宇宙船で使用される材料の難題を提示する空間の極端な環境。マイクロメトオロイドの影響、原子酸素、紫外線放射、および温度の振動をゼロからほぼゼロまで超低速まで防爆従来の断熱材を急速に劣化させることができる。断熱性リスクの損失は、重要なオンボードシステム、jeopardizingのミッションの成功と乗組員の安全を過熱または凍結する。このに対処するために、研究者は、材料の革命的なクラスに向けています。自己治癒断熱材の探査は、将来の破壊や、重要な技術が不可欠であることを観察することができます。

空間内の自己治癒断熱材の必要性

宇宙船の熱制御システムは、軽量で多層の断熱毛布と泡に依存して安定した内部温度を維持します。しかし、マイクロメチオロイドや破片からの小さなパンクでさえ、熱漏れ経路を作成することができます。マーズまたはアスタロイドへの長期的ミッションの経過上、複数の影響は、許容できないレベルの断熱効率を劣化させる可能性があります。 自動セルフ修理は、単に便利ではありませんが、人的または人的介入が、非常に困難な場合、非常に困難な状況が、非常に困難である。

マイクロメチオロイドを超えて、熱循環は堅い泡および適用範囲が広い毛布の微小ひびを引き起こします。放射線は割れる形成に導くポリマーを乳状にできます。自己治癒材料はこれらの失敗モードに治癒代理店を解放するか、または物理的にギャップを閉めることによって対処します。結果は余分な絶縁材の層の固まりのペナルティなしで信頼性および寿命の劇的な増加です。

自己治癒の断熱材の主特徴

自己治癒の断熱材は単なる修理能力を超えて厳しい性能基準を満たしなければなりません。次の特徴は、実用的なスペースアプリケーションにとって不可欠です。

  • 自動修復:]]]] 外部トリガーや消費電力なしで、材料を検出し、損傷を癒す必要があります。
  • 熱安定性:]]絶縁性能(低熱伝導)は、前後、および治癒サイクル後に維持されなければならない。
  • 軽量:] 起動コストでグラム毎のカウント。自己治癒機構は、密度を大幅に増加させるべきではありません。
  • 耐久性と再現性:[]材料は、複数の癒しイベントに耐えるべきであり、極端な温度、真空、放射線の下で実行し続ける必要があります。
  • 互換性:]] は、他の宇宙船の材料と有害汚染物質を排出しないようによく接着しなければなりません。

これらの要件は、基材および治癒メカニズムの選択を駆動します。

開発中の材料・技術

ポリマーフォームとエアロゲルのマイクロカプセルベースのヒーリング

最も研究されたアプローチの1つは、液体の治癒代理店(多くの場合、モノマーまたは2部分の接着剤)をポリマー行列に充填するマイクロカプセルを埋め込むことを含みます。 亀裂が材料を通るとき、それはカプセルを破裂させ、代理店を解放します。 エージェントは、その後、マトリックス(または環境と)に触媒分散して亀裂をシールする固体プラグを形成します。 このコンセプトは、構造体に実証され、フォームに適応します。

最近の作業は、NASA]]と、学術ラボは、マイクロカプセルを含むポリイミドとポリウレタンフォームが、最大100マイクロメートル幅の切断を癒すことができます。 しかし、均一カプセル分布を確保し、打ち上げ振動中の早期破裂を回避することは、課題を残します。 より細い新しいカプセル設計、シリカまたはポリマーから作られたより脆弱なシェルは、ストレスの下でのみトリガーするためにテストされています。

形状記憶合金とポリマー

形状記憶材料は、加熱時にあらかじめ定義された形状に戻すことができます。断熱材の場合、形状記憶ポリマー(SMP)フォームは、起動のために圧縮され、多孔質で絶縁構造にデプロイすることができます。泡が穿刺されると、ローカライズされた加熱(埋め込み抵抗要素または日光による)、SMPをトリガーして穴を閉じることができます。このアプローチは、化学補充なしで治癒の利点を提供します。 シェイラ - 合金(MAF)[F] - 同封されたワイヤを同封した[FEL] - 同封されたワイヤを同封して、同封する機能を提供します。

欧州宇宙庁(]])の研究者は、90%以上の3サイクルの後、ポリウレタン形状記憶泡で自己治癒を実証しました。 欠点は、非常に大きなパンクのための加熱電力と減少の有効性の必要性を含みます。

サンドイッチ構造のハイドロゲルおよびポリマーゲル

Hydrogels - 水または有機溶剤と塩基ポリマーのネットワークは、スペース断熱のための自己治癒媒体として探索されています。 サンドイッチ構成では、ハイドロゲル層は2つの絶縁層の間に配置されます。 外側の層が穿刺されている場合、ハイドロゲルは真空または熱にさらされると、空隙に流れ、再凝固することができます。 ハイドロゲルは泡よりも重いですが、それらは優れたシールと熱安定性を提供することができます。 いくつかの再構成は、ダイルゲルが硬化することができます。

