De ce folia de aluminiu domină controlul termic al navelor spațiale
O navă spațială gestionează temperatura controlând echilibrul dintre fluxul solar absorbit și radiația infraroșie emisă. O suprafață curată din aluminiu combină absorbția solară scăzută cu emisia infraroșu foarte scăzută, astfel încât o folie de numai câțiva micrometri grosime se comportă ca o barieră radiativă eficientă la masă neglijabilă. Păturile de izolație multistrat (MLI) construite de la 10 la 30 de straturi alternative de folie subțire de aluminiu și folie de polimer metalizat sunt soluția standard pentru compartimentele instrumentelor, liniile de propulsie și rezervoarele criogenice, unde o suprafață neecranată ar radia rapid căldură spre un fundal de 4 K.
Aceeași folie este, de asemenea, folosită ca element discret: ca parasolar pe structuri care pot fi desfășurate, ca înveliș pentru cablajele și ca barieră atomică-de oxigen pe orbita joasă a Pământului. În fiecare caz, materialul este selectat pentru fizica suprafeței și curățenie, nu pentru transportul sarcinii.
Cale și tempere ale aliajelor utilizate în hardware-ul de zbor
Folia de control termic-este extras aproape exclusiv din seria 1xxx, unde puritatea ridicată a aluminiului oferă proprietăți optice reproductibile și conținut scăzut de volatile. Tabelul de mai jos rezumă notele cotate în mod normal pentru munca spațială.
| Aliaj | Conținut minim de aluminiu | Temperament comun | Utilizare tipică |
|---|---|---|---|
| 1145 | 99.45% | O, H19 | Straturi radiative de{0}}puritate ridicată și material de metalizare |
| 1235 | 99.35% | O | Pături laminate, ecranare flexibilă |
| 1100 | 99.00% | O, H14 | Ecranare generală, hardware de suport-la sol |
| 8011 | Echilibrul Al-Fe-Si | O | Capac și folie de închidere pe recipientele de experiment |
Indicatoarele de zbor se încadrează în mod normal între 0,006 mm și 0,100 mm. Sub aproximativ 0,010 mm folia este manipulată numai cu suporturi temporare, deoarece orificiile și rupturile marginilor devin factorul limitator mai degrabă decât rezistența. Peste 0,100 mm, componenta este de obicei reclasificată ca foaie și specificată în schimb față de un standard de placă sau tablă.
Construcții MLI și proprietăți optice
O suprafață de aluminiu lustruită, lipsită de oxizi{0}}, prezintă de obicei o emisie în infraroșu în intervalul 0,03 până la 0,05, în timp ce absorbția solară este aproape de 0,1. Performanța unei pături depinde de menținerea emisinței scăzute pe fiecare strat, motiv pentru care intercalarea cu material distanțier cu conductivitate scăzută și controlul presiunii de contact strat-la-strat contează la fel de mult ca alegerea aliajului.
În construcțiile metalizate, aluminiul este depus în vid pe un suport polimeric de 6 până la 25 de micrometri, cum ar fi poliimida sau poliesterul, cu stratul de metal gros de doar câteva zeci până la câteva sute de nanometri. Straturile solide de folie de aluminiu sunt apoi folosite ca limite exterioare și interioare ale păturii, unde sunt necesare robustețe mecanică și stabilitate optică. Straturilor exterioare li se oferă frecvent un strat de protecție subțire pentru a rezista la deteriorarea manipulării în timpul integrării.
Degazare, oxigen atomic și calificare
În vid, orice material care eliberează substanțe volatile condensabile poate aburi suprafețele optice și poate degrada performanța radiatorului. Testul de screening utilizat în industrie este ASTM E595, care necesită pierderea totală de masă (TML) nu mai mare de 1,0% și materialul condensabil volatil colectat (CVCM) nu mai mare de 0,1% pentru materialele acceptate pe suprafețele navelor spațiale externe. Folia furnizată pentru aceste aplicații este, prin urmare, produsă cu reziduuri de lubrifiant de rulare controlate la un nivel foarte scăzut și, în mod normal, este manipulată cu mănuși curate și depozitată în pungi sigilate.
Pe orbita joasă a Pământului, oxigenul atomic care ajunge cu aproximativ 7 până la 8 km/s erodează mulți polimeri, în timp ce aluminiul formează un oxid subțire, auto--limitant, care limitează atacurile ulterioare. Acolo unde profilul misiunii include expunerea la oxigen atomic, folia de aluminiu rămâne unul dintre puținele materiale de barieră care nu necesită un strat de protecție suplimentar.
Note de achiziție și conversie
Folia este comandată ca role jumbo sau bobine cu fante cu un ecartament specificat, toleranță la lățime și starea marginilor. Cumpărătorii ar trebui să precizeze gabaritul și toleranța acestuia, temperatură, finisarea suprafeței, numărul maxim de găuri pe metru pătrat pentru pături critice și hârtia de intercalare sau de separare utilizată în timpul înfășurării. Bavurile de tăiere sunt o sursă obișnuită de ruptură în timpul asamblarii păturii, așa că calitatea marginilor ar trebui să fie scrisă în comanda de achiziție, mai degrabă decât lăsată la practica implicită.
Pentru păturile laminate, aderența dintre stratul de aluminiu și suportul polimeric este verificată prin testarea peelingului pe bază de probă. Rolele trebuie condiționate la temperatura zonei de asamblare înainte de derulare, deoarece folia rece se ondula și se încrețește mai ușor.
Întrebări frecvente
Q:Ce aliaj de aluminiu este ales în mod normal pentru folie de control termic-puritate ridicată-?
R: Gradul 1145, cu un conținut minim de aluminiu de 99,45%, este alegerea obișnuită pentru straturile radiative, în timp ce 1235 la 99,35% minim este obișnuit pentru stocul de pături laminate.
Q:Ce limite de degazare trebuie să treacă o folie pentru utilizarea unei nave spațiale externe?
R: Conform ASTM E595, limitele de screening acceptate sunt TML nu mai mare de 1,0% și CVCM nu mai mare de 0,1%. Materialele care depășesc oricare dintre cifre sunt în mod normal respinse fără teste suplimentare.
Q:Câte straturi conține o pătură MLI tipică?
R: Între 10 și 30 de straturi este intervalul normal. Numărul exact este stabilit de pierderea de căldură necesară, volumul disponibil și bugetul de masă și este de obicei optimizat prin analiză termică, mai degrabă decât prin regula generală.
Q:Folia de aluminiu este degradată de oxigenul atomic pe orbita joasă a Pământului?
R: Nu. Aluminiul reacționează imediat pentru a forma o peliculă de oxid coerentă care limitează eroziunea ulterioară, motiv pentru care este folosit ca o barieră exterioară unde polimerii ar fi gravați.
Q:Ce interval de gabarit este practic pentru folia de zbor?
R: Majoritatea hardware-ului de zbor utilizează folie între 0,006 mm și 0,100 mm. Materialul mai subțire necesită o peliculă de transport temporar, deoarece găurile și rupturile, mai degrabă decât rezistența, guvernează manipularea.
Q:De ce este emisanța infraroșu mai importantă decât rezistența la tracțiune în această aplicație?
R: Folia nu suportă nicio sarcină structurală; controlează radiațiile. Prin urmare, performanța depinde de emisia suprafeței și de curățenia, iar o suprafață cu emisii reduse-înalt reflectorizante este cea care reduce pierderea de căldură.
