Raumfahrzeugbeschichtungen der nächsten Generation
Der OSR-Markt wird derzeit durch Quarz-OSR und, in weitaus geringerem Maße, von Silber/Teflonfolien bestimmt. Die Metamaterial-OSR (Meta-OSR) des META-REFLECTOR-Konsortiums bieten das Beste beider Technologien: Die Beständigkeit von Quarz-OSR im Weltraum in Kombination mit der Flexibilität und Anwenderfreundlichkeit von Ag/FEP-Folien. „Quarz-OSR neigen zu Brüchigkeit während der Anwendung. Sie sind nicht mit gekrümmten oder biegsamen Heizkörperplatten kompatibel, und die einzige kommerzielle Alternative (Ag/FEP-Folien), obgleich einfacher in der Handhabung und Anwendung, altert nicht gut in der Weltraumumgebung. Ferner haben beide Technologien selbst bei geringer Temperatur einen hohen Emissionsgrad, was während Finsternissen eine Ursache für Wärmeverluste ist“, sagt Lucia Amorosi, Projektmanagerin von Thales Alenia Space und Koordinatorin von META-REFLECTOR. Meta-OSR-Beschichtungen hingegen, haben das Potenzial, diese Probleme zu beseitigen. Dank der Verwendung von thermochromem Metalloxid, weisen die Beschichtungen sogar einen temperaturvariablen Emissionsgrad auf, der wiederum erhebliche Energieeinsparungen ermöglicht. Die Technologie basiert zudem vollständig auf beständigen, und für den Weltraum zugelassenen anorganischen Beschichtungen, und sie kann auf flexible Dünnschichtstoffe angepasst werden. Im Gegensatz zu Quarz-OSR, die durch den Einsatz einer kontinuierlichen Metallschicht auf die zweite (heizkörperseitige) Oberfläche von Quarzplatten hergestellt werden, werden Meta-OSR durch den Einsatz einer Metall-/dielektrischen Metamaterial-Beschichtung auf die externe (weltraumseitige) Oberfläche von Polymerfolien hergestellt. „Wir verwenden den Begriff ,Metamaterial‘, um zu verdeutlichen, dass eine der Schichten der Beschichtung das Muster einer 2D-Anordnung von Nanoantennen aufweist. Dieses Muster wird durch Nano-Prägelithographie erzielt, eine Technik, die zu geringen Kosten einfach auf größere Flächen skaliert werden kann“, erklärt Amorosi. Neben dieser Beschichtung konnte das Team unter Verwendung eines ähnlichen Metamaterial-Designs auch einen intelligenten Heizkörper demonstrieren. Dieser ermöglicht die Einstellung der Strahlungskühlung des Raumfahrzeugs mithilfe eines anderen Metalloxid-Typs. Der Weg zur Kommerzialisierung Auch wenn die Technologie die anfänglichen Erwartungen des Konsortiums voll erfüllt hat, räumt Amorosi ein, dass es noch weiterer Arbeit bedarf, bevor mit der Kommerzialisierung begonnen werden kann. „Zur Fabrikation von Brettschaltungen, die die thermooptischen Anforderungen der Anwendung vollständig erfüllen, ist weitere FuE-Arbeit erforderlich“, merkt Amorosi an. Wenn dieser Prozess abgeschlossen ist, werden Herstellern von Satelliten und Raumfahrzeugen letztlich flexible und weltraumbeständige OSR mit temperaturvariablem Emissionsgrad zur Verfügung stehen. Da die Meta-OSR auf äußerst dünnen Folien implementiert werden können, hat das Team eine große Palette von Weltraumanwendungen vor Augen, die von einer speziellen Superisolation (MLI) bis hin zu Sonnensegeln, Wärmeabdeckungen für Antennen und aufblasbaren Strukturen für verschiedene Verwendungszwecke reichen. „Grundsätzlich könnten Meta-OSR auch bei terrestrischen Anwendungen wie z. B. supergekühlten Dächern für energieeffiziente Gebäude verwendet werden. Die zentrale Herausforderung sind jedoch die relativ hohen Kosten der Technologie“, sagt Amorosi. Da META-REFLECTOR jetzt abgeschlossen wurde, sucht das Konsortium aktiv nach neuen Finanzierungsmöglichkeiten, um die Entwicklung seiner Technologie zu vollenden und Vorführer zu bauen, welche die Anwendungsanforderungen vollständig erfüllen. Amorosi geht davon aus, dass in den kommenden fünf Jahren damit begonnen wird, die Technologie in Raumfahrzeuge zu integrieren.
Schlüsselbegriffe
META-REFLECTOR, Metamaterialien, OSR, optischer Solarreflektor, intelligenter Heizkörper, Quarz, thermochromes Metalloxid, Raumfahrzeug, Satellit, Gewicht
