Uydu Mühendisliği için Yeni Bir Malzeme Paradigm
Havacılık endüstrisi, kitleyi azaltmak için sürekli baskı altında. Her kilogram bir uydunun kuru kütleli bir kütlede kurtarıldı - fırlatma aracına bağlı olarak on binlerce dolara - ve daha fazla para yükü, yakıt veya dolap aletleri için oda terk etmek için sürekli olarak gelişmiştir.Bu bağlamda, yüksek çözünürlükte bir uyduya kadar pompalanan bir betona taşınmıştır.
Aramid Fiber Nedir?
Aramid fiber, poliamid ailesine ait sentetik polimerlerin sınıfıdır, polimer arka kemiğinde aromatik halkaların varlığından ayırt edilir. "aramid" kelimesi, “kahkamatik poliamidin” ve “sağlıklı poliamid”in aksine, aromatik yapı, elektrotsal direnç ve termal direnişe sahiptir. Ticari olarak, en iyi bilinen ortalık dereceler:0Kevlar).
Kimyasal Yapı ve İmalat
Para-aramid (projektif yapısal uygulamalarda kullanılan tip) temel tekrar ünitesi, poli-parafenyle terephthalamid (PPTA) ve sonra su banyosunda koagülasyon yapılır.Bu işlemde belirgin bir şekilde bir elektrik-çevreli bir şekilde bir jeneratörü ile birlikte yapılır.
Elde edilen fiberler genellikle renkte sarı veya altıntır, yaklaşık 1.44 g/cm3 yoğunluğu ile, uydu fırlatma ve yörünge operasyonları sırasında deneyimlenen aşırı ısı ve mekanik yükler için bir adayın arasına girmeyin.
Uydu Uygulamaları için kritik Özellikler
Güçlü-to-Weight
Safran fiberlerin en hemen zorlayıcı özelliği, belirli bir kuvvetle (küresel olarak bölünmüş) karbon fiberin yüksek çözünürlükte ve alüminyum alaşımların (yaklaşık 0.2 × 106), titanyum alaşımları (yaklaşık 0.25 × 106) ve hatta daha fazla bilim yüklerine veya daha uzun bir görev için gerçekleştirilebilir.
Termal Stability ve Dimensional Stability
Düşük Dünya yörüngesi (LEO) uydular, fiber eksen boyunca biraz negatif olan ısınıyor (tipik olarak -20C) Bu yakın güneş ışığı altında, optik benler veya anten yansımaları gibi hassas yapılar için önemli bir avantajdır, ki bu da fiber eksen boyunca biraz olumsuzdur (tipik olarak -2 ila ssiyonlar 200 °C'ye kadar yüksek ısıtılırken, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunabilir.
Radyasyon Direnişi
Uzay, protonlarla bombalanmış malzemeler, elektronlar ve daha ağır iyonlar ile dalgalanan radyasyon ve elektron flux'a birkaç megagrays kadar iyi bir direnç gösterdi.Ancak, yüzeysel bozulmalara (aşağıdaki ısıtılır), akıtlı kompozitlerin mekanik özellikleri büyük ölçüde UV atomik oksijenin tipik olarak tipik olarak etkilenmez.
Flexability ve Drapability
Transverse yönde sert ve sert olan karbon fiber aksine, aramid fiber, karmaşık şekillerde kolayca kumaşlara dokunabilir. Bu özellik, ses geçirmez paneller, eğri termal koruyucular gibi uydu bileşenlerinin üretilmesi ve kullanılabilir boğmaların yönlendirmesi için paha biçilmezdir.
Geleneksel Malzemeler Üzerindeki Sayısal Ürünler
- [FONT:0]Mass azaltımı:[Dönetici:0) Bir aramid/epoxy kompozit ile bir alüminyum panel yeniden başlatılabilir aynı bükme için kütlenin% 30-50 tasarruf edebilir. tipik 500 kg uydu için, bu, başlangıçta tasarrufda yüzlerce dolar anlamına gelebilir.
- [[Damping özellikleri:[Damping:[Damping:[Damping Özellikleri:[Damping:[Dampingler:[DFLT:1), Aramid kompozitler metallerden veya karbon fiberden daha yüksek doğal barajlar sergiliyor, başlat sırasında titreşimin boyutunu azaltır ve ek vibrasyon ihtiyacı azaltır.
