Ein Forschungsteam hat gezeigt, dass ihre innovative Nanobeschichtung, genannt Multifunctional Nanobarrier Structure (MFNS), die Betriebstemperatur von weltraumtauglichen Strukturen von 120 Grad Celsius auf 60 Grad Celsius senken kann.
Dank seines speziell angefertigten Raumtemperatur-Anwendungssystems konnten die Forscher zeigen, dass es möglich ist, das MFNS neben den Sensoren und fortschrittlichen Verbundmaterialien eines Fahrzeugs zu verwenden.
Professor Ravi Silva, korrespondierender Autor der Studie und Direktor des Advanced Technology Institute an der University of Surrey, sagte:
„Der Weltraum ist ein wundersamer, aber gefährlicher Ort für uns Menschen und andere von Menschenhand geschaffene Strukturen. Obwohl bereits auf dem Markt erhältliche Lösungen Schutz bieten, sind sie sperrig und können einschränkend sein, wenn es um die thermische Kontrolle geht.“
„Unsere neue Nano-Barriere kann nicht nur Strahlen- und Wärmeschutz bieten, sondern auch Energie für eine spätere Nutzung gewinnen.“
Raumfahrzeuge müssen große Schwankungen der Sonneneinstrahlung und der Weltraumstrahlung berücksichtigen, um sicherzustellen, dass ihre Nutzlasten wie vorgesehen funktionieren. Die Temperatur des Raumfahrzeugs wird aufrechterhalten, indem Strahlung und äußeres Wetter mit intern erzeugter Wärme fein ausbalanciert werden. Atomarer Sauerstoff (AO) entsteht, wenn Sauerstoffmoleküle auseinanderbrechen, ein Prozess, der im Weltraum aufgrund der Fülle an ultravioletter (UV) Strahlung erleichtert wird. AO reagiert dann mit organischen Oberflächen auf Raumfahrzeugen und baut sie ab.
Das MSFN besteht aus einer Pufferschicht aus Poly(p-xylylen) und einer diamantähnlichen Kohlenstoff-Übergitterschicht, um ihm eine mechanisch und umweltstabile Plattform zu verleihen.
Das bedeutet, dass die MSFN ein Fahrzeug vor AO- und UV-Strahlung schützen kann. Aufgrund seiner dielektrischen Natur (transparent über einen breiten Bereich von Funkfrequenzen) kann es auch auf hochempfindliche Nutzlasten und Strukturen wie Antennen aufgetragen werden, ohne die Leistung wesentlich zu beeinträchtigen.
Interessanterweise stellte das Team fest, dass es möglich ist, zu modifizieren, wie viel AO und UV ein Fahrzeug absorbieren und ernten kann, während sich ein Fahrzeug in einer erdnahen Umlaufbahn befindet.
Paolo Bianco, Global R&T Cooperation Manager bei Airbus Defence and Space, sagte: „Unsere gemeinsame Forschung mit der University of Surrey hat sich mit dieser neuesten Entwicklung einer Beschichtung zum Schutz von Satelliten im Orbit erneut als fruchtbar erwiesen.“
Professor Silva sagte abschließend: „Die University of Surrey pflegt eine lange und produktive Partnerschaft mit Airbus. Ob es um die Entwicklung hochmoderner Nanostrukturen zum Schutz von Raumfahrzeugen oder die Herstellung weltweit führender elektrischer Weltraumtriebwerke mit dem Surrey Space Center geht, dies ist eine Beziehung auf die unsere Region und das Land stolz sein sollten.“
Die Studie ist erschienen in ACS-Nano.
Mehr Informationen:
Michal Delkowski et al, Multifunktionale Nanostrukturen mit steuerbarer Bandlücke, die ein hochstabiles Infrarotemissionsvermögen für intelligentes Wärmemanagement bieten, ACS-Nano (2023). DOI: 10.1021/acsnano.2c09737