Arka plan
NASA Mühendislik ve Güvenlik Merkezi (NESC), uçuş, yer testi ve silikon bazlı termal kontrol kaplamalarının ultraviyole kaynaklı bozulması hakkında veri yayınladı. Analiz, en az bir silikon kaplama için, fırında çıkışın ultraviyole (UV) bozulmasında önemli bir rol oynadığını, bu da yapısal materyalle değil, boya uçucuları ile UV etkileşiminin birincil kaplama renk değişikliği kaynağı olduğunu göstermiştir.
Tartışma
Uzay aracı sıcaklığı öncelikle aracın kaplamasının emiciliği ve emisyonu ile belirlenir. Emme, güneşin emilen ışınımının bir kısmıdır ve emisyon, yayılan kızılötesi güç miktarını belirler. Bu özelliklerin kombinasyonu, iç kaynaklardan ve diğer dış radyasyon kaynaklarından ek ısı ile birlikte uzay aracının termal ortamını belirler. Termal kontrol kaplaması olarak adlandırılan uygun bir kaplamanın seçilmesi, aracı istenen bir sıcaklık aralığında tutmanın anahtarıdır. Bununla birlikte, bu kaplamalar, öncelikle güneş UV maruziyeti nedeniyle, kaplama seçimini karmaşıklaştıran düşük toprak yörüngesinde (LEO) bozabilir (yani koyulaşabilir). Bir silikat bağlayıcıdaki çinko oksit (ZnO) saçılıcıları en kararlı beyaz kaplamalar arasındadır, ancak zayıf yapışmadan muzdariptir. Silikatın organik silikon ile değiştirilmesi boya mekanik özelliklerini geliştirir, ancak ZnO-silikon kaplamalar için UV maruziyet stabilitesinin optik özellik ölçümleri yaygın olarak farklı olmuştur. Bu, NESC’nin Leo’daki spesifik ZnO-silikon kaplamaların stabilitesini daha iyi tahmin etmek için varyasyonları çözmesi talebine yol açtı. Kuponların testi 25 mali yılında başladı ve 26 mali yılında tamamlanacak.
Birçok silikon bazlı termal kontrol kaplaması, zemin simülasyon odalarında değerlendirilmiştir ve 1960’ların ortalarından beri uzayda test edilmiştir (Ref 1, 2), bazen aynı formülasyon için çok çeşitli UV degradasyon oranları gösterir. Zemin Testi İki farklı tesiste belirli bir Zno-silikon kaplama, 6 faktörden daha fazla farklılık gösteren bozunma oranları verdi. Bu, 1960’larda (ref. 2) zemin UV maruziyet tesislerinin yuvarlak robin testinde görülen varyasyonlara benzer ve uçuş performansını tahmin etmek için zemin testinin kullanışlılığı konusunda şüphe uyandırır. Bu durumda, iki zemin testi arasındaki farklılıkların yanı sıra kısmi yeniden test, farkın kaynağı olarak uçucuların varlığına işaret etmiştir. Bir tesiste, örnekler testten önce pişirildi, boyadaki uçucuların çoğunu çıkardı, ancak diğer tesiste örnekler pişirilmedi. Bu, emme değişiminin birincil kaynağının, silikon substrat malzemesi ile veya ZnO dağılımları ile değil, uçucularla UV etkileşimi olduğunu gösterdi. Ek olarak, iki tesis, büyük bozunma varyasyonuna katkıda bulunmuş olabilecek farklı UV ışınım spektrumlarına sahipti (ref.3).
