Нарийвчилсан ангархай алтан лакаар бүрсэн тугалган цаас нь дэлхийн тойрог замд байрлах сансрын хөлөгт атомын хүчилтөрөгчийн элэгдлээс сэргийлж чадах уу?

Дэлхийн бага тойрог замд (LEO, 200 км - 1,000 км ) ажиллаж буй сансрын хөлөг сансрын онцгой хатуу орчинд тулгарч байна. Эдгээр өндөрт давамгайлсан атмосферийн төрөл зүйл болох атомын хүчилтөрөгч ( AO ) нь фотодиссоциацийн үр дүнд үүсдэг . O ₂) нарны хэт ягаан туяаны дор молекулын хүчилтөрөгчийн ( Хэт хурдтай ( ~ 7.8 км/с ) тойрог замд эргэдэг сансрын хөлөг өндөр энергийн нөлөөг ( ~ 4.5 эВ - 5.0 эВ ) мэдэрдэг.эдгээр реактив хүчилтөрөгчийн радикалуудаас

Хамгаалалтгүй полимер, дулааны хөнжил, нүүрстөрөгчийн нийлмэл материалууд нь химийн хүчтэй элэгдэлд өртөж, материалын массын алдагдал, гадаргуугийн барзгаржилт, урт хугацааны АО бөмбөгдөлтөд оптикийн доройтолд ордог. Нарийвчилсан зүсэлттэй алтаар лакаар бүрсэн тугалган цаас — өндөр цэвэршилттэй хөнгөн цагаан эсвэл Каптон/полиимид субстратыг сансрын зэрэглэлийн, силиконгүй алтны фторполимер бүрээс эсвэл физик уураар (PVD) хуримтлуулсан алт/цахиурын нано давхаргатай хослуулан атомын хүчилтөрөгчийн нэвчилтгүй хамгаалалтыг хангана. Энэ нь AO-ийн чиглэлийн элэгдлийг үр дүнтэй хааж, нарны хэт ягаан туяаны доройтлыг эсэргүүцэж, уртасгасан сансрын нислэгүүдэд тогтвортой дулаан ялгаруулах, нарны шингээх чадварыг өгдөг.

LEO дахь Hypervelocity химийн элэгдлийн механизм

Орбитын хурдаар ( ~ 7.8 км/с ) атомын хүчилтөрөгч нь органик химийн холбоог таслахад хангалттай кинетик энергитэй сансрын хөлгийн рамтай нүүр тулж буй гадаргууд нөлөөлнө.

Полимер задралын түвшин: Стандарт полиимидүүд (Каптон) ба эпокси нийлмэл материалууд нь 3.0 × 10⁻⊃2;⁴ см⊃3;/атом хүртэл хурдтайгаар элэгдэж, бүтцийн хүчтэй сийрэгжилт, механик гэмтэлд хүргэдэг.

Атомын хүчилтөрөгчийн урвалын үр ашиг (Eᵧ): Хүчилтөрөгчийн нэг атомд алдагдах материалын хэмжээг хэмждэг. Удаан хугацааны LEO номлолд зориулагдсан материалууд нь тэг дөхөж буй Eᵧ-д хүрэх ёстой.

Алт-паалан хамгаалалтын хими

Алт нь атомын хүчилтөрөгчийн урвалд үндсэндээ идэвхгүй байдаг, учир нь түүний исэлдэлтийн энтальпи нь LEO энергийн нөхцөлд туйлын тааламжгүй байдаг:

Идэвхгүй металл гадаргуугийн матриц: Алтны атомууд (Au) 5 эВ AO-ийн нөлөөллийн дор тогтвортой дэгдэмхий исэл үүсгэдэггүй бөгөөд гадаргуугийн нягт болон бүтцийн массыг хадгалдаг.

Хөндлөн холбосон сансрын зэрэглэлийн лак матриц: Силикон агуулаагүй, хий ялгаруулах чадвар багатай фторполимер эсвэл полиимидын давирхай зөөгчинд шингээсэн өндөр цэвэршилттэй алтны пигментүүд нь хөнгөн цагаан эсвэл полимер субстратыг химийн дайралтаас хамгаалдаг өтгөн хаалт үүсгэдэг.

Техникийн баталгаажуулалт ба гүйцэтгэлийн стандартууд

Доорх гүйцэтгэлийн матриц нь нарийн зүссэн алтаар лакаар бүрсэн сансрын хөлгийн тугалган цаасны сансрын нислэгийн мэргэшлийн үндсэн стандартуудыг тоймлов.

Сансрын инженерийн мэргэжлийн гол давуу талууд

Түгээмэл асуулт

Асуулт 1: Атомын хүчилтөрөгч яагаад LEO дахь сансрын хөлгийн материалд тийм их хор хөнөөлтэй байдаг вэ?

