چرا فویل آلومینیوم بر کنترل حرارتی فضاپیما تسلط دارد؟
یک فضاپیما با کنترل تعادل بین شار خورشیدی جذب شده و تابش مادون قرمز ساطع شده، دما را مدیریت می کند. یک سطح آلومینیومی تمیز، جذب کم خورشیدی را با تابش مادون قرمز بسیار کم ترکیب می کند، بنابراین یک فویل با ضخامت چند میکرومتر به عنوان یک مانع تابشی موثر در جرم ناچیز عمل می کند. پتوهای عایق چندلایه (MLI) ساخته شده از 10 تا 30 لایه متناوب از فویل آلومینیومی نازک و لایه پلیمری متالایز شده راه حل استاندارد برای محفظه های ابزار، خطوط پیشران و مخازن برودتی هستند که در غیر این صورت یک سطح بدون حفاظ گرما را به سرعت به سمت پس زمینه 4 K ساطع می کند.
از همان فویل به عنوان یک عنصر مجزا نیز استفاده می‌شود: به‌عنوان سپر خورشیدی بر روی سازه‌های قابل استقرار، به‌عنوان پوشش روی دسته‌های کابل، و به‌عنوان یک سد اتمی-اکسیژن در مدار پایین زمین. در هر مورد، ماده برای فیزیک و تمیزی سطح انتخاب می شود، نه برای حمل بار.
درجات آلیاژی و دماهای مورد استفاده در سخت افزار پرواز
فویل کنترل حرارتی-تقریباً منحصراً از سری 1xxx گرفته می‌شود، جایی که خلوص آلومینیوم بالا ویژگی‌های نوری قابل تکرار و محتوای فرار کم را می‌دهد. جدول زیر نمرات معمولاً برای کارهای فضایی را خلاصه می کند.
| آلیاژ | حداقل محتوای آلومینیوم | خلق و خوی رایج | استفاده معمولی |
|---|---|---|---|
| 1145 | 99.45% | O, H19 | لایه‌های تشعشعی-با خلوص بالا و ذخایر فلزی |
| 1235 | 99.35% | O | پتوهای چند لایه، محافظ انعطاف پذیر |
| 1100 | 99.00% | O, H14 | سپر عمومی، سخت افزار پشتیبانی از زمین- |
| 8011 | تعادل Al-Fe-Si | O | درب و فویل درب ظروف آزمایش |
گیج های پرواز معمولاً بین 0.006 میلی متر تا 0.100 میلی متر قرار می گیرند. زیر حدود 0.010 میلی‌متر، فویل فقط با حامل‌های موقتی کار می‌کند، زیرا سوراخ‌ها و پارگی‌های لبه به جای استحکام، عامل محدودکننده هستند. بیشتر از 0.100 میلی متر، جزء معمولاً به عنوان ورق طبقه بندی می شود و به جای آن بر اساس استاندارد صفحه یا ورق مشخص می شود.
ساخت و ساز MLI و خواص نوری
سطح آلومینیوم صیقلی و بدون اکسید-معمولا تابش مادون قرمز را در محدوده 0.03 تا 0.05 نشان می‌دهد، در حالی که جذب خورشیدی نزدیک به 0.1 است. عملکرد یک پتو به پایین نگه داشتن انتشار در هر لایه بستگی دارد، به همین دلیل است که در هم تنیدگی با مواد فاصله دهنده با رسانایی پایین و لایه کنترلی{5}}به-فشار تماس لایه به همان اندازه که انتخاب آلیاژ اهمیت دارد.
در ساختارهای فلزی، آلومینیوم در خلاء روی یک حامل پلیمری 6 تا 25 میکرومتری مانند پلی‌آمید یا پلی‌استر قرار می‌گیرد و لایه فلزی تنها چند ده تا چند صد نانومتر ضخامت دارد. سپس از لایه های فویل آلومینیومی جامد به عنوان مرزهای بیرونی و داخلی پتو استفاده می شود، جایی که به استحکام مکانیکی و پایداری نوری نیاز است. لایه‌های بیرونی اغلب یک پوشش محافظ نازک داده می‌شوند تا در هنگام ادغام در برابر آسیب‌های ناشی از دست‌کاری مقاومت کنند.
