위성은 가장 기성한 환경의 한개가 알려져 있습니다: 온도가 지구의 그림자에 있는 -200°C에 직접적인 햇빛에서 +150°C에서 그(것)들을 수 있는 공간의 진공. 적당한 열 관리 없이, 과민한 전자공학 과열, 물자 embrittle 및 광학적인 체계 낭비. 열 통제 코팅은 방사선 교환을 통해서 열 흡수 그리고 거부를 관리하는 방위 기술설계 표면의 첫번째 선입니다. 이 코팅에 있는 최근 혁신은 긴 수명을 위해, 믿을 수 있는 위성을 위해, 수 있는 수 있는 동안 긴 수명을 밀어주는 것입니다.

이 문서는 열 제어 코팅의 기본을 탐구, 최신 재료 및 응용 돌파, 위성 임무에 대한 무형적 이점, 그리고 우주 하드웨어의 차세대 정의하는 유망한 연구 방향.

위성 열 제어 코팅 이해

열 제어 코팅은 우주선 구성 요소의 외부 표면에 적용 된 얇은 필름을 전문으로합니다. 태양 absorptance (α) 및 적외선 방출 (ε) 사이의 원적 인 균형을 달성하기 위해 태양 어레이 패널, 안테나, 악기 하우징. 비율 α / ε은 태양 방사선 아래에서 표면 열을 올리거나 냉각 여부를 결정합니다. 수동 열 제어를 위해 코팅은 적외선 열 거부 (낮은 α / ε)을 극화하면서 태양 흡수를 최소화하도록 설계되었습니다. 표면 열을 유지하거나 표면의 표면에 유지해야하는 경우 표면의 열을 유지해야합니다.

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광학적 특성의 역할

태양의 흡수율 (α, 비율은 태양 에너지 사건에 흡수) 및 적외선 방출 (ε, 방출된 열 방사선의 비율은 동일한 온도에 검체의 그것에 방출한 열 방사선의 비율)입니다. 전형적인 기하학적인 커뮤니케이션 위성을 위해, 방열기는 0.85의 위 0.2 그리고 ε의 밑에 α를 비치해야 합니다. 낮은 지구 궤도 (LEO)에서, 원자 산소 부식 및 UV 몬 크롬 이동 형성은 시간, 가동 온도 증가를 증가시키기 위하여 α를 일으키는 원인이 됩니다. 이 증가는 “이중한 코팅을 위한 증가” 증가하는 “이중량”를 위한 증가하는 것을 계속합니다.

코팅 기술에 대한 최근 혁신

Multi-Layer 간섭 코팅

다층 코팅은 전기 (SiO2, Ta2O5와 같은)의 박막을 교체하고 금속은 적외선에서 매우 엄밀하게 방출되는 동안 대부분의 태양 파장을 반영하는 광학 간섭 필터를 만들 수 있습니다. NASA의 James Webb Space Telescope 열 방패, 정확한 스펙트럼 제어를 달성하기 위해 50 층까지 겹쳐 쌓입니다. 작은 위성 응용 프로그램에서, 이 다층 코팅은 액체를 공급하는 데 필요한 액체를 공급합니다.

나노 구조 재료 및 메타 재료

나노 기술은 방사성 특성을 통해 탁월한 제어를 해제했습니다. 탄소 나노 튜브 (CNT) 숲은 예를 들어, 가까운 ‐완성 흡수 (α > 0.99) 및 높은 방출을 달성하여 Blackbody 교정 소스에 이상적입니다. 오염적으로, 광합성 나노 스케일 기능으로 구성된 광 크리스탈은 대기 창에서 지속적으로 방출하면서 태양 irradiance의 >95%를 반영 할 수 있습니다. 캘리포니아 대학의 연구자들은 San Diego의 연구자들은 기존의 나노 입자를 유지 한 후, 나노 입자의 용해도를 유지하고, 나노 입자의 용해도를 유지하고, 나노 입자의 흡수를 촉진하는 데 도움이되는 것을 입증했습니다.

자기 경화 코팅

우주선 코팅은 micrometeoroids 및 궤도 파편에 의해 지속적으로 폭격됩니다. 작은 빵꾸는 국부적으로 α/ε를 증가하고 열 핫스팟을 창조할 수 있습니다. 각자 치유 코팅은 액체 치료 대리인 (예를들면, 실록사 또는 에폭시 수지)로 채워진 microcapsules를 통합해서 이 주소를, 균열으로 흐르고, 표면에 응집하는 중합체를 결합해서 이 주소를 이용합니다. ESA는 반도체에 있는 반도체에 있는 microcheming를 근거한 플라스틱에 근거한 접착제로 붙인 자동적인 ‐ healing 코팅을 시험했습니다 (즉, 실록사 또는 에폭시 수지)는 아직도 실험실에서 아직도 갖춰질 수 있습니다.