Х: Хэт ягаан туяаны цацраг задлахад атомын хүчилтөрөгч үүсдэг . O ₂ молекулуудыг LEO тойрог замын хурдаар ( ~ 7.8 км/с ) AO нь сансрын хөлгийн гадаргуу дээр нөлөөлж , органик химийн холбоог тасалж, хамгаалалтгүй полимер, нүүрстөрөгчийн эслэг, будгийг хурдан элэгдэлд оруулдаг. 5 эВ  кинетик эрчим хүчээр

Асуулт 2: Стандарт Каптонтой харьцуулахад алтаар бүрсэн тугалган цаас нь атомын хүчилтөрөгчийн элэгдлээс хэрхэн сэргийлдэг вэ?

Хариулт: Алт нь химийн хувьд идэвхгүй бөгөөд өндөр энергитэй хүчилтөрөгчийн атомуудтай урвалд ордоггүй. Стандарт Каптон нь AO-ийн нөлөөн дор хурдан элэгддэг боловч алт-лакаар бүрэх нь ус үл нэвтрэх саад болж, AO-ийн үндсэн материалд хүрэхээс бүрэн сэргийлдэг.

Асуулт 3: Сансрын хөлөг үйлдвэрлэхэд алтаар лакаар бүрсэн тугалган цаасыг нарийн зүсэх нь ямар ашигтай вэ?

Х: Нарийвчилсан ангархай нарийхан өргөн ( 3 мм-ээс 50 мм ) цэвэр, хагардаггүй ирмэгүүд нь оптик цэвэрлэгээний өрөөнд металл тоосны тоосонцорыг асгахгүйгээр нарийн төвөгтэй муруй хэлбэр, утас бэхэлгээ, дулааны хоолойг автоматаар, үрчлээсгүй спираль ороох боломжийг олгодог.

Асуулт 4: Алтаар лакаар бүрсэн тугалган цаас НАСА болон ESA-ийн вакуум хийн ялгаруулалтын шаардлагыг давж чадах уу?

Х: Тийм ээ. Сансрын зэрэглэлийн алтны лакнууд нь өндөр температурт хатуурсан, хий ялгаруулах чадвар багатай тусгай полимер химийн бодисыг ашигладаг бөгөөд нийт массын алдагдал ASTM TML ) -иас бага 1.0%  , Цуглуулсан дэгдэмхий конденсацын материал ( CVCM ) 0.10% -иас бага ASTM E595 жишиг шалгуурыг амархан давдаг..

5-р асуулт: Алтаар лакаар бүрсэн тугалган цаас нь LEO тойрог замын хэт дулааны эргэлтийг тэсвэрлэж чадах уу?

Х: Тийм ээ. LEO сансрын хөлөг нь температурын огцом өөрчлөлтийг мэдэрдэг ( -120 ° C -аас  хүртэлтэд + 120 ° C хүртэл 90 минут тутамд). нарны гэрэлд Лак матрицын өндөр наалдац ба дулааны тэлэлт нь дулааны цохилтын дор бичил хагарал, хальслах, хальслахаас сэргийлдэг.

Дүгнэлт

Нарийвчилсан ангархайтай алтаар лакаар бүрсэн тугалган цаас нь дэлхийн бага тойрог замын сансрын хөлгүүдэд атомын хүчилтөрөгчийн элэгдлээс урьдчилан сэргийлэх, дулааны хяналтыг удирдах онцгой үр дүнтэй, нислэгээр батлагдсан материалын шийдэл юм.

Сансрын хөлгийн дулааны хамгаалалтын материалын сонголтыг оновчтой болгохын тулд:

Сансар огторгуйн шаардлага хангасан стандартуудыг зааж өгөх ( ASTM E595 / ASTM E2089): Газар дээр суурилсан AO цацрагийн өртөлтийн өгөгдөл болон хий бага ялгаруулах туршилтыг (TML < 1.0%, CVCM < 0.10%) баталгаажуулах.

Тохиромжтой субстратын голыг сонгоно уу: Дулаан дамжуулалтыг хамгийн их байлгахын тулд өндөр цэвэршилттэй хөнгөн цагаан тугалган цаасыг сонгох эсвэл диэлектрикийн задралын өндөр хүчдэл, урагдах эсэргүүцэл шаардсан хэрэглээнд полиимид хальсыг сонгоно.

Нарийвчилсан ирмэгийг зүсэх чанарыг хэрэгжүүлэх: Эмзэг хиймэл дагуулын оптик эсвэл нарны цацрагийг бохирдуулж болзошгүй тоосонцор, тоосонцорыг арилгахын тулд цэвэр өрөөнд зүсэх шаардлагатай.