- [FONT=0) Enerji absorbeyonu: [Dönetici: [Döneticileri) Orta Çağların Endüktörleri (Boştan ziyade) onları olağanüstü enerji emicileri yapar - gezegensel arazilerdeki iniş sistemlerinin çökmesi ve mikrometeoroid koruyucusu için baskı sistemleri için kullanılır.
- [FONT:0)Dielektrik şeffaflığı:[Dönetici:[Dönetici:0) Aramid fiber elektriksel olarak önemsizdir, bu da metal veya karbon bazlı malzemelerin sinyale veya yansımaya neden olacağının belirleyici bir avantajıdır.
- [Düzücüler:0) Düşük Gazlar: [Döneticiler, Properly iş aramid kompozitleri NASA'yı gazlar ile karşı karşıya bırakıyor (toplam toplu kaybı velt;%1.0, uçucu kondensable malzemeler <% 0.1), optik ve termal kontrol yüzeylerinin kirlenmesinden kaçınmak için gerekli.
Uydu Tasarımlarında Uygulamaları
Yapısal Panel ve Frames
Aramid fiber sık sık sık kullanılmaktadır:0)honeycomb çekirdeği[[Dönetici: 1 ), karbon fiber veya alüminyum yüz tablosu ile birlikte, CubeSats ve mikrosatellites, Nomex veya aramid kağıtlarından yapılmış olan), her gramın haklı olması gerektiği gibi, alüminyum balcomb'un yoğunlukta aşırı ısıtılması gerekir.
İşlenebilir Booms ve Anten Altstrates
Ortam kumaşın esnekliği, kullanılabilir yapılar için mükemmel bir substrat haline getirir. Woven aramid, yüksek paketleme verimliliği elde etmek için eğimli veya dağıtılmış bir konfigürasyona sahip olabilir ve sonra minimum kütle ile yörüngede konuşuluyor.() NASAŞUÇUÇUÇUÇUÇUÇUÇUÇUÇUÇUÇUÇUÇUÇUÇUÇUÇUÇUÇUÇUÇUÇUÇUÇUÇUÇUÇUÇLARI:0)
Termal Yalıtım Blankets
Çok katmanlı yalıtım (MLI) battaniyeler genellikle önemli bir kitle eklemeden battaniyeye maruz kalıyorlar, aramid, metalleşmiş filmler arasında bir takviye katmanı olarak kullanılır (örneğin, ışıklı Kapton).
Mikrometeoroid ve Orbital Debris (MMOD) Shielding
Orta Çağ fiberlerinin en önemli uygulamalarından biri mikrometeoroidlere ve uzaydaki yıkıma karşı kalkandır.TheurFLT:0)Whipple kalkan) konseptine transfer edilen ince bir tampon tabaka, bir çok yüksek çözünürlükte bulunan Kevlar kumaşı ile yapılır.
Kablolar ve Tethers
Yüksek güç ve elektrik yalıtım gerektiren uygulamalar için - Uydu tether sistemleri için de-veyabit veya güç nesli - suamid fiberleri faidli kablolara veya yük taşımalı bir temel olarak kullanılır. Aramid ipleri deneysel elektrodinamik tethers (örneğin, uydu içindeki yüklemeler için, arayüzlülükte yumuşakçarız)
Meydanlar ve Mitigations
UV Radyasyon Degradasyon
Aramid fiber ultraviyole (UV) radyasyonuna duyarlıdır, bu da polimer sırt kemiğinin fotokimyasal bozulmasına neden olur ve UV koruyucu tabakalar ve yüzey embrittlementi ile birlikte, beyaz boya (örneğin, alüminyum folyo veya ince bir film) ile dondurulur.
Moisture Abhidr
Aramid fiberler atmosferden ne kadar hassas bir nem absorbe eder ( ağırlıktan %5'e kadar), ki bu, kompozitlerin boyutsal istikrar ve mekanik özelliklerini etkileyebilir. Uzayda, uydunun vakuma ulaştığında, potansiyel olarak hassas iyonlara ulaşırken, kütle dengesine yol açar veya ısıtılır.
