製造・リサイクル反応ホイールの環境影響

反応ホイールの環境影響について

反応車輪は現代宇宙船で重要なコンポーネントであり、推進剤の使用なしで精密な態度制御を可能にします。スペース業界は急速な成長を経験しているように、これらの装置の環境の足跡は注意を増加しています。製造、操作、および慣習的な処分による原料抽出から、各フェーズは慎重な検査を保証する環境的結果をもたらします。この記事では、製造およびリサイクルに焦点を当て、反応車輪の完全なライフサイクル環境への影響を探求し、新興慣行を緩和するために強調します。

原料の抽出および供給の鎖

反応車輪の生産は、金属およびまれな地球の要素の範囲に依存しています。アルミニウムおよび銅は、ネオジム、サマリウム、およびダイプロスミウムが反応車輪モーターで見つけられた高性能の永久磁石で使用されますが、主要な構造および電気部品を形成します。これらの材料を採掘することは、実質的な環境の混乱に関連しています。例えば、まれな地球のためのオープンピット鉱山は、放射性物質および腐食性物質の排出および粒子の排出につながります。

反応ホイール材料のサプライチェーンは、数か国に集中した希少な地球処理で、グローバルです。この集中力は、地政的な脆弱性だけでなく、環境規制が一部の地域では厳しい可能性があることを意味します。企業は、航空宇宙部品のための材料を調達することは、透明性は課題を残しているにもかかわらず、責任ある採掘慣行を検証することがます期待されています。

製造工程とその結果

エネルギー集中生産

反応車輪を製作することは、複数のエネルギー集中的なステップを含みます:金属部品の鋳造および鍛造、精密加工を堅く許容、焼結または接合による磁石の生産、およびクリーンルームアセンブリ。これらの各ステージは、電気を消費します。その多くは、化石燃料から生成されます。単一の高精度反応ホイールは、複雑さに応じて、数ヶ月の家庭用電気使用量として多くのエネルギーを必要とすることができます。典型的な中型ホイールの製造のカーボンフットプリントは、100グラム以上の反応で、より大きな反応が期待されます。

化学使用および廃棄物

製造には、洗浄、潤滑、表面処理の化学物質も含まれています。精密洗浄に使用される溶剤およびデグレーザーは、適切に含まない場合は揮発性有機化合物(VOC)を発生させることができます。ベアリングおよび可動部品用の潤滑剤は、環境に永続的な物質を含む場合があります。さらに、加工中に発生する金属製シェービングおよびスワーフは、産業廃棄物として処理する必要があります。この金属製のスクラップの多くはリサイクルすることができますが、航空宇宙用途で使用される特殊な合金は、多くの場合、回収および再構成が必要です。

クリーンルームおよび試験オーバーヘッド

反応車輪は、汚染を防ぐためにクリーンルームで組み立てられます。これは、重要な環境のオーバーヘッドを追加します。 ISO 5またはより良いクリーンルームを維持するために、高効率の微粒子空気(HEPA)ろ過、一定の正圧、温度制御が必要です。そして、そのすべてがエネルギー消費量を増加させます。さらに、各反応ホイールは、真空および熱条件循環、スペース環境をシミュレートする広範なテストを受けています。これらのテストキャンペーンは、数週間にわたって実行することができ、大量の電力と発熱量を消費し、散しなければならない熱を発生させる。

排出および環境のフットプリント

反応ホイール製造の累積温室効果ガス排出量は、衛星の状況を増加させる際にスケールアップされると、一気ではありません。小型衛星事業者にとって、車輪ごとの環境コストは絶対的な条件下にあるかもしれませんが、メガコンステレーション用に生成されたユニットのせん断量は、全体的な影響を上げます。典型的な星衛星のライフサイクル評価(LCA)は、多くの場合、反応ホイールが、ホイールの種類と生産効率に応じて、製造排出量の合計5〜10%の間で貢献するという明らかを示しています。

気候ガスを超えて、加工や磁石の生産、洗浄やエッチングプロセスからの排水などの排出量は、他の排出量に含まれています。希土類磁石製造、特に、スクラブが適切に維持されていない場合は、水素フッ化物および硫黄酸化物が排出されます。航空宇宙産業は、歴史的に環境測定基準上の性能と信頼性に焦点を当てていますが、規制および顧客の圧力は変化を駆動しています。

終身:チャレンジと機会

反応車輪は、通常、ミッション要件に応じて5〜15年をスパンニングする限られた運用寿命を持っています。彼らのサービスの終わりに、彼らは、スペースの破片として残っているかもしれません、禁止され、大気中に焼却されるか、またはまれなケースでは、分析または再利用のために地球に返されます。軌道のリサイクルはまだスケールで実現不可能ではありません、従って地球上の終端の管理は、主に地上テストユニット、スペアパーツ、および時折返されたハードウェアの飛行に関連しています。

