Giriş Giriş Giriş

Uzaylı, mühendislik için bilinen en aşırı termal ortamlardan bazılarıyla karşı karşıyadır. Düşük Dünya yörüngesinde, yüzeyler 120 °C'ye doğrudan güneş ışığı ile sıcaklıkların ısıtıldığı ve çok katmanlı yalıtım battaniyeleri olduğu derin soğuktur. Ancak, bu termal yükü yönetmek sadece son on yılda, elektriksel malzemelerin ömrünü etkiler; yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte ortaya çıkan bu tür bir alternatifte ortaya çıkan bu tür bir alternatif, ısıtılmış kaplamalar ve çok katmanlı kaplamalar gibi ortaya çıkabilir.

Superhidrfobik Kaplamalar Nedir?

Superhidrfobik kaplamalar, olağanüstü verimlilikle su yeniden şekillendirmek için yüzey tedavileridir. Bir yüzey, su iletişim açısı 150 °'yi aştığında ve iletişim açı histerilerini düşük, yani su damlacıklarının minimum eğime kadar yuvarlanması anlamına gelir.Bu aşırı su buharı doğa tarafından ilham vericidir - en ünlü olarak, mikro ölçekli ve nano ölçekli yüzey dokuları tuzağa düşüren ve yüzeyimizi önleyen su yüzeyinin altında tutmamızı engeller.

Bu kaplamalar iki anahtar tasarım elementi aracılığıyla özelliklerini elde eder: yüzey kimyası ve yüzey dokusu. Kimyasal olarak, kaplama, damlacıklı malzemeler, tipik olarak fluoropolimerler veya silikonlar olarak bilinen bir durumdur.

Superhidrfobik kaplamalar araba rüzgarları ve dış dişlileri üzerindeki kullanımları için en iyi bilinen olsa da, havacılık termal yönetimdeki potansiyelleri ciddi dikkat çekiyor. Çünkü gelen güneş radyasyonunu yansıtıp ısıtıcılarını yansıtabilirler, hiçbir güç gerektirmez, hareket parçaları ve minimum kütle.

Uzayda Termal Accumulation Fiziği

Süperhidrofbik kaplamaların neden uzayın vakumlanmasında temel bir ısı birikimi gerektirdiğini anlamak.[Dışkanlık, konveksiyon ve radyasyon ile transfer edilir, çünkü sadece sağlam bağlantılardan oluşur.

Bir uzay aracının termal dengesi denklem tarafından yönetilir:

[FONT=0)Solar absorptance (α) × Güneş flux = Emittance ( ⁇ ) × T4).

Sol taraf güneşten absorbe edilen ısıyı temsil eder ve sağ taraf ısıyı azaltır. Yüzey sıcaklığı T, uygun pigmentler veya nano yapılarla tasarlandığında, aksi takdirde artırılmış radyasyon ve atomik oksijen altında bozulabilir.

Termal Drift'te Contaminasyon Rolü

Zamanla, uzay uzay yüzeyi daha fazla ısıyı absorbe etmeye ve yavaş yavaş yavaş çalışma sıcaklığı yükselterek yüzeye neden olur.Bu fenomen, toz parçacıkları ve yuvarlanma işlemine yardımcı olur.Bu pasif temizleme mekanizmasının ömrünü azaltır ve daha muhafazakar bir görev planlamasını sağlar. Superhidrofbik kaplamalar bunu kendi kendine temizleyen bir yüzey yaratarak azaltır: sulu yataklar ve rulolar.

Superhidrofbik Kaplamalar Termal Accumulation

Superhidrfobik kaplamalar, yüzeyleri daha soğuk ve daha istikrarlı tutmak için birlikte çalışan birkaç birbirine bağlı mekanizmalar aracılığıyla ısı birikimini azaltır.

Geliştirilmiş Solar Reflectance

Birçok süperhidrofbik kaplamalar, nano ölçekli pigmentler veya hava boşlukları içerir, bu kaplamalar% 90 veya daha yüksek olan kaba yüzey dokusu da görünür ve yakın radyasyonu yansıtır, güneş enerjisi miktarını azaltır.Beyaz pigmentler ile birlikte, bu kaplamalar% 90 veya daha yüksek yansımayı yansıtacak şekilde elde edebilir.

