Powłoki nowej generacji do statków kosmicznych
Rynek OSR jest obecnie zdominowany przez kwarcowe OSR, w znacznie mniejszym stopniu dostępne są też folie srebrno-teflonowe. Dzięki metamateriałowym OSR (meta-OSR), konsorcjum META-REFLECTOR połączyło najlepsze cechy obu rozwiązań: trwałość kwarcowych OSR przy elastyczności i łatwości użycia typowych dla folii Ag/FEP. „Kwarcowe OSR często pękają podczas aplikacji. Nie są kompatybilne z wygiętymi lub zginanymi płytami chłodzącym, a jedyna dostępna na rynku alternatywa (folie Ag/FEP), choć łatwiejsza w obsłudze i zastosowaniu, starzeje się szybko w środowisku kosmicznym. Ponadto obie technologie utrzymują wysoką emisyjność nawet w niskich temperaturach, co jest przyczyną strat ciepła podczas zaćmień”, mówi Lucia Amorosi, kierownik projektów w Thales Alenia Space i koordynator inicjatywy META-REFLECTOR. Powłoki meta-OSR mogą przyczynić się do wyeliminowania tych problemów. Dzięki zastosowaniu termochromowego tlenku metalu charakteryzują się one emisyjnością zmiennotemperaturową, co z kolei pozwala na uzyskanie znacznych oszczędności energii. Technologia ta jest również w całości oparta na trwałych i zatwierdzonych do użytku w kosmosie powłokach nieorganicznych i może być stosowana do elastycznych substancji cienkowarstwowych. W odróżnieniu od kwarcowych OSR, które są produkowane poprzez nakładanie ciągłej warstwy metalu na drugą (zwróconą w kierunku panelu chłodzącego) powierzchnię płytek kwarcowych, wytwarzanie meta-OSR polega na nanoszeniu metalowej/dielektrycznej powłoki metamateriałowej na zewnętrzną (zwróconą w kierunku przestrzeni kosmicznej) powierzchnię folii polimerowych. „Termin »metamateriał« oznacza, że jedna z warstw powłoki jest umieszczona na dwuwymiarowej siatce nanoanten. Tę strukturę uzyskuje się za pomocą nanolitografii z nadrukiem, techniki, którą można łatwo skalować do dużych powierzchni przy niewysokich kosztach”, wyjaśnia Amorosi. Wraz z tą powłoką zespół mógł również zademonstrować inteligentny promiennik o podobnej konstrukcji metamateriałowej. Pozwala ona w tym przypadku na regulowanie chłodzenia statku kosmicznego za pomocą innego rodzaju tlenku metalu. Droga do komercjalizacji Chociaż technologia w pełni spełniła pierwotne oczekiwania konsorcjum, Amorosi przyznaje, że jej komercjalizacja wymaga jeszcze znacznego wysiłku. „Potrzebne są dalsze prace badawczo-rozwojowe, aby wyprodukować instalację testową w pełni spełniającą wymagania termooptyczne”, podkreśla. Po zakończeniu tego procesu producenci satelitów i statków kosmicznych będą wreszcie mieli dostęp do elastycznych i odpornych na warunki kosmiczne systemów OSR o zmiennej temperaturze emisji. Ponieważ meta-OSR można stosować na bardzo cienkich foliach, zespół przewiduje, że znajdą one zastosowanie w wielu obszarach technologii kosmicznych, od specjalistycznych MLI, przez żagle słoneczne, osłony termiczne anten, aż po nadmuchiwane konstrukcje różnego rodzaju i o różnych przeznaczeniach. „Zasadniczo meta-OSR można wykorzystywać również w zastosowaniach naziemnych, takich jak superchłodne dachy w energooszczędnych budynkach. Głównym wyzwaniem jest jednak stosunkowo wysoki koszt tej technologii”, tłumaczy Amorosi. Po zakończeniu projektu META-REFLECTOR, konsorcjum aktywnie poszukuje obecnie nowych możliwości finansowania, aby dokończyć opracowywanie technologii i zbudować demonstratory, które w pełni spełnią wymagania przewidywanych zastosowań. Amorosi szacuje, że technologia zostanie wdrożona na statkach kosmicznych w ciągu najbliższych 5 lat.
Słowa kluczowe
META-REFLEKTOR, metamateriały, OSR, optyczny reflektor słoneczny, inteligentny grzejnik, kwarc, termochromowy tlenek metalu, statek kosmiczny, satelita, waga
