירה יש צורך קטן.

(FLT:0)ניהול וההכשרות של ה- ESA הם גם יקרים.חומרים ה-אופטימיים חייבים להיות מוסמכים תחת תקני נאס"א או ESA, עוברים בדיקות קפדניות עבור גזים, מתחומים ויציבות הביצוע. Scaling nanostructured metamaterials ממעבדות כדי ללוחים מרוצפים עדיין אתגר ייצור גדול.

פיתוח עתידי

הדור הבא של חומרים תרמו-אופטיים מונע על ידי ארבע מגמות מפתח:0nanomaterials, רב-תפקוד, עיצוב דיגיטלי, ו- in-itu fabricationof1.

Perovskite Oxides ו-שלב-שינוי חומרים

(ב) חוקרים בודקים את כלי ה- perovskite oxides כמו FLT:0 strontium titanate (SrTiOFLT:130303IRLT:2) ,3FLT 3 ו-FLT:4lanthanum aluminateFLT:5 עבור חומרי גלם חשמליים ואופטיים שלהם.

מצעים חכמים עם חיישנים Embedded

ציפוי תרמי עתידי עשוי לכלול (FLT:0) חיישנים מהוממים או חיישני סיבים אופטיים (Sim-אופטיים) 1 כדי לספק משוב בזמן אמת על טמפרטורה והשפלה.יכולות של בריאות זו תאפשר לחלליות להתאים מצבי הפעלה או תחזוקה לוח הזמנים, הגדלת האמינות. בשילוב עם בקרת אלקטרו-כרומית, ציפויים אלה יכולים ליצור מערכת רגולציה תרמילאפית סגורה עם חלקים נעים, בדומה לחלון חכם ומתוכנן לקרינה.

ייצור גמיש ו-In-Space fabrication

הדפסה תלת-ממדית של חומרים תרמו-אופטיים יכולה לחולל מהפכה בעיצוב תרמי של חלליות במקום יישום ציפוי אחיד, מעצבים יכולים להדפיס משטחים מדורגים או דפוסים שמתאימים לדחיית חום באופן מקומי.לדוגמה, לרדיור יכול להיות אזורי תנופה גבוהים ליד נקודות חמות וקוויטריות נמוכות יותר במקומות אחרים.In-space, באמצעות regolith או חומר, יכול לייצר ציפויים מתכתיים מהווה, כבר מניסויים מורכבים ו-D.

למידה של חומר

שילוב חישוב גבוה באמצעות חישוב עם למידת מכונה, מדענים בודקים מיליוני יצירות פוטנציאליות עבור תכונות תרמו אופטיות אופטימליות.גישה זו כבר זיהתה מועמדים חדשים עבור ציפויים גבוהים וצבעים בעלי יכולת נמוכה שמתנגדים להידרדרות UV.לדוגמה, FLT:0 חומרים Computational StudyFLT:1 חיזוי רומן תחמוצת עם asolorptance של שילוב תרמילאה, מעולם לא יכול לפשט חומרים כגון 0.

מסקנה

החומרים האופטימיים של ה-rmo-אופטימיים כבר לא רק ציפויים פסיביים; הם מרכיבים פעילים, אינטליגנטיים שיכולים לחוש ולהגיב לסביבה התרמית הקשה של החלל.ממשקפים הסולאריים האופטיים האופטיים של עידן אפולו ועד לציפוי ה-Vanadium דו-חמצני שנבדקו על מחשבי הקוביסטים המודרניים, חומרים אלה היו חשובים ביותר במשימות הדורשות שליטה מדויקת עם כוח מינימלי וחללית, כמו גם על פני השטח, ופעולות מתקדמות יותר, הן רק על פני השטח, ופעולות מתקדמות יותר, הן על פני השטח, והן על פני השטח, והן על פני השטח, והן על פני השטח, והן על פני השטח, הן רק על פני השטח, והן על פני השטח, והן על פני השטח, הן יעילות יותר, והן על פני השטח, והן על פני השטח, והן על פני השטח, והן על ידי מערכת ניהולית, אשר דורשות יותר, אשר דורשות יותר, אשר דורשות יותר, אשר דורשות יותר, אשר דורשות יותר, אשר דורשות יותר, אשר דורשות, הן פעילות יעילה יותר, הן יעילות יותר, אשר דורשות יותר, אשר דורשות, הן פעילות גופנית יעילה יותר, אשר הן, אשר הן פעילות גופנית יעילה יותר, הן פעילות גופנית יעילה יותר

(ב) [ה] [ה]] [ה]] [ה]], [ה], [ה], [ה],] [ה], [ה]], [ה]]]], [ה], [ה], [ה], [ה]ה'[ה']'[ה']']']'[ה']']']'[ה'[ה']']'[ה']']'[ה'[ה'[ה']'[ה'[ה'[ה'[ה'[ה'[ה']']']'[ה']']'[ה'[ה']']']'[ה']']'[ה'[ה'[ה']']']']']']'[ה'[ה']']'[ה'[ה']'[ה']']'[ה']']']'[ה'[ה']'[ה']'[ה'[ה']'[ה'[ה'[ה'[ה'[ה