Zašto aluminijska folija dominira toplinskom kontrolom svemirskih letjelica
Svemirska letjelica upravlja temperaturom kontrolirajući ravnotežu između apsorbiranog sunčevog toka i emitiranog infracrvenog zračenja. Čista aluminijska površina kombinira nisku sunčevu apsorpciju s vrlo niskom infracrvenom emisijom, tako da se folija debela samo nekoliko mikrometara ponaša kao učinkovita radijativna barijera pri zanemarivoj masi. Više-slojne izolacijske (MLI) deke izrađene od 10 do 30 izmjeničnih slojeva tanke aluminijske folije i metaliziranog polimernog filma standardno su rješenje za instrumente, pogonske vodove i kriogene spremnike, gdje bi nezaštićena površina inače brzo zračila toplinu prema pozadini od 4 K.
Ista se folija također koristi kao diskretni element: kao zaštita od sunca na strukturama koje se mogu postaviti, kao omot na kabelskim snopovima i kao atomska{0}}kisikova barijera u niskoj Zemljinoj orbiti. U svakom slučaju materijal je odabran zbog fizike površine i čistoće, a ne zbog nosivosti opterećenja.
Klase i temperature legura koje se koriste u opremi za letenje
Termo{0}}folija za kontrolu izvučena je gotovo isključivo iz serije 1xxx, gdje visoka čistoća aluminija daje ponovljiva optička svojstva i nizak sadržaj hlapljivih tvari. Donja tablica sažima ocjene koje se obično navode za svemirski rad.
| Legura | Minimalni sadržaj aluminija | Uobičajen temperament | Tipična upotreba |
|---|---|---|---|
| 1145 | 99.45% | O, H19 | Radijacijski slojevi visoke-čistoće i metalizirani materijal |
| 1235 | 99.35% | O | Laminirane deke, fleksibilna zaštita |
| 1100 | 99.00% | O, H14 | Općenito oklop, hardver za -uzemljenje |
| 8011 | Al-Fe-Si ravnoteža | O | Poklopac i folija za zatvaranje na pokusnim posudama |
Mjerila leta obično su između 0,006 mm i 0,100 mm. Ispod oko 0,010 mm folijom se rukuje samo s privremenim nosačima, jer rupice i rubovi 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 aluminijska površina bez{0}}oksida obično pokazuje infracrvenu emisiju u rasponu od 0,03 do 0,05, dok je solarna apsorpcija blizu 0,1. Učinkovitost pokrivača ovisi o održavanju te emisije niske u svakom sloju, zbog čega je isprepletanje s odstojnim materijalom niske-vodljivosti i kontroliranje kontaktnog tlaka--sloja jednako važno kao i izbor legure.
U metaliziranim konstrukcijama aluminij se vakuumski taloži na polimerni nosač od 6 do 25 mikrometara kao što je poliimid ili poliester, s metalnim slojem debljine samo nekoliko desetaka do nekoliko stotina nanometara. Čvrsti slojevi aluminijske folije tada se koriste kao vanjske i unutarnje granice pokrivača, gdje je potrebna mehanička robusnost i optička stabilnost. Vanjski slojevi često imaju tanki zaštitni premaz kako bi se oduprli oštećenjima prilikom rukovanja tijekom integracije.
Otplinjavanje, atomski kisik i kvalifikacija
U vakuumu, svaki materijal koji ispušta hlapljive tvari koje se mogu kondenzirati može zamagliti optičke površine i pogoršati rad radijatora. Test provjere koji se koristi u cijeloj industriji je ASTM E595, koji zahtijeva ukupni gubitak mase (TML) ne veći od 1,0% i sakupljeni hlapljivi kondenzirajući materijal (CVCM) ne veći od 0,1% za materijale koji se prihvaćaju na vanjskim površinama svemirskih letjelica. Folija koja se isporučuje za ove primjene stoga je proizvedena s kontroliranim ostacima maziva za kotrljanje na vrlo niskoj razini, te se njome obično rukuje s čistim rukavicama i pohranjuje se u zatvorenim vrećicama.
U niskoj Zemljinoj orbiti, atomski kisik koji stiže brzinom od otprilike 7 do 8 km/s nagriza mnoge polimere, dok aluminij tvori tanki, samo-ograničavajući oksid koji ograničava daljnji napad. Tamo gdje profil misije uključuje izlaganje atomskom kisiku, aluminijska folija ostaje jedan od rijetkih barijernih materijala koji ne zahtijeva dodatni zaštitni premaz.
Bilješke o nabavi i pretvorbi
Folija se naručuje kao jumbo rola ili kolut s prorezima s određenom debljinom, tolerancijom širine i stanjem ruba. Kupci bi trebali navesti debljinu i njezinu toleranciju, temperaturu, završnu obradu površine, maksimalan broj rupica po kvadratnom metru za kritične deke i papir za umetanje ili odvajanje koji se koristi tijekom namotavanja. Neravnine pri rezanju čest su izvor pukotina tijekom sastavljanja pokrivača, stoga bi kvalitetu rubova trebalo upisati u narudžbenicu, a ne prepustiti zadanoj praksi glodanja.
Za laminirane deke, prianjanje između aluminijskog sloja i polimernog nosača provjerava se ispitivanjem ljuštenja na uzorku. Role treba kondicionirati na temperaturu mjesta sastavljanja prije odmotavanja, jer se hladna folija lakše savija i gužva.
Često postavljana pitanja
Q:Koja se aluminijska legura obično odabire za termo-kontrolnu foliju visoke-čistoće?
O: Klasa 1145, s minimalnim udjelom aluminija od 99,45%, uobičajeni je izbor za radijacijske slojeve, dok je 1235 s minimalno 99,35% uobičajena za laminirane materijale.
Q:Koja ograničenja ispuštanja plinova mora proći folija za vanjsku upotrebu u svemirskim letjelicama?
O: Prema ASTM E595 prihvaćene granice provjere su TML ne veći od 1,0% i CVCM ne veći od 0,1%. Materijali koji premašuju bilo koju od tih vrijednosti obično se odbacuju bez daljnjeg testiranja.
Q:Koliko slojeva sadrži tipična MLI deka?
O: Između 10 i 30 slojeva je normalan raspon. Točan broj se postavlja prema potrebnom gubitku topline, raspoloživom volumenu i proračunu mase, a obično se optimizira toplinskom analizom, a ne temeljnim pravilom.
Q:Razgrađuje li se aluminijska folija atomskim kisikom u niskoj Zemljinoj orbiti?
O: Ne. Aluminij odmah reagira stvarajući koherentni oksidni film koji ograničava daljnju eroziju, zbog čega se koristi kao vanjska barijera gdje bi se polimeri urezali.
Q:Koji je raspon širine praktičan za letnu foliju?
O: Većina opreme za letenje koristi foliju između 0,006 mm i 0,100 mm. Tanji materijal zahtijeva privremeni nosivi film jer rupice i poderotine, a ne čvrstoća, određuju rukovanje.
Q:Zašto je infracrvena emisija važnija od vlačne čvrstoće u ovoj primjeni?
O: Folija ne nosi strukturno opterećenje; kontrolira zračenje. Izvedba stoga ovisi o površinskom zračenju i čistoći, a visoko reflektirajuća površina niske-emitancije ono je što smanjuje gubitak topline.
