우주선용 열 단열재 개발

이 연구는 연구 및 개발, 연구 및 개발, 연구 및 개발, 연구 및 개발, 연구 및 개발, 연구 및 개발, 연구 및 개발, 연구 및 개발, 연구 및 개발, 연구 및 개발, 연구 및 개발, 연구 및 개발, 연구 및 개발, 연구 및 개발, 연구 및 개발, 연구 및 개발, 연구 및 개발, 연구 및 개발, 연구 및 개발, 연구 및 개발, 연구 및 개발, 연구 및 개발, 연구 및 개발, 연구 및 개발, 연구 및 개발 및 개발, 연구 및 개발 및 개발, 연구 및 개발 및 개발, 연구 및 개발 및 개발, 연구 및 개발 및 개발 및 개발, 연구 및 개발 및 개발 및 개발 및 개발 및 개발, 생산 및 개발 및 개발 및 개발 및 개발 및 개발 및 개발.

공간에 있는 각자 치유 열 절연제를 위한 필요

우주선 열 제어 시스템은 경량, 다층 절연 담요 및 거품에 의존하여 안정적인 내부 온도를 유지하도록합니다. 그러나 micrometeoroids 또는 파편에서 작은 빵꾸는 열 누출 경로를 만들 수 있습니다. Mars 또는 asteroid에 대한 긴 병 임무의 과정을 통해 여러 영향은 불허하지 않는 수준에 절연 효율을 저하 할 수 있습니다. Autonomous self-repair]는 인간적인 행동을 위해 매우 편리하지만, 인간적인 행동을 위해 매우 불편하게 될 것입니다.

마이크로미터의 갑상선을 넘어, 열 순환은 단단한 거품 및 가동 가능한 담요에 있는 microcracks를 일으키는 원인이 됩니다. 방사선은 형성을 부수기 위하여 지도하는 중합체를 embrittle 할 수 있습니다. 각자 치유 물자 주소는 치유 대리인을 풀어 놓거나 육체적으로 간격을 닫는 그들에 의하여 이 실패 형태를 해결합니다. 결과는 과다한 절연제 층의 대량 불평 없이 신뢰성 그리고 수명에 있는 극적인 증가입니다.

자기 치유 열 절연제의 중요한 특징

자체 가열 단열 단열재는 단순한 수리 기능을 넘어 엄격한 성능 기준을 충족해야합니다. 다음 특성은 실용적인 공간 응용 프로그램에 필수적입니다.

자율 수리: 외장 방아쇠 또는 전력 소비 없이 물질을 감지하고 치유 손상을 방지해야 합니다.
열 안정성:] 단열 성능(열전도)은 전, 도중, 치유 주기 후에 유지되어야 합니다.
Lightweight: 각 그램은 발사 비용에 계산합니다; 자기 치유 메커니즘은 크게 밀도를 증가시키지 않아야합니다.
내구성과 반복성: 이 소재는 여러 치유 이벤트를 견딜 수 있으며 극한 온도, 진공 및 방사선 아래에서 수행 할 수 있습니다.
Compatibility:다른 우주선 재료와 잘 결합하고 가스 유해 오염 물질을 밖으로하지 않아야합니다.

이 요구 사항은 기본 재료와 치유 메커니즘의 선택을 구동한다.

재료 및 기술 개발

폴리머 폼 및 Aerogels의 Microcapsule 기반 치유

이 개념은 가장 연구한 접근법 중 하나가 액체 치료 대리인 (모노머 또는 2 부분 접착제를 제외하고)로 채워진 microcapsules를 폴리머 매트릭스에 포함해 포함합니다. 물자를 통해서 균열 propagates가 있을 때, 대리인을 풀어 놓는 캡슐을, 돌파합니다. 대리인은 그 때 모체 (또는 환경)에서 퍼지는 촉매와 반응합니다 단단한 마개를 형성하기 위하여 균열을 밀봉합니다. 이 개념은 구조상에 성공적으로 설명되고 거품을 위한 합성 거품 그리고 거품이 이는 합성 거품에 있는 창조되었습니다.

최근 작업 NASA과 학술 연구소는 미세캡슐을 함유한 폴리이미드와 폴리우레탄 폼이 100 마이크로미터의 넓은 컷을 컷할 수 있다는 것을 보여주었습니다. 그러나, 획일한 캡슐 배포를 보장하고, 시작 진동 중에 조기 파열을 방지하는 것은 도전을 남깁니다. 실리콘이나 폴리머로 만든 더 얇은 캡슐 디자인이 더 많은 파편 포탄을 사용하여 스트레스를 덜어줍니다.

모양 Memory 합금과 중합체

모양 메모리 재료는 열 때 사전 정의 된 모양으로 돌아갈 수 있습니다. 열 절연제를 위해, 모양 메모리 폴리머 (SMP) 폼은 발사를 위해 압축 될 수 있으며, 다공성, 단열 구조로 배치됩니다. 거품이 뚫린 경우, 로컬 가열 (에 내장 된 저항 요소 또는 햇빛을 통해)는 SMP를 구멍을 닫을 수 있습니다. 이 접근법은 화학적 보충없이 치유의 이점을 제공합니다. [[FLT : 0] 모양 - 메마리 : [FLT]] 합금] (SMP)는 함께 손상된 얼굴을 제공 할 수 있습니다. [FLT :] [FLT :]]] [FLT]]]]] [FLT :]]]]] [FLT :]]]]]] [FLT : [F]]]]]] [F]]] [F]]]]] [F] [F]]]]] [F] [[F]]]] [[F]]]]]]]]]]]] [[F]]]] [[F]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]

유럽 우주국 (]ESA])의 연구자들은 3 사이클 후 90 % 이상의 치료 효능을 가진 폴리우레탄 폼에 자체 치유를 입증했습니다. 그 단점은 난방 전력 및 감소 효과가 매우 큰 빵꾸에 포함됩니다.