分解のための設計

反応ホイールをリサイクルする最大の障壁の1つは、その複雑な構造です。現代の車輪は、多くの場合、モーター、ベアリング、およびフライホイールを密閉されたハウジングに統合し、溶接またはボルトで固定されたシャッターに統合します。貴重なコンポーネントを損傷することなくそれらを分解することは、特殊なツールと手順が必要です。潤滑剤と熱ペーストからの汚染は、材料の回復を複雑にします。反応ホイールには、アルミニウム合金、銅線、鋼材、および希土類磁石の複数の種類が含まれている場合があります。それぞれ、異なるリサイクルストリームを必要とする。

希土類磁石のリサイクル

反応ホイールモーター内の希土類磁石は、高値とリサイクルする高影響成分の両方を表しています。ネオジム-イロン-ボロン磁石のための現在のリサイクル方法は、脱磁気と再コーティング後の直接再利用、またはより集中的な炭化水素処理プロセスがまれな地酸化物を分離する。両方のルートは、経済および技術的な課題に直面しています。直接再利用は、化学的成分が消費し、廃液を排出し、廃液を排出するなどの有害物質を発生させるための磁石が必要です。

持続可能な製造におけるイノベーション

代替材料

研究者は、フェライト磁石または他のより少ない重要な材料と反応ホイールモーターにいくつかのまれな地球要素を置き換えることを調査しています。性能の罰が存在している間、特定の低コストまたは使い捨ての衛星アプリケーションでは、そのような置換は、環境への影響を大幅に低下させる可能性があります。同様に、リサイクルアルミニウム粉末を使用してフライホイールの添加製造は、最小限の廃棄物でニアネット形状の生産を可能にする、探求されています。

エネルギー効率性プロセス

工作機械の効率性、低温加工、ドライ加工の進歩により、エネルギー消費量を削減し、クーラント廃棄物を除去。一部のメーカーでは、クリーンルーム設備の太陽光や風力を利用しています。将来の月面または火星反応ホイールの生産のためのシミュリソース利用(ISRU)の概念では、この製品は商業実装から遠く離れたまま、ローカル材料や再生可能エネルギーに依存します。

循環経済への取り組み

複数のライフサイクルのための反応ホイールの設計のコンセプトは、牽引を得ています。完全な分解なしでベアリングまたはモーター交換を可能にするモジュラーアーキテクチャは、運用寿命を延ばし、再使用を容易にすることができます。企業はまた、反応ホイールが寿命の最後に改装のためにメーカーに返されるリースモデルを探索しています。航空機エンジンのメンテナンスの実践に似ています。

規制・産業への取り組み

宇宙機関や国際機関は、調達規則に環境基準を組み込むことを始まります。欧州宇宙庁のクリーンスペースイニシアティブは、例えば、環境設計を推進し、技術選択の要因として環境影響を伴います。同様に、国連宇宙局外宇宙局(UNOOSA)は、製造と処分を検討する持続可能性ガイドラインを含有しています。オーストラリアの宇宙産業協会などの産業グループは、衛星製造における廃棄物削減のための最良の慣行を公表しています。

大気圏におけるライフサイクル評価のためのISO規格(例えば、ISO 14040/14044)は、反応ホイール生産にますます適用されます。責任ある鉱物保証プロセス(RMAP)のような第三者の認証は、原材料が倫理的に供給され、最低限の環境害であることを確認するのに役立ちます。しかし、採用は多くの衛星ビルダーにとって自主的に残っており、執行は管轄区域全体に不整合性です。

未来展望

アクティブ衛星の数は成長し続けています。, 反応ホイールの環境影響は、より多くのスルチニを描画します。. 磁石リサイクルの進歩, クリーナー製造, 設計のための環境原則は、次の10年間で30〜50%のパーユニットのフットプリントを減らすことが期待されます。. 専用の航空宇宙リサイクル施設の開発と衛星オペレータとリサイクル会社間のパートナーシップは、メガコンテレーションから終末期のハードウェアの計画インフルエンザを処理するために不可欠です。.

長期的、電気推進または制御の瞬間ジャイロスコープは、一部のアプリケーションに対して反応ホイールを部分的に置き換える可能性がありますが、反応ホイールは、微小なタスクのために不可欠です。したがって、環境プロファイルを改善することは、選択肢ではなく優先順位です。バイオベースの潤滑剤、水のない清掃方法、およびクローズドループ希土類の回復の研究に投資すると、さらに、生態学的負担が低下します。

コンテンツ

製造およびリサイクルの反作用の車輪の環境影響は重要な、生の物質的な抽出、エネルギー集中的な生産および複雑な終りの生命管理に及ぶ。しかし、材料、プロセスおよびビジネスモデルの焦点を合わせた革新と、これらの影響は実質的に減らすことができます。スペース企業が成熟するにつれて、環境の殺菌は、過度に中心の設計基準になる必要があります。反作用の車輪のライフサイクル、製造業者およびオペレータのまわりの持続可能な慣行を採用することによって、人類が宇宙空間に来ないために来るべきではないことを保障できます。

外部参照:[]