적응 및 가변 Emissivity 코팅

전통적인 코팅은 조정 α/ε가 있습니다. 적응 코팅은 온도, 전기 bias, 또는 빛에 응답에 있는 그들의 열 재산을 바꿀 수 있습니다. 예는 다음을 포함합니다:

  • 더모크롬 코팅] 의 낮은 ‐에미트륨 반도체에서 ~68°C의 높은 ‐에미트륨 금속 단계로 전환하는 바나듐 이산화 (VO2)를 기반으로 합니다. 이 기능은 수동 열 조절기로 작동하여, 냉각시 열을 가열하고 보존할 때 방열기를 냉각합니다.
  • Electrochromic device 낮은 전압을 적용하여 방출을 조절한다. NASA의 DARPA는 "Variable Emissivity Electrochromic Devices"를 얻은 것은 1 초 미만의 전환 시간을 0.15에서 0.75으로 변환하는 ε 변조를 시연했다.
  • MEMS 루버 어레이]는 기계적으로 열리고/닫히는 높은 배출 표면 노출을 위해, venetian 블라인드의 가동을 mimics 제공하는 능동 제어를 제공합니다. 이 실험 CubeSats에 이미 비행하고 있습니다.

Adaptive 코팅은 전기 히터 및 cryocoolers, 질량 및 전력 절약, 깊은 공간 프로브 및 작은 위성에 대 한 필요 감소.

고급 열 코팅의 이점

코팅 성능의 개선은 임무 수준의 장점으로 직접 번역:

확장된 임무 내구성

UV 분해, 원자 산소 부식 및 micrometeoroid 손상에 저항함으로써, 고급 코팅은 GEO에서 15 년 동안 낮은 α/ε를 유지하고 LEO에서 5 년 이상. 이것은 Starlink 또는 OneWeb과 같은 별자리의 작동 수명을 연장, 비용으로 교체 발사. 과학 임무를 위해 Europa Clipper, 이는 Jupiter의 강력한 방사선을 생존해야, 안전 벨트를 제공.

향상된 열 규정

다층과 적응성 코팅은 꽉 쥐는 (±10°C 대신에 ±2°C) 내의 페이로드 온도를 유지하고, 계기 정확도를 개량합니다. 광학 망원경을 위해, 이것은 더 적은 열 왜곡 및 더 나은 이미지 해결책을 의미합니다. 원거리 통신 위성은 안정되어 있는 높 힘 증폭기에서 혜택을, 증가한 자료 처리량을 증가합니다.

유지 보수 및 전력 비용 절감

더 적은 코팅 탈질은 더 적은 히이터 주기를 의미하는 몇몇 히이터 선과 건전지를 온난한 지키는 것을 의미합니다. 국제 우주국]에, 주기적인 백색 페인트 접촉 점은 요구됩니다; 각자 치유 코팅은 그런 extravehicular 활동 (EVA) 일을 삭제할 수 있었습니다. 적응성 코팅은 30%까지 히이터 힘을 감소시키고, 탑재량을 위한 자유로운 전기 힘을 감소시킵니다.

Reliability 및 Mission Success를 증가

열 실패는 위성 동종 (대변 힘과 태도 통제)의 정상 3 원인의 한개 남아 있습니다. 임무 일생에 일관된 광학적인 재산을 유지하는 코팅은 과열, 감기 시작 및 성분 피로의 위험을 감소시킵니다. 이것은 특히 “새로운 공간” 어떤 단일 실패가 태케이드 할 수 있는 높 부피에 의존하는 벤처를 위해 중요합니다.

미래 지향

수평선에 여러 변형 진보에 대한 연구 포인트를 양도 :

인공지능(AI) 코팅 디자인

기계 학습 알고리즘은 α/ε 거래 ‐ 오프, 방사선 저항 및 producibility를 최적화하기 위해 수백만 개의 재료 조합 및 층 스탬프를 탐구 할 수 있습니다. 메릴랜드 대학과 같은 프로젝트는 발견을 가속화하고 수년간 비행 할 수 있도록하는 것을 목표로 "열 코팅 게놈"을 목표로합니다.

Situ 제조 및 수리

미래 루나 또는 Martian 습관은 지역 자원으로 적용되거나 수리 될 수있는 코팅이 필요합니다. 루나 레볼리 묶인 묶음과 열 페인트의 3D ‐ 인쇄는 연구되고 있습니다. ‐ 궤도 서비스 로봇은 교체없이 열 성능을 완화하는 데 여러 층 코팅을 살포 할 수 있습니다.

통합 Quantum-Dot 코팅

Quantum dots (nanoscale 반도체 결정)는 특정 밴드에서 흡수하고 방출하기 위하여 설계될 수 있습니다. 그들은 또한 열 방사선을 위해 spectrally 선택적 인 초효율 태양 반사체의 가능성을 제안합니다. 이른 단계, quantum dot 코팅은 성과와 내구성 둘 다에 있는 전통적인 페인트를 윤이 나지 않을지도 모릅니다.

환경 및 비용 고려

상업적인 별자리 성장으로, 코팅 생산의 비용 그리고 환경 충격은 관련이 됩니다. 물 근거한 sol ‐ 젤 과정은 용매 근거한 페인트를 대체하고, 유독한 휘발성 유기 화합물 (VOCs)를 감소시킵니다. 재사용할 수 있는 발사 차량에 이동은 또한 각자 치유하고 적응시키는 디자인이 해결할지도 모르다는 도전에 의하여 배수 re‐entries를 살아남는 코팅을 요구합니다.

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