機械的・熱的特性を強化するナノ材料

カーボンナノチューブ、黒鉛酸化物、または自己治癒するマトリックスへのシリカナノ粒子を追加することで、熱伝導]熱伝導(いくつかの方向に有毒な)と機械的強度を向上させることができます。自己治癒のコンテキストでは、ナノ粒子は、例えば、ナノスケールネットワークで損傷した領域を再補強するなどの治癒剤として機能することもできます。さらに、ナノ粒子は、酸素濃度の低下や低下が低下し、酸素濃度が低下する可能性があります。

[]ACS応用材料&インターフェース(]参照))で公開された注目すべき研究は、ポリウレタンフォームのセルロースナノクリスタルとマイクロカプセルを結合し、低密度を維持しながら、治癒効率の40%の改善を達成します。

克服への大きな挑戦

有望な実験室の結果にもかかわらず、いくつかのハードルは、自己治癒の断熱が宇宙船に標準になる前に残っています。

真空およびガスを抜くこと

空間の真空では、液体の治癒代理店は、彼らが反応する前に蒸発または沸騰させることができます。 カプセルは、亀裂の形態の後にのみ代理店を解放するように設計されなければならない、そして代理店は非常に低い蒸気圧を持っている必要があります。 または、固体の拡散や可逆の同等な結束に基づいて治癒メカニズムは、この問題を回避します。

放射線と原子酸素

紫外線放射および原子酸素はマトリックスおよび治療の代理店両方を劣化できます。保護コーティングか紫外線安定装置の組み込まれることは不可欠です。ある自己治癒の化学者(例えば、硫化物の結束を使用して)は原子酸素に本質的に抵抗力があり、それらに低地球軌道の任務のために魅力的にさせます。

複数のヒーリングサイクル

ほとんどの電流システムは、治癒剤が排出される前に一度または2回だけ治癒することができます。 長期にわたるミッションのために、繰り返し治癒できる材料が必要です。 動的同等債券や形状記憶効果などの代替アプローチは、治癒サイクルの無制限の数を提供しますが、外部トリガー(熱、光)を必要とし、より遅い修理時間を持つ可能性があります。

既存の宇宙船システムとの統合

自己治癒の絶縁材は標準的な宇宙船のコーティング、接着剤および構造インターフェイスと互換性がなければなりません。それはまた進水環境を、優秀な振動、音響負荷および急速な減圧生き残りなければなりません。現実的な条件の下のテストは重要で、高価です。

未来の方向と革新

バイオインスパイアされ、バイオミメティックなアプローチ

Natureは、人間の皮膚から植物の茎まで、さまざまな種類の自己修復例を提供しています。研究者は、生物学的システムからインスピレーションを得て、新しい素材を生み出しています。例えば、血管内ネットワーク)、血管内絶縁層の内側にある血管内にある血管内にある血管内にある血管内層は、継続的に治療剤を貯蔵所から提供でき、多くの癒しサイクルを有効化します。このプロジェクトは、NASAの革新的な高度なコンセプト(NIAC):3:3:3]によって資金を供給しました。このような空間を探索するプログラム。

適応性および応答性材料

将来の断熱材は、温度調節(相変化材料)、放射線遮蔽(高Zナノ粒子)、さらにはエネルギーの収穫と自己治癒を組み合わせることがあります。これら[多機能材料[]]]]は、質量と複雑さを節約するために必要な別のシステムの数を減らします。

AI-Assisted 設計・特徴化

最適な材料組成物やカプセルサイズを抽出する機械学習が加速されます。実験的なデータに関するトレーニングモデルにより、試料を合成する前に、癒しの効率、熱伝導、耐久性を予測できます。このアプローチは、開発時間とコストを削減します。

空間内テストと資格

自己治癒の断熱材の究極の検証は、宇宙実験から来られます。 いくつかのCubeSatの使命は、空間環境に自己治癒材料の小さなサンプルを露出し、その性能を監視する予定です。 これらの使命からのデータは、レシピの精錬とスケールアップのために有利です。

コンテンツ

自己治癒の断熱材は、宇宙船の設計におけるパラダイムシフトを表します。材料が自分自身を修復できるようにすることで、ミッションの寿命を延ばし、安全性を向上させ、冗長システムへの信頼性を低下させることができます。真空、放射線、および複数の癒しサイクルに関する課題は残っていますが、マイクロカプセル技術、形状記憶ポリマー、および多機能複合複合複合複合複合材料の急速な進歩は、実用的な自己治癒絶縁材が次の十年の間に利用可能になることを示唆しています。これらのソーラーシステムは、これらのソーラーシステムに遠く離れた場所にあるように、これらのソーラーシステムが、これらのシステムに、より信頼性の高い、より迅速に対応します。