Hydrogels 및 폴리머 젤 샌드위치 구조

Hydrogels-networks는 물 또는 유기 용매로 훔친 수력 화합물의 물-내가 우주 절연에 대 한 자기 치유 매체로 탐구 되었습니다. 샌드위치 구성에서, 수력 겔 층은 2개의 격리 층 사이 배치 됩니다. 외부 층이 뚫린 경우, 수력 겔 진공 또는 열에 노출에 흐름 하 고 다시-고. 수력 겔 거품 보다 무거운, 그들은 우수한 밀봉 및 열 형성을 제공 수 있습니다. (내부 릴).

향상된 기계적 및 열 특성을위한 나노 재료

탄소 나노 튜브, 그래 핀 산화물, 또는 자기 치유 매트에 실리카 나노 입자를 추가하면 열전도](약간적으로 약간의 방향에서 바람직) 및 기계적 강도를 향상시킬 수 있습니다. 자기 치유의 맥락에서 나노 입자는 또한 치료제 역할을 할 수 있습니다. 예를 들어, 나노 스케일 네트워크와 손상된 영역을 강화. 또한 나노 클러스터 플레이트는 산소 및 산소의 분해를 줄일 수 있습니다.

ACS Applied Materials & Interfaces] (]here]])는 폴리우레탄 폼의 셀룰로오스 나노 크리스탈을 가진 마이크로캡슐을 결합하여 저밀도 유지하면서 치유 효율의 40% 향상을 달성합니다.

Overcome에 대한 주요 도전

실험실 결과를 유망한에도 불구하고, 몇몇 장애물은 각자 치유 열 절연제가 우주선에 표준이 됩니다의 앞에 남아 있습니다.

진공 및 아웃 가스

공간의 진공에서, 액체 치료 대리인은 증발하기 전에 끓일 수 있고 또는 끓일 수 있습니다. 캡슐은 균열 모양 후에 대리인을 풀어 놓기 위하여 디자인되어야 하고, 대리인은 아주 낮은 증기 압력이 있어야 합니다. 또는 고체 확산 또는 뒤집을 수 있는 동등한 유대에 근거를 둔 치유 기계장치는 이 문제점을 피합니다.

방사선 및 원자 산소

자외선 방사선과 원자 산소는 모체와 치료 대리인 둘 다 degrade 할 수 있습니다. UV 안정제의 방어 코팅 또는 통합은 근본적입니다. 몇몇 각자 치유 화학 (예를들면, disulfide 유대를 사용하는 사람들)는 원자 산소에 저항하고, 저 에너지 궤도 임무를 위해 매력적으로 만들기.

다수 치료 주기

대부분의 현재 시스템은 치유 에이전트가 배출되기 전에 한 번 또는 두 번만 치유 할 수 있습니다. 긴 탈의 임무를 위해 반복적으로 필요한 물질. 동적 응집 채권 또는 모양 메모리 효과와 같은 대체 접근은 치료주기의 무제한 수를 제공하지만, 그들은 외부 트리거 (열, 빛)을 필요로하고 느린 수리 시간을 가질 수 있습니다.

기존 Spacecraft 시스템 통합

자기 치유 절연 표준 우주선 코팅, 접착제 및 구조 인터페이스와 호환되어야한다. 그것은 또한 발사 환경 - 익스 트림 진동, 음향 부하 및 급속 압착을 생존해야합니다. 현실적 조건 하에서 테스트는 중요하지만 비싸다.

미래 지향과 혁신

Bio-Inspired 및 생물학적 접근법

자연은 인간 피부에서 식물 줄기에 이르기까지 다양한 종류의 자발적 결과를 제공합니다. 연구자들은 생물학적 시스템에서 새로운 재료를 만들기 위해 영감을 얻고 있습니다. 예를 들어, vasculature 네트워크] 내부 단열 층 - 피 혈관과 같은 - 지속적으로 많은 치유주기를 가능하게하는 보존제에서 치료제를 전달할 수 있습니다. NASA 혁신적인 고급 개념 (NIAC) ]에 의해 기금을 이루고 있습니다. 이러한 공간은 그러한 공간에 대한 탐구 시스템의 탐구를 위한 공간입니다.

적응 및 책임 재료

미래 단열재는 다른 기능으로 자체 가열을 결합 할 수 있습니다 : 온도 조절 (상 변화 재료), 방사선 차폐 (high-Z nanoparticles), 또는 에너지 수확. 이 [[FLT : 0]] 다기능 재료[[FLT : 1] 필요한 분리 시스템의 수를 감소, 질량 및 복잡성을 절약.

AI-Assisted 디자인 및 특성화

기계 학습은 최적의 재료 구성 및 캡슐 크기의 발견을 가속화합니다. 실험 데이터에 대한 교육 모델에 의해 연구자들은 샘플을 종합하기 전에 치유 효율, 열전도 및 내구성을 예측할 수 있습니다. 이 접근은 개발 시간과 비용을 절감합니다.

인스페이스 테스트 및 자격

자체 치유 열 절연에 대한 궁극적 인 검증은 사내 실험에서 올 것입니다. 여러 CubeSat 임무는 공간 환경에 자기 치유 재료의 작은 샘플을 노출하고 성능을 모니터링 할 계획입니다. 이러한 임무의 데이터는 정제 조리법과 스케일링을위한 불가결 될 것입니다.