Per què el paper d'alumini domina el control tèrmic de les naus espacials
Una nau espacial gestiona la temperatura controlant l'equilibri entre el flux solar absorbit i la radiació infraroja emesa. Una superfície d'alumini neta combina una baixa absorció solar amb una emissora infraroja molt baixa, de manera que una làmina d'uns pocs micròmetres de gruix es comporta com una barrera radiativa eficaç a massa insignificant. Les mantes d'aïllament multi-capes (MLI) construïdes de 10 a 30 capes alternes de paper d'alumini prima i pel·lícula de polímer metal·litzat són la solució estàndard per a les badies d'instruments, línies de propulsió i tancs criogènics, on una superfície no blindada irradiaria calor ràpidament cap a un fons de 4 K.
La mateixa làmina també s'utilitza com a element discret: com a protector solar en estructures desplegables, com a embolcall d'arnes de cables i com a barrera atòmica-d'oxigen a l'òrbita terrestre baixa. En tots els casos, el material es selecciona per a la física de la superfície i la neteja, no per a la càrrega.
Graus i tremps d'aliatge utilitzats en maquinari de vol
La làmina de control-tèrmic s'obté gairebé exclusivament de la sèrie 1xxx, on l'alta puresa de l'alumini ofereix propietats òptiques reproduïbles i un baix contingut volàtil. La taula següent resumeix les qualificacions que es comenten normalment per al treball espacial.
| Aliatge | Contingut mínim d'alumini | Tarannà comú | Ús típic |
|---|---|---|---|
| 1145 | 99.45% | O, H19 | Capes radiatives d'alta -puresa i material metal·litzat |
| 1235 | 99.35% | O | Mantes laminats, blindatge flexible |
| 1100 | 99.00% | O, H14 | Blindatge general, maquinari de suport-a terra |
| 8011 | Balanç d'Al-Fe-Si | O | Tapa i paper de tancament en recipients d'experimentació |
Els indicadors de vol solen estar entre 0,006 mm i 0,100 mm. Per sota d'uns 0,010 mm, la làmina només es manipula amb suports temporals, perquè els forats i les llàgrimes de les vores esdevenen el factor limitant més que la força. Per sobre de 0,100 mm, el component normalment es reclassifica com a xapa i s'especifica contra una placa o un estàndard de xapa.
Construcció MLI i propietats òptiques
Una superfície d'alumini{0}}polita i lliure d'òxids mostra normalment una emissió d'infrarojos entre 0,03 i 0,05, mentre que l'absorció solar se situa a prop de 0,1. El rendiment d'una manta depèn de mantenir l'emitància baixa a totes les capes, per això, entrellaçar amb material separador de baixa-conductivitat i controlar la pressió de contacte entre capa-a-importa tant com l'elecció de l'aliatge.
En les construccions metal·litzades, l'alumini es diposita al buit sobre un suport de polímer de 6 a 25 micròmetres com ara poliimida o polièster, amb la capa metàl·lica de només unes desenes a uns centenars de nanòmetres de gruix. Les capes sòlides de paper d'alumini s'utilitzen com a límits exteriors i interiors de la manta, on es requereix robustesa mecànica i estabilitat òptica. Les capes exteriors reben sovint un prim recobriment protector per resistir els danys de manipulació durant la integració.
Desgasificació, Oxigen Atòmic i Qualificació
Al buit, qualsevol material que alliberi volàtils condensables pot enfogar les superfícies òptiques i degradar el rendiment del radiador. La prova de cribratge utilitzada a tota la indústria és ASTM E595, que requereix una pèrdua de massa total (TML) no superior a l'1,0% i el material condensable volàtil recollit (CVCM) no superior al 0,1% per als materials acceptats a les superfícies de les naus espacials externes. Per tant, la làmina subministrada per a aquestes aplicacions es produeix amb residus de lubricant de rodament controlats a un nivell molt baix, i normalment es manipula amb guants nets i s'emmagatzema en bosses segellades.
A l'òrbita terrestre baixa, l'oxigen atòmic que arriba a una velocitat aproximadament de 7 a 8 km/s erosiona molts polímers, mentre que l'alumini forma un òxid prim i autolimitant que limita els atacs posteriors. Quan el perfil de la missió inclou l'exposició a l'oxigen atòmic, el paper d'alumini continua sent un dels pocs materials de barrera que no requereix un recobriment protector addicional.
Notes d'adquisició i conversió
La làmina s'ordena com a rotlles jumbo o bobines de tall amb un calibre, una tolerància d'amplada i una condició de vora especificats. Els compradors haurien d'indicar el calibre i la seva tolerància, el tremp, l'acabat de la superfície, el nombre màxim de forats per metre quadrat per a mantes crítiques i el paper d'entrellaçat o separador utilitzat durant el bobinat. Les rebaves de tall són una font habitual de llàgrimes durant el muntatge de la manta, de manera que la qualitat de les vores s'ha d'escriure a l'ordre de compra en lloc de deixar-la a la pràctica per defecte.
Per a les mantes laminats, l'adhesió entre la capa d'alumini i el suport de polímer es verifica mitjançant proves de pelat a partir d'una mostra. Els rotllos s'han d'acondicionar a la temperatura de l'àrea de muntatge abans de desenrotllar-los, ja que la làmina freda s'enrotlla i s'arruga més fàcilment.
Preguntes freqüents
Q:Quin aliatge d'alumini s'escull normalment per a la làmina de control tèrmic d'alta -puresa-?
R: El grau 1145, amb un contingut mínim d'alumini del 99,45%, és l'opció habitual per a les capes radiatives, mentre que el 1235 al 99,35% mínim és comú per a mantes laminats.
Q:Quins límits de desgasificació ha de superar una làmina per a l'ús d'una nau espacial externa?
R: Segons ASTM E595, els límits de cribratge acceptats són TML no superior a 1,0% i CVCM no superior al 0,1%. Els materials que superen qualsevol de les xifres normalment es rebutgen sense més proves.
Q:Quantes capes conté una manta MLI típica?
R: Entre 10 i 30 capes és el rang normal. El recompte exacte s'estableix per la pèrdua de calor requerida, el volum disponible i el pressupost de massa, i normalment s'optimitza per anàlisi tèrmica en lloc de per regla general.
Q:El paper d'alumini es degrada per l'oxigen atòmic a l'òrbita terrestre baixa?
R: No. L'alumini reacciona immediatament per formar una pel·lícula d'òxid coherent que limita l'erosió més gran, per això s'utilitza com a barrera exterior on els polímers s'escaparien.
Q:Quin rang de calibre és pràctic per al paper de vol?
R: La majoria de maquinari de vol utilitza làmines d'entre 0,006 mm i 0,100 mm. El material més prim requereix una pel·lícula de suport temporal perquè els forats i les llàgrimes, més que la força, regeixen la manipulació.
Q:Per què és més important l'emitència infraroja que la resistència a la tracció en aquesta aplicació?
R: La làmina no porta càrrega estructural; controla la radiació. Per tant, el rendiment depèn de l'emitància i la neteja de la superfície, i una superfície de baixa-emissió altament reflectant és la que redueix la pèrdua de calor.