Azaltılmış Emittance Degradation

Bir yüzeyin kızılötesi yayılması, uzaya nasıl ısıtıldığını nasıl verimli bir şekilde belirler. Yüzeydeki kirliliği ve yüzey bozulması daha düşük yayılım, ısıtılması gibi. Çünkü süperhidrofbik kaplamalar su yeniden şekillendirir ve organik kirleticilerin adlarını korurlar, zaman içinde yayılma özelliklerini korurlar. Bazı formülasyonlar da yüksek çözünürlüklü malzemeler içerir.

Frost ve Buz Formasyonunun Önlenmesi

Bir yörüngenin soğuk gölgesinde, su buharı yüksek sıcaklıklarda dondurabilir ve düşük ısı iletkenliği vardır ve donanma tabakası olarak hareket eder, uzay aracı yeniden giriş yaparken ısı reddedilmesini azaltır. Superhidrbic kaplamaları, suları daha yüksek sıcaklıklarda dondurmamızı engelleyebilir, ancak daha kalın tabakalara girmeden önce kolayca dökülüyor.

Pasif Radiative Soğutma

Son araştırmalar, süperhidrofbikity'yi radiative soğutma yetenekleri ile bir araya getirdi. 8–13 μm a atmosferik pencerede (Dünyada bulunan uzay aracı) veya daha geniş bir alana sahip olan yüzeysel ısıtımı kullanarak, bu kaplamalar standart yüzeylerden daha verimli bir şekilde yayılabilir.Su-repellent tabakanın kirliliğini korumak, performanslarını zaman içinde korumak için performanslarını korumak.

Superhidrfobik Kaplamaların Uzaycraft için Avantajları

Termal yönetim ötesinde, süperhidrfobik kaplamalar, onları uzay görevleri için çekici kılan çeşitli pratik avantajlar sunar.

  • [FONT:0)Işık ağırlık termal kontrol: [Döntgenler ve ısı boruları aksine, bir kaplama negable kütle ekliyor. Her kilogram depolanan fırlatma maliyetlerini azaltır veya ödeme yüklerine tahsis edilebilir.
  • [FONT:0)Corrosion koruması:[Dönetici:[Dönetici:0)Grup koruma:[Dönetici: 0)Gruplama işlemleri sırasında veya nemli ortamlardaki Moisture ve nem, metal yüzeyleri korrode edebilir. Superhidrfobik kaplamalar su inanca karşı bir bariyer olarak hareket eder.
  • [FONT:0)Kendi temizleme yeteneği: [Dönetici: [Dönetici: 0,4] Güneş panelleri üzerindeki toz birikimi, Mars veya Ay görevlerinde %20 ila 40 oranında güç üretimini azaltabilir.
  • [FONT:0]Biolojik kondüksiyon kontrolü:[Dönetici koruma görevleri için, süperhidrofbik yüzeyler mikrofilmleri kucaklama ve form biyofilmleri oluşturma yeteneğini azaltır, sterilizasyon gereksinimlerine yardımcı olur.
  • [FONT:0) Esnek substratlarla kıyaslanabilirlik: Birçok süperhidrofbik kaplamalar ince filmlere, kumaşlara ve dağıtılabilir yapılara uygulanabilir, kullanımlarını güneş denizcilerine genişletebilir, antenlere ve termal battaniyelere genişletilebilir.
  • [FONT:0) Vakumda Kullanılabilirlik:[Dönetici: Bazı polimer bazlı kaplamaların aksine, iyi yapılandırılmış süperhidrfobik kaplamalar çok düşük miktarda gaza sahip olmak için tasarlanabilir, uzay uygulamalarının katı gerekliliklerini karşılayabilir.

Uzay Uygulamalarında Zorluklar

Sözlerine rağmen, süperhidrfobik kaplamalar, operasyonel uzay aracı üzerinde rutin olarak kullanılmadan önce önemli engellerle karşı karşıyadır. Araştırma bu konulara aktif olarak hitap etmektedir.

