შეუძლია თუ არა ატომური ჟანგბადის ეროზიის თავიდან აცილება დედამიწის დაბალ ორბიტაზე კოსმოსურ ხომალდზე ზუსტი ნაპრალი ოქროთი?

დედამიწის დაბალ ორბიტაზე მოქმედი კოსმოსური ხომალდი (LEO, 200 კმ - 1000 კმ ) უკიდურესად მკაცრი კოსმოსური გარემოს წინაშე დგას. ამ სიმაღლეებზე დომინანტური ატმოსფერული სახეობა - ატომური ჟანგბადი ( AO ) - წარმოიქმნება მოლეკულური ჟანგბადის ( ფოტოდისოციაციის შედეგად O 2) მზის ინტენსიური ულტრაიისფერი გამოსხივების ქვეშ. კოსმოსური ხომალდი, რომელიც ორბიტაზე მოძრაობს ჰიპერსიჩქარით ( ~ 7,8 კმ/წმ ) განიცდის მაღალი ენერგიის ზემოქმედებას ( ~ 4,5 eV - 5,0 eV ) ამ რეაქტიული ჟანგბადის რადიკალებისგან.

დაუცველი პოლიმერები, თერმული საბნები და ნახშირბადის კომპოზიტები განიცდიან სწრაფ ძლიერ ქიმიურ ეროზიას, მატერიალური მასის დაკარგვას, ზედაპირის გაუხეშებას და ოპტიკურ დეგრადაციას გაფართოებული AO დაბომბვის დროს. ზუსტი ნაპრალი ოქროთი ლაქირებული კილიტა - მაღალი სისუფთავის ალუმინის ან კაპტონის/პოლიიმიდის სუბსტრატების კომბინირება კოსმოსური ხარისხის, სილიკონისგან თავისუფალი ოქროს ფტოროპოლიმერული საფარით ან ფიზიკური ორთქლით დეპონირებული (PVD) ოქროს/სილიციუმის ნანო-ფენებით - უზრუნველყოფს ატომურ ჟანგბადის გაუმტარ ფარს. ის ეფექტურად ბლოკავს AO-ს მიმართულ ეროზიას, ეწინააღმდეგება მზის ულტრაიისფერი სხივების დეგრადაციას და უზრუნველყოფს სტაბილურ თერმულ ემისიურობას და მზის შთანთქმას გაფართოებულ კოსმოსურ მისიებში.

ჰიპერსიჩქარის ქიმიური ეროზიის მექანიზმი LEO-ში

ორბიტალური სიჩქარით ( ~ 7,8 კმ/წმ ), ატომური ჟანგბადი ზემოქმედებს კოსმოსური ხომალდის ვერძისკენ მიმართულ ზედაპირებზე, საკმარისი კინეტიკური ენერგიით ორგანული ქიმიური ბმების გასატეხად:

პოლიმერის დეგრადაციის სიხშირე: სტანდარტული პოლიიმიდები (კაპტონი) და ეპოქსიდური კომპოზიტები იშლება 3.0 × 10-⊃2; 4 სმ⊃3;/ატომი სიჩქარით, რაც იწვევს სტრუქტურის ძლიერ გათხელებას და მექანიკურ უკმარისობას.

ატომური ჟანგბადის რეაქციის ეფექტურობა (Eᵧ): ზომავს ჟანგბადის ატომზე დაკარგული მასალის მოცულობას. მასალები, რომლებიც განკუთვნილია ხანგრძლივი LEO მისიებისთვის, უნდა მიაღწიოს Eᵧ ნულს უახლოვდება.

ოქრო-ლაქი დამცავი ქიმია

ოქრო არსებითად ინერტულია ატომური ჟანგბადის რეაქციის მიმართ, რადგან მისი დაჟანგვის ენთალპია უკიდურესად არახელსაყრელია LEO ენერგეტიკული მდგომარეობების პირობებში:

ინერტული მეტალის ზედაპირის მატრიცა: ოქროს ატომები (Au) ადვილად არ ქმნიან მდგრად აქროლად ოქსიდებს 5 eV AO ზემოქმედების ქვეშ, ინარჩუნებენ ზედაპირის სიმკვრივეს და სტრუქტურულ მასას.

ჯვარედინი კოსმოსური კლასის ლაქის მატრიცა: მაღალი სისუფთავის ოქროს პიგმენტები, რომლებიც ჩაშენებულია სილიკონისგან თავისუფალ, ფტორპოლიმერის ან პოლიიმიდის ფისოვანი მატარებლებში, რომლებიც ქმნიან მკვრივ ბარიერს, რომელიც ბლოკავს ალუმინის ან პოლიმერის ქვედა სუბსტრატებს ქიმიური შეტევისგან.

ტექნიკური ვალიდაცია და შესრულების სტანდარტები

ქვემოთ მოყვანილი შესრულების მატრიცა ასახავს კოსმოსური ფრენის საკვალიფიკაციო სტანდარტებს ზუსტი ჭრილით ოქროს ლაკირებული კოსმოსური ხომალდის კილიტასთვის:

ძირითადი პროფესიული უპირატესობები საჰაერო კოსმოსური ინჟინერიაში

FAQ

Q1: რატომ არის ატომური ჟანგბადი ასე დამანგრეველი კოსმოსური ხომალდის მასალებისთვის LEO-ში?

