Zašto aluminijska folija dominira termičkom kontrolom svemirskih letjelica
Svemirska letjelica upravlja temperaturom kontroliranjem ravnoteže između apsorbiranog sunčevog toka i emitiranog infracrvenog zračenja. Čista aluminijumska površina kombinuje nisku sunčevu apsorpciju sa vrlo niskom infracrvenom emisijom, tako da se folija debela samo nekoliko mikrometara ponaša kao efikasna radijaciona barijera pri zanemarljivoj masi. Višeslojne izolacione (MLI) ćebadice napravljene od 10 do 30 naizmjeničnih slojeva tanke aluminijske folije i metaliziranog polimernog filma su standardno rješenje za instrumente, pogonske vodove i kriogene rezervoare, gdje bi nezaštićena površina inače brzo zračila toplinu prema pozadini od 4 K.
Ista folija se koristi i kao diskretni element: kao štit od sunca na pokretnim strukturama, kao omotač na kabelskim snopovima i kao atomska{0}}kiseonička barijera u niskoj Zemljinoj orbiti. U svakom slučaju materijal je odabran za fiziku površine i čistoću, a ne za nošenje tereta.
Razredi i temperamenti legure koji se koriste u hardveru za letenje
Termalna{0}}folija za kontrolu je izvučena gotovo isključivo iz serije 1xxx, gdje visoka čistoća aluminijuma daje ponovljiva optička svojstva i nizak sadržaj isparljivosti. Tabela ispod sumira ocjene koje se obično navode za rad u svemiru.
| Legura | Minimalni sadržaj aluminijuma | Common temper | Tipična upotreba |
|---|---|---|---|
| 1145 | 99.45% | O, H19 | Radijacijski slojevi-visoke čistoće i metalizirajući materijal |
| 1235 | 99.35% | O | Laminirana ćebad, fleksibilna zaštita |
| 1100 | 99.00% | O, H14 | Opća zaštita, hardver za{0}}uzemljenje |
| 8011 | Al-Fe-Si bilans | O | Poklopac i folija za zatvaranje na posudama za eksperimente |
Mere leta obično su između 0,006 mm i 0,100 mm. Ispod oko 0,010 mm folijom se rukuje samo sa privremenim nosačima, jer rupice i rupice postaju ograničavajući faktor, a ne čvrstoća. Iznad 0,100 mm komponenta se obično reklasificira kao lim i umjesto toga specificira prema standardu ploče ili lima.
MLI konstrukcija i optička svojstva
Polirana aluminijumska površina{0}bez oksida obično pokazuje infracrvenu emisiju u rasponu od 0,03 do 0,05, dok je solarna apsorpcija blizu 0,1. Performanse pokrivača zavise od održavanja niske emitancije u svakom sloju, zbog čega je preplitanje s niskom{4}}materijalom odstojnika niske provodljivosti i kontrola kontaktnog pritiska između slojeva-na-sloj jednako važno kao i izbor legure.
U metaliziranim konstrukcijama aluminijum se vakuumski nanosi na polimerni nosač od 6 do 25 mikrometara kao što je poliimid ili poliester, sa metalnim slojem debljine samo nekoliko desetina do nekoliko stotina nanometara. Čvrsti slojevi aluminijske folije se zatim koriste kao vanjske i unutrašnje granice pokrivača, gdje je potrebna mehanička robusnost i optička stabilnost. Spoljni slojevi često dobijaju tanak zaštitni premaz kako bi se oduprli oštećenju prilikom rukovanja tokom integracije.
Ispuštanje gasa, atomski kiseonik i kvalifikacija
U vakuumu, bilo koji materijal koji oslobađa kondenzabilne isparljive materije može zamagliti optičke površine i smanjiti performanse radijatora. Test skrininga koji se koristi u industriji je ASTM E595, koji zahtijeva ukupni gubitak mase (TML) ne veći od 1,0% i prikupljeni isparljivi kondenzabilni materijal (CVCM) ne veći od 0,1% za materijale prihvaćene na vanjskim površinama svemirskih letjelica. Folija koja se isporučuje za ove primjene se stoga proizvodi s ostacima maziva za kotrljanje koji su kontrolirani na vrlo niskom nivou, i obično se rukuje čistim rukavicama i skladišti u zatvorenim vrećama.
U niskoj Zemljinoj orbiti, atomski kiseonik koji stiže brzinom od 7 do 8 km/s erodira mnoge polimere, dok aluminijum formira tanak, samoograničavajući oksid koji ograničava dalji napad. Tamo gdje profil misije uključuje izlaganje atomskom kisiku, aluminijska folija ostaje jedan od rijetkih materijala za barijeru koji ne zahtijeva dodatni zaštitni premaz.
Bilješke o nabavci i konverziji
Folija se naručuje kao jumbo rolne ili namotane s prorezom sa specificiranom širinom, tolerancijom širine i stanjem ruba. Kupci treba da navedu merač i njegovu toleranciju, temperament, završnu obradu površine, maksimalan broj rupica po kvadratnom metru za kritične deke i papir za preplitanje ili separator koji se koristi tokom namotavanja. Neravnine za rezanje su čest izvor kidanja tokom montaže pokrivača, tako da kvalitet ivica treba upisati u narudžbenicu, a ne prepustiti zadanu praksu glodanja.
Za laminirane pokrivače, prianjanje između sloja aluminija i polimernog nosača se provjerava ispitivanjem ljuštenja na bazi uzorka. Rolne prije odmotavanja treba kondicionirati na temperaturu mjesta za montažu, jer se hladna folija lakše uvija i gužva.
Često postavljana pitanja
Q:Koja se aluminijska legura obično bira za termalnu kontrolnu foliju visoke{0}}čistoće{1}}?
O: Klasa 1145, sa minimalnim sadržajem aluminijuma od 99,45%, je uobičajeni izbor za radijacijske slojeve, dok je 1235 na minimumu od 99,35% uobičajen za laminirane slojeve.
Q:Koje granice ispuštanja gasa mora proći folija za eksternu upotrebu svemirskih letjelica?
O: Prema ASTM E595, prihvaćene granice skrininga su TML ne veće od 1,0% i CVCM ne veće od 0,1%. Materijali koji premašuju bilo koju cifru se obično odbijaju bez daljeg testiranja.
Q:Koliko slojeva sadrži tipično MLI ćebe?
O: Između 10 i 30 slojeva je normalan raspon. Tačan broj se određuje potrebnim gubitkom topline, dostupnom zapreminom i proračunom mase, i obično se optimizira termičkom analizom, a ne pravilom.
Q:Da li se aluminijska folija razgrađuje atomskim kisikom u niskoj Zemljinoj orbiti?
A: Ne. Aluminijum odmah reaguje da formira koherentni oksidni film koji ograničava dalju eroziju, zbog čega se koristi kao spoljna barijera gde bi se polimeri urezali.
Q:Koji je raspon mjerača praktičan za foliju za letenje?
O: Većina hardvera za letenje koristi foliju između 0,006 mm i 0,100 mm. Za tanji materijal potreban je privremeni noseći film jer rupe i kidanje, a ne snaga, određuju rukovanje.
Q:Zašto je infracrvena emitanca važnija od vlačne čvrstoće u ovoj primjeni?
O: Folija ne nosi strukturno opterećenje; kontroliše radijaciju. Performanse stoga zavise od površinske emitancije i čistoće, a visoko reflektirajuća površina niske{1}}emitance je ono što smanjuje gubitak topline.
