Giriş: Uzaycraft'da Gelişmiş Termal Yalıtıma İhtiyacı

Uzayın vakumunda çalışan uzay aracı aşırı sıcaklık varyasyonları ile, sabit iç sıcaklıklardan oluşan doğrudan güneş radyasyonu ile birlikte, güneşten uzak durma noktasına kadar uzanan ışık koruyucusu (MLI) battaniyeleri, hafif bir yüzeyler ve camlar, uzun yıllar boyunca uzay programları üzerinde muazzam bir stres sağlar, ancak bunlar da sağlam bir şekilde esnekliğe sahip olur.

Graphene: Dışsal ve Mekanik Özellikler ile Bir Malzeme

Grafene, iki boyutlu balkomb lattice'de ayarlanan karbon atomik bir tabakadır.[değiştir | kaynağı değiştir] Bu yüksek termal iletkenlik, uzaysal yüzeylere zarar veren, uzaysal yüzeylere zarar veren, ek olarak, yaklaşık 130 W /m·K'ya kadar ısıtılmış bir ısı pompasına sahiptir.

Sıcaklık için Grafen-Enhanced Materials for Thermal

Mono-katlı formdaki saf grafik doğrudan ısıtılabilir değildir. Bunun yerine, araştırmacılar grafikene çeşitli malzeme sistemlerine entegre eder - aerogels, köpükler, polimer kompozitler ve kaplamalar - gerektiğinde ısı ve mekanik avantajları kullanmak için verimli ısıtılırken.

Graphene Aerogels ve Köpükler

Optik yalıtım aracı (yaklaşık% 99 hava) sonuçları, nanotüpler veya hexagonal yapılara ait grafiksel olmayan yüzeylere ait yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yapılan bazı yüzeylerde de kullanılabilir.

Graphene-Polymer Composites

Bir başka yaklaşım, grafikte yüksek ısıtıcılar veya polimer matrisleri gibi polimer matrisleri veya silikonları dağıtmaktır. Bu kompozitler, MLI battaniyeleri için düşük ısı iletkenliği için tasarlanmış olabilir, ısıtılmış ısı iletkenleri% 60 oranında azaltırken ısıtılabilir.

Graphene Kaplamalar

Grafikte temel kaplamalar, mevcut uzay uzaysal yapıların yüzey ısı özelliklerini değiştirmek için bir yol sunar.Küresel koruyucular veya radyatör panellerde ince bir tabaka uygularken, mühendisler, ısıtımı ve absorptiviteleri kontrol edebilir. Graphene kaplamalar, minimum güneş enerjisine sahip olmak için ısıtılabilir. Ayrıca, düşük güneş yüzeyinin kaplamalarına karşı dayanıklı kaplamalar ile kolayca elde edilebiliyor.

Uzayda Özel Uygulamalar

Re-entry Tools için termal Shields

Atmosferik re-entry sırasında, uzay aracı, kalkanın 1000 °C'yi aştığını aşırı ısıtarak, yüksek sıcaklıklı kompozitleri azaltarak, yüksek ısıyı azaltan kaplama malzemelerinin potansiyel olarak daha eşit bir şekilde kullanılmasını sağlar. Graphene-enhanced kompozitler, grafikte test edilen grafiklere yol açan bu sistemleri test edebilir ve geleneksel kortikosteroidlerin ısıtılmasına kıyasla daha iyi bir şekilde azaltılabilir.

Multikatlü yalıtımı (MLI) Geliştirilmiş

Multikat yalıtım, benzer reflektif yüzeylere sahip metal folyoları (genellikle alüminyum) ve düşük tavanlı uzaycılara sahip olabilir. Graphene, metal tabakaları benzer bir şekilde yansıtmak için daha yüksek esneklik ve dayanıklılık sağlayan yüksek çözünürlükte, Graphene oksit uzayıcıları da hassas plastik örgüleri değiştirebiliyor, daha iyi termal ve mekanik performans sağlar.

Heat spreaders ve Radyatörs

Fiber ısıyı veya dışarıda tutmakla birlikte, aktif termal kontrol sistemleri de hassas elektronikten radyatör panellere ısıtılması için verimli ısı yayıcıları gerektirir. Graphene'nin yüksek hava iletkenliği, daha küçük radyatör yüzeyleri ile ortak bir proje sağlar.AGraphen-composite filmleri arasında ısıtılır.

Radyasyon Shielding

Termal yönetim ötesinde, grafikene ayrıca radyasyon koruma söz verir. Işıklığı ve yüksek atom numarası, özellikle Ay veya Mars'ta çok katmanlı görevler ve habitatlar gibi enerjik partikülleri engellemede etkili olur.

Geleneksel yalıtım malzemeleri üzerinde avantajları

Örneğin, aerogels, elyaflar ve MLI battaniyeleri gibi geleneksel termal yalıtım malzemeleri, yüksek yoğunluk ve daha düşük termal bisiklet toleransı vardır. Örneğin, mükemmel yalıtım sunar, ancak sert ve toz üretimine eğilimlidir, bu da yüksek yoğunluk ve daha düşük termal bisiklet toleransı vardır.

