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航天器多层绝缘的基础知识

2019-05-21 09:23:21来源:

如果您已经注意到航天器和卫星上闪亮的反射区域,您已经看到了多层绝缘(MLI)材料。以下是它们在热管理中发挥关键作用的方式,随着越来越多的探测性航天器和小型卫星星座在遥远的天空中激增,对多层绝缘(MLI)材料的需求正在上升。这些材料具有重要的热管理功能,可以看作卫星和其他太空行驶车辆外部的闪亮反光区域。MLI组件通常称为毯子,是一种轻质绝缘材料,可保护车辆的乘客,电子设备和设备免受辐射热的破坏性影响。在轨道上,航天器面临极具挑战性的温度环境。它们可以在一瞬间暴露在直接或间接的阳光下,然后在下一次暴露在完全黑暗中。单个轨道内的温度变化范围可以从-450ºF的低点到250ºF的高点。此外,车辆的仪表和设备可以产生必须控制的大量热量。

在空间真空中,热辐射显着,但传导或对流最小,MLI橡皮布提供优异的绝缘性能。例如,地球上的一英尺标准绝缘材料的R值可能为24至30.相比之下,空间中的MLI橡皮布具有相当于约R = 10,000的绝缘效果。它们通过防止极端高温和低温来帮助管理航天器的热分布。

当未来的车辆最终达到完全SAE 5级自主权时,它们几乎肯定会是电动的。本次网络研讨会将深入探讨未来车辆的控制策略,并提供汽车制造商计划如何构建新一代智能全电动自动驾驶汽车的方法。

MLI的形式和功能

MLI橡皮布由多层薄塑料薄膜组成,一面或两面涂有镀铝反光材料。用于空间应用的典型毯子可具有10,20或更多层,总厚度约为1/2英寸。在层之间是非织造网状材料,其分离反射层并防止它们之间的传导。可以改变层之间的空间量以改善橡皮布性能。

当暴露于辐射热时,MLI毯子的功能如下:最外层的毯子层在其遇到的辐射热量的90%范围内反射。下一层反映了通过第一层的辐射热的相同百分比,并且每个连续层都是相同的。总的来说,多层将辐射热量几乎降低到零。

MLI橡皮布层在边缘处堆叠和缝合在一起,或者通过诸如塑料销的其他装置固定。金属垫圈放置在角落处以将毯子附接到航天器。MLI的设计考虑因素

设计航天器热管理系统的工程师可以选择主动方法,如加热器或被动方法,如金属部件或多层绝缘。在做出决定之前,工程师将考虑方法的吸收和发射特性,其可靠性和重量,然后评估与每种方法相关的成本和性能之间的权衡。

由于其重量轻,可靠性和卓越的热性能,工程师通常更喜欢MLI毯子而不是其他选择。它们可以配置用于不同的车辆位置,例如发动机和推进系统附近,并保护结构构件,线束和仪表。

MLI毯子生产

许多航天器制造商都维持着内部的MLI生产运营,这些运营往往是低技术和劳动密集型的。操作通常涉及使用车辆或卫星模型制作MLI毯子的模板。非织造材料覆盖了一个类似于太空飞行器的木制模型。在使用工业尺寸的扫描仪扫描切口并创建毯子图案之前,工人用手将材料切割成所需的毯子形状。然后将这些图案用作手动切割薄毯膜的指导。

但随着新的太空时代逐渐增加,对MLI毯子的需求随着星座的需求而增加,更有效的方法正在受到青睐。MLI毯子供应商越来越多地将毯子设计和生产计算机化和自动化。许多人使用可以创建复杂几何形状和不规则形状的软件程序,并自动将三维图形转换为平面毯图案。这提高了毯子设计的准确性和生产速度。自动切割机的使用也越来越多,其提供的精确度高于手动切割,便于大规模生产。

更加计算机化的方法还简化了全面更改和修改。来自轨道太空飞行器的遥测数据可以立即向地面工程师提供温度数据。数据可以指示板上的毯子是否按预期运行。然后,工程师可以使用软件程序来计算添加或移除覆盖层的效果。添加层可提高橡皮布的隔热效果,而移除隔层可降低整体重量。这种灵活性使航天器生产商能够针对未来的迭代优化橡皮布性能。

MLI的未来是什么?

未来很可能会推出更先进,更薄的MLI毯子材料。航天器制造商,MLI设计师和供应商之间也将加强合作,以应对飞行活动的增加。内部一揽子商店和MLI供应商在毯子设计和生产的许多方面密切合作的共同采购安排必将激增,以保持材料和工艺的知识产权。毯子商店还可以选择依靠MLI供应商进行标签,包装,配套和毯子相关的库存服务。

作为Web Industries的隔热材料业务开发经理,Lee Smith向医疗和太空领域的领导者介绍了隔热材料自动化生产的优势以及他们如何成功共同采购MLI橡皮布。史密斯在低温材料方面的行业经验包括担任NASA SBIR第一阶段和第二阶段的项目经理。该任务涉及电影/织物层压板的开发,该层压板可制成气球,用作土星卫星土卫六上的自动感应平台。泰坦被甲烷海覆盖,温度为零下179摄氏度,被认为是观察原始地球的完美实验室。他拥有罗格斯大学化学文学学士学位。