Bir literatür araştırması yapıldı ve şaşırtıcı bir şekilde, bir prepebake ile ve ön prebak olmadan test edilen zno-silikon boya bozulması olan sadece bir makale bulundu (Ref. 1). Bu yayında, fırınsız boya S-31, 1780 eşdeğer güneş saatine (ESH) UV’ye maruz kaldı ve 0.02 emicilikte bir değişiklik gördü, ancak 1 saat boyunca 260 ° C (500 ° F) ‘de pişirilen ve daha sonra 1780 ESH’ye maruz bırakılan bir numune sadece 0.006 değişiklik gördü. İkinci bir durumda, iki S-33 numunesi 4170 ESH’e maruz bırakıldı, her ikisi de bir saat 150 ° C’lik bir önsöz ve bir saat 260 ° C’lik bir önsöz ile. Tek fırında olan biri 0.02 emme değişimi gördü ve ek fırınlı olan “en iyi çinko oksit… silikat boyası” ile karşılaştırılabilir, sadece 0.011’lik bir değişiklik gördü.
Zno-silikon boyaların testi, Materials International Uzay İstasyonu Deneyi (MISSE), (Ref. 4) üzerinde yapılmış ve uçuştan önce pişirilen numuneler için UV degradasyonunda benzer bir azalma gösterilmiştir. Misse-19’da, pişirilen bir zno-silikon boya örneği, zenit pozisyonundaki aynı boyanın bir numunesi için 0.011 (uyanma pozisyonu) ile 0.27’ye karşı net bir değişiklik gösterdi. Bu farka katkıda bulunmuş olabilecek konumsal varyasyon vardır, ancak uçucuların kaldırılması olası bir katkıda bulunur.
Son olarak, aynı ZnO-silikon boyanın uzay aracı testi, uzay aracındaki boyanın pişirilmediği göz önüne alındığında, Leo’daki uzun sürelerde çok düşük UV bozulması göstermiştir. Tırmanış üzerinde aerodinamik ısıtma, uçucuları gidermek için yetersizdir, ancak yörüngedeyken yüzey sıcaklıkları yeterlidir. Uzay aracında, boya, boyanın güneş ışığında ısınmasına izin veren izolatif, mikrometeor koruyucu bir tabakayı kapsar (alüminyum tepsisine monte edilmiş alüminyum disklere boyanmış Misse örneklerinin aksine). Yörüngedeki bu ısıtma, sadece sürekli uçucuları değil, aynı zamanda daha uzun zincir moleküllerin UV kaynaklı ayrışması tarafından oluşturulan yeni oluşturulmuş uçucuları da çıkararak neredeyse sürekli bir fırın sağlar. Gözden geçirme verilerinin fırında çıkış koşullarıyla karşılaştırılması, güneş UV maruziyeti altında renklendirme, cilt veya saçılıcıların değil, boya içindeki uçucuların önerisini destekler. Prebake veya uçuşta sürekli pişirmenin, belirli bir Zno-silikon bazlı termal kontrol kaplamaları ailesinin uzun süre performansı için önemli bir gereksinim olduğunu gösterir.
Referanslar
1. Ref. Zerlaut, Ga, Y. Harada ve Eh Tompkins. “41. Beyaz uzay aracı kaplamalarının ultraviyole ışınlaması.” Termal Radyasyon Sempozyumu, Cilt. 55, s. 391. Bilimsel ve Teknik Bilgi Bölümü, Ulusal Havacılık ve Uzay Yönetimi, 1965.
2. Arvesen, JC, CB Neel ve CC Shaw. “44. Uzay aracının ultraviyole bozulmasının yuvarlak bir çalışmasının ön sonuçları.” Termal Radyasyon Sempozyumu, Cilt. 55, s. 443. Bilimsel ve Teknik Bilgi Bölümü, Ulusal Havacılık ve Uzay İdaresi, 1965.
3. Arvesen, J. “Uzay aracı termal kontrolü için kaplamaların ultraviyole bağlı olarak indüklenen bozunmasının spektral bağımlılığı.” 2. Termofizik Uzman Konferansı’nda, s. 340. 1967.
4. Kenny, Mike, Robert McNulty ve Miria Finckenor. “Havacılık ve Uzay Uygulamaları için Misse Üzerine Termal Kontrol Kaplamalarının Daha Fazla Analizi.” Ulusal Uzay ve Füze Malzemeleri Sempozyumu, no. M09-0535. 2009.
Source link