Ultraviolet Radyasyonun Altında Durability

Uzaydaki Ultraviolet radyasyonu birçok organik polimeri kırıyor. Fluoropolimers, bu da birçok süperhidropbik kaplamanın temelini oluşturur, uzun UV maruz kalmaları altında da düşebilir, hem düşük yüzey enerjilerini hem de yapısal bütünlüğünü kaybeder. Araştırmacılar UV-stabiliteli nanoparçacıklar ve radyasyona dayanıklı formülasyonlar geliştiriyorlar. Örneğin, silik nanopartiküller ile perfluorinasyonlara dayanan kaplamalar ile kaplamalar.

Atom Oksijen Erosion

Düşük Dünya yörüngesinde, atomik oksijen birçok malzemeye saldırıyor. Polimerler özellikle kırılgan, temel olarak bir metalik oksijen tesislerinin bir yerinde işe yaradığı oranların belirlenmesi gerekir. Superhidrphobic kaplamaları atomik oksijene dayanıklı kimyagerler veya sipert bir tabaka tarafından korumalıdır.

Termal Bisiklet Şergue

Uzay sanatı aşırı sıcak ve soğuk arasındaki binlerce termal döngüye sahiptir. Bu tekrarlanan genişleme ve sözleşme, kaplamalara, delaminate'ye veya hidrofobik özelliklerini kaybetmelerine neden olabilir. kaplama ve substrat arasındaki amplitüdyum önemli bir faktördür.

Vakum Stability ve Outgassing

uçucu bileşiklerin dışlanması hassas optik, güneş hücreleri ve termal radyatörler içerebilir. Superhidrphobic kaplamaları yüzeye göç edebilecekleri yüzeyler için bükülebilir ve test edilmelidir. Bazı kaplamalar vakum-stable çapraz bağlantı içeriyor ve plastik-seçmiş beton kaplamalar veya düşük-moleküler-siyonik katkılardan kaçınmalıdır.

Uzaylı Altstratesans

Uzay sanatı, alüminyum alaşımlar, karbon-fiber kompozitler ve camlar dahil çeşitli malzemelerden inşa edilir. Tüm bu substratlar boyunca güçlü bir adhesion, süperhidrofbikliği korumak zorlanırken, Primer tabakaları, plazma tedavileri ve yüzey fonksiyonelleştirme kaplamanın performansının ödün vermeden bağını geliştirmek için araştırılır.

Mevcut Araştırma ve Geliştirmeler

Alan hızla ilerliyor, dünyadaki laboratuarlardan ve uzay ajanslarından gelen birçok umut verici yol ile.

Kendi kendini kınayan Superhidrphobik Kaplamalar

En aktif araştırma alanlarının biri, kaplamanın zararını mikrometeoroid etkilerinden tamir edebilecek kendi kendine özgü kaplama kaplamalar, çizer veya UV bozulmaları içerir.Bu kaplamalar yıllar boyunca üretilen mikrokapsules veya damar ağları içerir. Alternatif olarak, bazı tasarımları yeniden şekillendirilebilir dinamik kimyasal bağlar kullanır.

Multi function Kaplamalar

Araştırmacılar, süperhidrofbikliği, antistatik özellikler, radyasyon kalkanı veya hatta elektrostatik deşarj kontrolü için elektriksel iletkenliği ile birleştirmek için çalışıyorlar. termal yönetim, konteynasyon direnci ve statik dağılımı sağlayan tek bir kaplama, örneğin karbon nanotüpleri süperhidrojenilere ekleyerek, su şarj edilebilirliği sağlayabilir.

Scalable Deposition Yöntemleri

Süperhidrofbik kaplamalar endüstri tarafından kabul edilmek için, ölçeklenebilir, maliyet-malzeme yöntemleri kullanılarak uygulanmalıdır. Sprey kaplama, dip kaplama ve rulo-to-roll işlemesi büyük uzay uzay uzayları için optimize edilmiştir. Plazma-enhanced kimyasal buhar dekonsolasyonu kaplamalar kaplama kalınlığı ve kimya üzerinde kesin kontrol sunar ancak vakum ekipmanı gerektirir. Son çalışma, özel tesisler olmadan çevre koşullarında uygulanabilir olan fırça-on ve sprey-on formülasyonları üzerinde yoğunlaşmıştır.