პასუხი: ატომური ჟანგბადი წარმოიქმნება, როდესაც UV გამოსხივება არღვევს O 2 მოლეკულებს. LEO ორბიტალური სიჩქარით ( ~ 7,8 კმ/წმ ), AO ზემოქმედებს კოსმოსური ხომალდის ზედაპირებზე 5 eV  კინეტიკური ენერგიით, არღვევს ორგანულ ქიმიურ კავშირებს და სწრაფად ანადგურებს დაუცველ პოლიმერებს, ნახშირბადის ბოჭკოებს და საღებავებს.

Q2: როგორ აფერხებს ოქროთი შეღებილი კილიტა ატომური ჟანგბადის ეროზიას სტანდარტულ კაპტონთან შედარებით?

პასუხი: ოქრო ქიმიურად ინერტულია და არ რეაგირებს მაღალი ენერგიის ჟანგბადის ატომებთან. მიუხედავად იმისა, რომ სტანდარტული Kapton სწრაფად იშლება AO-ს ზემოქმედების ქვეშ, ოქრო-ლაქის საფარი მოქმედებს როგორც გაუმტარი ბარიერი, რომელიც მთლიანად ბლოკავს AO-ს ძირეულ მასალასთან კონტაქტს.

Q3: რა სარგებლობა მოაქვს კოსმოსური ხომალდის წარმოებისთვის ზუსტად ჭრის ოქროთი შეღებილ ფოლგას?

A: ზუსტი ჭრილი ვიწრო სიგანეები ( 3 მმ - 50 მმ ) სუფთა, ბურღულის გარეშე კიდეებით საშუალებას იძლევა ავტომატიზირებული, ნაოჭების გარეშე სპირალური შეფუთვა რთული მრუდის ფორმების, გაყვანილობის აღკაზმულებისა და თერმული მილების გარშემო, მეტალის მტვრის ნაწილაკების დაცლის გარეშე ოპტიკურ სუფთა ოთახებში.

Q4: აკმაყოფილებს თუ არა ოქროთი ლაქირებული ფოლგა NASA-ს და ESA-ს ვაკუუმური გაზების მოთხოვნებს?

_ დიახ. კოსმოსური ხარისხის ოქროს ლაქები იყენებენ სპეციალიზირებულ პოლიმერული ქიმიის დაბალ გამონაბოლქვი პოლიმერულ ქიმიას, რომელიც დამუშავებულია მაღალ ტემპერატურაზე, ადვილად გადალახავს ASTM E595 სტანდარტებს ჯამური მასის დაკარგვით ( TML ) -ზე დაბალი 1.0%  და შეგროვებული აქროლადი კონდენსირებადი მასალებით ( CVCM ) 0.10% -ზე ქვემოთ..

Q5: შეუძლია თუ არა გაუძლოს ოქროთი ლაკირებული ფოლგა LEO ორბიტების უკიდურეს თერმულ ციკლს?

_ დიახ. LEO კოსმოსური ხომალდი განიცდის ტემპერატურის სწრაფ ცვალებადობას ( -120°C- დან  დაბნელებისას +120°C- მდე მზის შუქზე ყოველ 90 წუთში). ლაქის მატრიცის მაღალი ადჰეზიური ძალა და შესაბამისი თერმული გაფართოება ხელს უშლის მიკრობზარებს, აქერცვლას ან აქერცვლას თერმული შოკის დროს.

დასკვნა

ზუსტი ნაპრალი ოქროთი შეღებილი კილიტა არის განსაკუთრებით ეფექტური, ფრენით დადასტურებული მატერიალური გადაწყვეტა ატომური ჟანგბადის ეროზიის თავიდან ასაცილებლად და დედამიწის დაბალი ორბიტის კოსმოსურ ხომალდებზე თერმული კონტროლის მართვისთვის.

კოსმოსური ხომალდის თერმული დაცვისთვის მასალის შერჩევის ოპტიმიზაციისთვის:

მიუთითეთ კოსმოსური კვალიფიკაციის სტანდარტები ( ASTM E595 / ASTM E2089): დაავალეთ სერტიფიცირებული ხმელეთზე დაფუძნებული AO სხივის ექსპოზიციის მონაცემები და დაბალი გაზების ტესტირება (TML < 1.0%, CVCM <0.10%).

აირჩიეთ შესაბამისი სუბსტრატის ბირთვი: აირჩიეთ მაღალი სისუფთავის ალუმინის ფოლგა მაქსიმალური თბოგამტარობისთვის, ან პოლიიმიდური ფილმი იმ აპლიკაციებისთვის, რომლებიც საჭიროებენ მაღალი დიელექტრიკული ავარიის ძაბვას და რღვევის წინააღმდეგობას.

განახორციელეთ კიდეების ჭრის ზუსტი ხარისხი: მოითხოვეთ სუფთა ოთახის ჭრის ჭრილი, რათა აღმოიფხვრას ბურღები და ნაწილაკების გამოყოფა, რამაც შეიძლება დააბინძუროს მგრძნობიარე სატელიტური ოპტიკა ან მზის მასივები.