Защо алуминиевото фолио доминира в термичния контрол на космическите кораби
Космическият кораб управлява температурата, като контролира баланса между абсорбирания слънчев поток и излъчваното инфрачервено лъчение. Чистата алуминиева повърхност съчетава ниска слънчева абсорбция с много ниско инфрачервено излъчване, така че фолио с дебелина само няколко микрометра се държи като ефективна радиационна бариера при незначителна маса. Много-слойни изолационни (MLI) одеяла, изградени от 10 до 30 редуващи се слоя от тънко алуминиево фолио и метализиран полимерен филм, са стандартното решение за отсеци за инструменти, пропелантни линии и криогенни резервоари, където неекранираната повърхност иначе би излъчвала топлина бързо към 4 K фон.
Същото фолио се използва и като отделен елемент: като слънцезащитен щит върху разгъваеми конструкции, като обвивка на кабелни снопове и като атомно-кислородна бариера в ниска околоземна орбита. Във всеки случай материалът е избран за повърхностна физика и чистота, а не за носене на натоварване.
Степени на сплави и закалки, използвани в летателния хардуер
Фолиото за термо{0}}контрол се извлича почти изключително от серията 1xxx, където високата чистота на алуминия дава възпроизводими оптични свойства и ниско летливо съдържание. Таблицата по-долу обобщава оценките, които обикновено се цитират за космическа работа.
| Сплав | Минимално съдържание на алуминий | Общ нрав | Типична употреба |
|---|---|---|---|
| 1145 | 99.45% | O, H19 | Излъчващи слоеве с-висока чистота и метализиращ материал |
| 1235 | 99.35% | O | Ламинирани одеяла, гъвкав екран |
| 1100 | 99.00% | O, H14 | Общо екраниране, заземяване-поддържащ хардуер |
| 8011 | Al-Fe-Si баланс | O | Капак и фолио за затваряне на експериментални контейнери |
Полетните габарити обикновено са между 0,006 mm и 0,100 mm. Под около 0,010 мм фолиото се обработва само с временни носители, тъй като дупчиците и разкъсванията по ръбовете стават ограничаващ фактор, а не здравина. Над 0,100 mm компонентът обикновено се прекласифицира като лист и вместо това се определя спрямо стандарт за плоча или лист.
MLI конструкция и оптични свойства
Полирана алуминиева повърхност без -оксиди обикновено показва инфрачервено излъчване в диапазона от 0,03 до 0,05, докато слънчевата абсорбция е близо до 0,1. Ефективността на едно одеяло зависи от поддържането на този коефициент на излъчване ниско във всеки слой, поради което преплитането с дистанционен материал с ниска-проводимост и контролирането на контактния натиск между слоевете--слой е толкова важно, колкото и изборът на сплав.
В метализирани конструкции алуминият се отлага във вакуум върху полимерен носител от 6 до 25 микрометра като полиимид или полиестер, като металният слой е с дебелина само няколко десетки до няколкостотин нанометра. След това се използват слоеве от твърдо алуминиево фолио като външна и вътрешна граница на одеялото, където се изисква механична здравина и оптична стабилност. Външните слоеве често получават тънко защитно покритие, за да устоят на повреди при работа по време на интегриране.
Дегазиране, атомен кислород и квалификация
Във вакуум всеки материал, който отделя кондензиращи летливи вещества, може да замъгли оптичните повърхности и да влоши работата на радиатора. Скрининг тестът, използван в индустрията, е ASTM E595, който изисква обща загуба на маса (TML) не по-голяма от 1,0% и събран летлив кондензиращ материал (CVCM) не по-голям от 0,1% за материали, приети на външни повърхности на космически кораби. Следователно фолиото, доставено за тези приложения, се произвежда с контролирани до много ниско ниво остатъци от лубрикант за търкаляне и обикновено се работи с чисти ръкавици и се съхранява в запечатани торби.
В ниска околоземна орбита атомарният кислород, пристигащ с приблизително 7 до 8 km/s, разяжда много полимери, докато алуминият образува тънък, само-ограничаващ се оксид, който ограничава по-нататъшната атака. Когато профилът на мисията включва излагане на атомен кислород, алуминиевото фолио остава един от малкото бариерни материали, които не изискват допълнително защитно покритие.
Бележки за обществени поръчки и преобразуване
Фолиото се поръчва като джъмбо ролки или нарязани рулони с определен размер, толеранс на ширината и състояние на ръба. Купувачите трябва да посочат габарита и неговия толеранс, температурата, покритието на повърхността, максималния брой дупчици на квадратен метър за критични одеяла и хартията за преплитане или разделяне, използвана по време на навиване. Неравностите при разрязване са често срещан източник на разкъсвания по време на сглобяването на одеялото, така че качеството на ръба трябва да бъде записано в поръчката за покупка, вместо да се оставя на практиката по подразбиране.
За ламинирани одеяла адхезията между алуминиевия слой и полимерния носител се проверява чрез тест за отлепване на базата на проба. Рулата трябва да се кондиционират до температурата на зоната за сглобяване, преди да се развият, тъй като студеното фолио се навива и мачка по-лесно.
Често задавани въпроси
Q:Коя алуминиева сплав обикновено се избира за фолио за термичен-контрол с висока-чистота?
О: Степента 1145 с минимално съдържание на алуминий от 99,45% е обичайният избор за радиационни слоеве, докато 1235 с минимум 99,35% е често срещан за ламинирани одеяла.
Q:Какви граници на отделяне на газове трябва да премине фолиото за използване на външен космически кораб?
О: Съгласно ASTM E595 приетите граници на скрининг са TML не по-високи от 1,0% и CVCM не по-големи от 0,1%. Материали, които надвишават една от двете стойности, обикновено се отхвърлят без допълнителни тестове.
Q:Колко слоя съдържа едно типично MLI одеяло?
О: Нормалният диапазон е между 10 и 30 слоя. Точният брой се определя от необходимата топлинна загуба, наличния обем и бюджета на масата и обикновено се оптимизира чрез термичен анализ, а не по правило.
Q:Алуминиевото фолио разгражда ли се от атомен кислород в ниска околоземна орбита?
A: Не. Алуминият реагира незабавно, за да образува кохерентен оксиден филм, който ограничава по-нататъшната ерозия, поради което се използва като външна бариера, където полимерите биха били гравирани.
Q:Какъв обхват на измерване е практичен за фолио за летене?
О: Повечето летателни устройства използват фолио между 0,006 mm и 0,100 mm. По-тънкият материал изисква временно носещо фолио, тъй като дупките и разкъсванията, а не здравината, определят манипулирането.
Q:Защо инфрачервеното излъчване е по-важно от якостта на опън в това приложение?
A: Фолиото не носи структурно натоварване; той контролира радиацията. Следователно производителността зависи от повърхностното излъчване и чистотата, а силно отразяващата повърхност с ниска-емитация е това, което намалява загубата на топлина.