  • [FONT:0) Superior termal kontrol:[Dönetici:0) Graphene'nin yüksek düzlemsel iletkenlik, aynı zamanda ısınmasını ve ısıyınmasını sağlar, yerel sıcak veya soğuk noktaları önler.
  • [FONT:0) Aşırı güç- ağırlık oranı: Graphene aerogels ve kompozitler mekanik direnci korumak veya güçlendirmek için karşılaştırılabilir camlar yalıtımından% 90 daha hafif olabilir.
  • [FONT:0) Geliştirilmiş esneklik ve uygunluk: Graphene kompozitler, eğri paneller veya dağıtılabilir yapılar gibi karmaşık geometrilere kolayca şekillenebilir.
  • [FONT:0)Enhanced radyasyon ve atom oksijen direnci: Graphene kaplamaları, oksidatif erozyon ve UV bozulmalarından temel alt substratları korur ve görev ömrünü uzatır.
  • [FONT:0) Çok fonksiyonellik:[Dönetici:[Dönetici: [Dönetici: [Dönetici: [Dönetici: [Dönetici: [Dönetici: [Dönetici: [Dönetici: [Dönetici: [Dönetici: [Dönetici: [Düzeneğitim:) Aynı grafik katmanı, statik deşarj için ısı yalıtımı, statik iletkenlik ve radyasyon koruma sağlar – toplam sistem kütlesini azaltır.

Meydanlar ve Devamlı Araştırma

Umut verici potansiyele rağmen, grafikene-enhanced malzemeler uzaysal yalıtımda standart hale gelmeden önce birkaç teknik ve üretim engeli ele alınmalıdır.

İmalat Scalability ve Maliyet

Yüksek kaliteli grafiklere veya fonksiyonelleştirilmiş grafiklere endüstriyel ölçeklerde üretim yapmak pahalı ve enerji yoğundur. Kimyasal buhar ayrıştırma (CVD) veya grafikte oksit azaltımı henüz maliyetle rekabet etmek değildir, ancak Manchester'daki araştırmacılar ölçeklenebilir üretim yöntemleri ve daha düşük maliyetli yemleme yöntemlerinin geliştirilmesi sürekli olarak fiyatları azaltır. Uzay endüstrisi de ilerlemeler için sertifikalı malzemeler gerektirir.

Uzay Çevre Durability

Grafene'nin kendisi oldukça istikrarlı, ancak yalıtımda kullanılan kompozit malzemeler düşük Dünya yörüngesinde atomik oksijen erozyonuna dayanmalıdır, ultraviyole radyasyonu ve tekrarlanan termal bisiklet. Erken testler, Uluslararası Uzay İstasyonunda polimer-grafenlerin uzun süreli UV maruz kalmaları, embrittlement. Kaplamalar ek koruyucu tabakaları ile veya inorganik grafiklerle (örneğin, boron nitride nano tablolar gibi) testlerinin gerçek dünyaya doğru olduğunu göstermiştir.

Mevcut Termal Kontrol Sistemleri ile entegrasyon

Uzaylı termal tasarım oldukça entegre edilmiştir; bir yalıtım materyalinin değiştirilmesi genellikle uzay ajansları ve endüstri komplikeli kompozitlerin (yüksek düzlemde, düşük düzlem iletkenliği) için doğru bir şekilde hesaplanmalıdır.

Future Yol ve Potansiyel Etki

Devam eden araştırmalar, grafikten bazlı ısı yalıtımının sınırlarını zorluyor. Bir heyecan verici alan, statik deşarj yönetimi için elektrik iletkenliği korumak için 0.005 /m·K (sürekli deşarj yönetimi için elektrik iletkenliği korumak) için ısıtıcı ısıtıcıları yetiştirmek için faz-değişim malzemelerinin (PCMs) entegrasyonudur.

Derin uzay görevleri için - NASA'nın Artemis-Atıflık programı ve Avrupa Uzay Ajansı'nın planlanan Moon yörünge istasyonu gibi - ışık ağırlığı, multifonksiyon yalıtım kritiktir. Graphene-enhanced malzemeler daha önce nesli olmayan habitatları, rovers ve en-situ kaynak kullanımı (ISRU) daha verimli bir şekilde ölçeklenebilirlik sağlar.

Ticari uzay ışığı şirketleri de grafiken teknolojilere yatırım yapıyor. SpaceX ve Blue Origin hem geleneksel köpük ile kıyaslanmış ısı yalıtımına kıyasla % 50 oranında ısıtılmış ve doğrudan sıvı hidrojen gibi sinojen pervaneler için tank yalıtımına sahip.Bu tanklar en az kaybolmalıdır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Grafikte kullanılan malzemeler, uzay yeterlilik verilerinin bir araya gelmesi, grafik tabanlı aerogels, kompozitler ve kaplamalar, uydular, derin ve çok işlevli sistemler için standart elementler haline gelmek için eklenir. malzeme bilim adamları, uzay kalitesi verileri arasındaki üretim işbirliği, grafiksel tabanlı aerogeller, daha verimli ve daha uzun bir şekilde uzay görevleri, daha verimli bir şekilde hızlanır.