In-Space Onarım ve Yeniden Üretim

Gelişen bir konsept, bir görev sırasında süperhidrofbikiteyi yeniden üretebilme yeteneğidir. Bu, bir robot kolu aracılığıyla taze bir üst perdeyi veya kaplamada gömülü Hidrofobik moleküllerin rezerve edilmesi için buharlaştırmayı içerebilir. Bu tür yetenek özellikle de Mars veya dış gezegenlere mümkün olacaktır.

Future Yol Tarifi

İleriye bakıldığında, süperhidrfobik kaplamalar uzay aracı termal yönetimde ve ötesinde giderek önemli bir rol oynaması bekleniyor.

Ay ve Martian Misyonları

Ay ve Mars'ta yüzey görevleri için, toz büyük bir problemdir. Ay tozları aşındırıcı, estatik olarak şarj edilir ve neredeyse her şeye bağlanır.Kaplak tozları ve güneş panelleri, yumuşak bir sallama veya hava akışı ile toz parçacıklarının% 98'ine kadar dökülebilir.

Küçük Uydu ve CubeSat Uygulamaları

CubeSats ve küçük uydular genellikle aktif termal kontrol için sınırlı bir güce ve hacmine sahiptir. Örneğin, ısı yüklemeyi azaltan bir süperhidrofbik kaplama, bu platformların termal tasarımını basitleştirebilir. Çeşitli Masallar, sistemleri azaltmak için zaten çok sayıda kapaklı kaplamalar vardır.

İmalat İmalatı ile entegrasyon

3D baskı, uzay aracı bileşenleri için daha yaygın hale gelirken, süperhidrofbik yüzeylere doğrudan baskı yapmak için ilgi artıyor.Bu, gömülü soğutma kanalları ile özel termal kontrol geometrileri etkinleştirebilir - aynı üretim sürecinde süperhidropbik tabaka ile kaplıdır. Erken araştırma, kontrollü yüzey dokularla baskının fizibilitesini göstermiştir.

Deep-Space ve Inter star Probes

Güneşten uzak seyahat eden görevler için, termal yönetim onu korumak için ısıyı reddetmektedir. Ancak, süperhidrfobik kaplamalar, otomatik olarak güneş mesafelerini değiştirmek için uygun olan dışsal kontrol sistemlerinden gelen değer sunabilir. ”AsFLT:0 Derin uzay araştırmaları için radiative soğutmaya göre değişir).

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Superhidrfobik kaplamalar, uzaysal termal yönetimi geliştirmek için gerçek bir söz ile bir malzeme sınıfı temsil eder. Güneş radyasyonunu yansıtacak şekilde kirlenmeyi önler ve zamanla stabil optik özelliklerini korurlar, pasif, hafif ve potansiyel olarak maliyet-tebiyönetici kontrol sistemleri için uygun bir tamamlayıcı sunar.

Ancak, rutin kabul yolu, UV istikrarı, atomik oksijen direnci, termal bisiklet yorgunluk ve vakumlama.Şu anda kendi kendine özgü kimyagerlere, çok fonksiyonel formülasyonlara ve ölçeklenebilir deim yöntemlerine sahip olmak, bu boşlukları sürekli olarak kapatıyor. Uzay endüstrisi daha sık sık sık sık fırlatmaya, daha küçük uydulara ve daha uzun vadeli görevlere doğru hareket ediyor, basit, sağlam termal yönetim çözümleri talep yalnızca büyüyecek. Superhidrofik kaplamalar, zarif çalışma ve çok işlevli kaplamalar ile, bu boşluk profiline iyi yerleştiriliyor.

Görev planlayıcıları ve termal mühendisler için, anahtar çekme, süperhidrofbik kaplamaların tüm aktif termal sistemler için bir yedek değil, ancak uzay ışığı için talep edilen koşullar için güçlü bir ek olacaktır. Sürekli yatırımla, süperhidroflar ve yapısal öğeler, tüm boyutlardaki standart bir özellik haline gelebilir ve güvenilirliği geliştirebilirler.

Daha derin teknik ayrıntılarla ilgilenenler için, [[0)NASA Termal Kontrol Teknolojisi Yolumap[Dönetici: 1) ve [[Döntgenlik Atölyesi'nin süperhidropbik kaplamalar üzerinde çalışması) daha fazla araştırma için mükemmel başlangıç noktaları sağlar.