Dayanıklı Güçlü Güç ve Bağlanma
Aramid fiberler, karbon fiber plies arasındaki arakırık sert kuvvete kıyasla nispeten zayıf derecede zayıftır.Aynı şekilde, diğer substratlara bağlı olarak, terapötik yüklere hükmedilen uygulamalarda (örneğin koro veya plazma etching) fiberler genellikle metal veya karbon fiberler için daha az güvenilir hale gelir.
Maliyet ve İmalat Kompleksi
Aramid fiber cam elyaf ve bazı alüminyum notlarından daha pahalıdır, ancak birçok yüksek teknoloji karbon fiberleri daha ucuzdur. Büyük üretim için, maliyet, SpaceX Starlink veya Amazon Kuiper tarafından planlananlar için pratik hale gelebilir.
Future Prospects ve Advanced Developments
Hibrit ve Nano-Enhanced Composites
Aramid sınırlamalarını ele almak -özellikle UV duyarlılığı ve orta derecede sıkıştırıcı güç - araştırıcılar karbon nanotüpleri, grafikene veya seramik nanopartikülleri ile birlikte ara sıraya kadar karbonatın geliştirilmesi ve multifotomik özellikleri (örneğin, elektrik iletkenliği, gelişmiş UV direnci) ile karşılaştırması için% 95 oranında erken sonuçlar elde edilebilir.
In-Space Manufacturing and returns
On-veyabit üretiminin gelişi, son yaşam uydularında nasıl kullanıldığını değiştirebilir: Tamamlanmış fiberler piroliz veya sol elveze ile kompozit yapılardan geri alınabilir, ancak yüksek çözünürlükteki yüzeylerin baskısını sınırlandırabilir.Bu arada, son derecelendirilen arka plan dışı yöntemlere geri dönüşümler bir araştırma önceliğidir: Tamamlanan fiberler piroliz veya solculardan temiz bir Uzay[TES][TES][T][T][T][T][T][T][T][T][T][T][T][T][T][T][T][T][T][T][T][T][T][T][T][T][T][T][T][T][T][T][T][T][T][T][T][T][T][T][T][T][T][T][/FONT][/FONT][/FONT=TR][/FONT=FONT=TR][/FONT=TR][/FONT=FONT=TRNT=TRNT=TR][/FONT=TRNT=TRNT=TRNT=TRNT=TRNT=TRNT=TRNT=TR][/FONT=TRNT=TRNT=TRNT=
Akıllı Yapılar ve Gömülü Sensörler
Çünkü aramid kumaşı tamamlanmamış, bu akıllı kompozitler, gerçek zamanlı olarak, veriyi görüntüleme veya rapor zararını ayarlamak için uydu bilgisayarına geri beslemektedir. ESA'nın 370D:0)Proba-3) Görevi şu anda, formasyonel-kanıklama teknolojisini kullanarak bir ara-kanıklama teknolojisini test edebilir.
Mega-Constellations'da Kullanım
mega-konstellasyon şirketleri son derece düşük maliyetli, kitlesel üretilen uydular için itti, aramid fiber, güneş dizili substratları ve komut panelleri olmadan kitleyi azaltmanın bir yolunu sunuyor.)Starlink) Uydular, örneğin, hedef kuru temizlemeye güvenmek için ağır derecede hafif kompozit yapılara mal oluyor - özel yükleri ve yedek parçaları için tam olarak 3B $ 'dan daha az kullanıyor.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Aramid fiber kendini bir niş balistik malzemeden kanıtlamıştır. Yüksek özel güç, termal istikrar, radyasyon direnci ve tasarım esnekliği, her gramın gerçek para ve gerçek görev kabiliyetine sahip olduğu zaman, hafif kompozitler ve mikrometeoroid koruyucusu ve tethers'a kadar dağıtılabilir patlamalar, aramid bileşenleri performanstan ödün vermeden ölçülebilir toplu tasarruflar sağlar - her gramın gerçek para ve gerçek bir görev kapasitesinin daha yüksek olması ve daha yüksek bir şekilde devam etmesi için doğal bir seçim yapar.
[0]Further Reading: [Dönem: [Düzd:0)
- [0]NASA Teknik Kağıt, Kevlar ile Mikrometeoroid Shielding Üzerine ).
- [FONT:0)DuPont Kevlar Havacılık Tasarım Kılavuzu).
- [0]Teijin Aramid Havacılık Çözümleri Genel Bakış).
- [0]ESA Malzeme ve Bileşenleri Teknolojisi).