خروج گاز، اکسیژن اتمی و صلاحیت
در خلاء، هر ماده ای که مواد فرار قابل تراکم را آزاد می کند، می تواند سطوح نوری را مه کند و عملکرد رادیاتور را کاهش دهد. تست غربالگری مورد استفاده در سراسر صنعت ASTM E595 است که برای مواد پذیرفته شده در سطوح خارجی فضاپیما نیاز به تلفات جرم کل (TML) نه بیشتر از 1.0٪ و مواد متراکم فرار جمع آوری شده (CVCM) نه بیشتر از 0.1٪ دارد. بنابراین فویل عرضه شده برای این کاربردها با بقایای روان کننده نورد کنترل شده در سطح بسیار پایین تولید می شود و معمولاً با دستکش تمیز نگهداری می شود و در کیسه های مهر و موم شده ذخیره می شود.
در مدار پایین زمین، اکسیژن اتمی که تقریباً با سرعت 7 تا 8 کیلومتر در ثانیه می رسد، بسیاری از پلیمرها را فرسایش می دهد، در حالی که آلومینیوم یک اکسید نازک و خود محدودکننده را تشکیل می دهد که حمله بیشتر را محدود می کند. در جایی که مشخصات ماموریت شامل قرار گرفتن در معرض اکسیژن اتمی است، فویل آلومینیوم یکی از معدود مواد مانعی است که نیازی به پوشش محافظ اضافی ندارد.
تدارکات و یادداشت های تبدیل
فویل به صورت رول جامبو یا کویل شکافی با گیج مشخص، تحمل عرض و شرایط لبه سفارش داده می شود. خریداران باید گیج و میزان تحمل آن، مزاج، پرداخت سطح، حداکثر تعداد سوراخ سوزنی در متر مربع برای پتوهای بحرانی و کاغذهای جداکننده یا جداکننده مورد استفاده در هنگام سیم پیچی را ذکر کنند. فرزهای برش خورده یک منبع متداول پارگی در هنگام مونتاژ پتو هستند، بنابراین کیفیت لبه باید در سفارش خرید نوشته شود نه اینکه به رویه پیش فرض آسیاب سپرده شود.
برای پتوهای چند لایه، چسبندگی بین لایه آلومینیوم و حامل پلیمری با آزمایش لایه برداری بر اساس نمونه تایید می شود. رول‌ها را باید قبل از باز کردن در دمای محل مونتاژ تنظیم کرد، زیرا فویل سرد راحت‌تر فر و چروک می‌شود.
سوالات متداول
Q:کدام آلیاژ آلومینیوم معمولاً برای فویل کنترل حرارتی-با خلوص- بالا انتخاب می‌شود؟
پاسخ: درجه 1145، با حداقل محتوای آلومینیوم 99.45٪، انتخاب معمولی برای لایه های تابشی است، در حالی که 1235 در حداقل 99.35٪ برای پتوهای چند لایه رایج است.
Q:برای استفاده از فضاپیمای خارجی، فویل باید از چه محدودیت‌های خروج گاز عبور کند؟
A: تحت ASTM E595 محدودیت های غربالگری پذیرفته شده TML نه بیشتر از 1.0٪ و CVCM نه بیشتر از 0.1٪ است. موادی که بیشتر از هر یک از این رقم ها هستند، معمولاً بدون آزمایش بیشتر رد می شوند.
Q:یک پتوی معمولی MLI چند لایه دارد؟
پاسخ: بین 10 تا 30 لایه محدوده طبیعی است. شمارش دقیق بر اساس تلفات حرارتی مورد نیاز، حجم در دسترس و بودجه جرمی تنظیم می‌شود و معمولاً با تجزیه و تحلیل حرارتی به‌جای قانون سرانگشتی بهینه‌سازی می‌شود.
Q:آیا فویل آلومینیومی توسط اکسیژن اتمی در مدار پایین زمین تجزیه می شود؟
پاسخ: خیر. آلومینیوم فوراً واکنش نشان می‌دهد تا یک لایه اکسیدی منسجم ایجاد کند که فرسایش بیشتر را محدود می‌کند، به همین دلیل است که از آن به عنوان یک مانع بیرونی استفاده می‌شود که در آن پلیمرها حک می‌شوند.
Q:چه محدوده سنج برای فویل پرواز عملی است؟
پاسخ: بیشتر سخت افزارهای پرواز از فویل بین 0.006 میلی متر تا 0.100 میلی متر استفاده می کنند. مواد نازک‌تر به یک لایه حامل موقت نیاز دارند، زیرا سوراخ‌ها و پارگی‌ها، به جای استحکام، بر حمل و نقل نظارت دارند.
Q:چرا تابش فروسرخ در این کاربرد مهمتر از مقاومت کششی است؟
A: فویل هیچ بار ساختاری ندارد. تابش را کنترل می کند. بنابراین، عملکرد به انتشار و تمیزی سطح بستگی دارد، و یک سطح انتشار کم{1} بسیار بازتابنده چیزی است که از دست دادن گرما را کاهش می دهد.
