NASA对新型复合材料开展国际空间站舱外测试

美国宇航局(NASA)选择将GeoPlasma公司开发的辐射屏蔽和热障涂层(TBC)复合材料带上国际空间站(ISS),以评估其是否能够满足月球栖息地、火星探测等长期深空探测任务以及其他国防应用的材料要求。

GeoPlasma是两家美国公司Geocent和Plasma Processes的合资企业,与合作伙伴田纳西大学和阿拉巴马大学伯明翰分校一同获得NASA小企业创新研究(SBIR)一期和二期资助,研究和开发航天器或外星栖息地结构中不可或缺的复合材料,以保护宇航员和关键电子设备免受银河宇宙线和二次粒子的影响。

分别在暴露于太空环境前后对材料的热性能和结构性能进行测试,评估它们在潜在应用中的适用性。只有成功完成测试,才能将这类先进复合材料提升到更高的技术成熟度(TRL)。

第一批屏蔽和TBC材料于2019年4月17日发射到国际空间站,进行为期一年的热性能和辐射性能测试。宇航员将进行太空出舱活动,将样本连接到国际空间站外。第二批材料样品将于2019年12月发射,专门用于表征由于长期暴露在太空环境下导致的机械性能下降情况。

GeoPlasma项目的主要研究人员,Subhayu Sen博士和Scott O'Dell表示:“GeoPlasma的材料技术成熟,NASA选择将它们带上材料国际空间站实验(MISSE-11)平台进行测试。”Sen博士补充表示:“GeoPlasma非常感谢NASA提供的这次机会,因为这些材料在整个空间环境(包括原子氧、辐射光谱、热偏移和紫外线)下的长期耐久性,只能在MISSE平台得到验证。”

热障涂层(Thermal Barrier Coatings)是一层陶瓷涂层,它沉积在耐高温金属或超合金的表面,热障涂层对于基底材料起到隔热作用,降低基底温度,使得用其制成的器件(如发动机涡轮叶片) 能在高温下运行,并且可以提高器件(发动机等)热效率达到60%以上。

美国NASA( Nat ionalAeronautics and Space Adm in istration) - Lewis研究中心为了提高燃气涡轮叶片、火箭发动机的抗高温和耐腐蚀性能,早在二十世纪50年代就提出了热障涂层概念。在涂层的材料选择和制备工艺上进行较长时间的探索后, 80年代初取得了重大突破,为热障涂层的应用奠定了坚实基础。文献表明, 目前先进热障涂层能够在工作环境下降低高温发动机热端部件温度170K左右。随着热障涂层在高温发动机热端部件上的应用, 人们认识到热障涂层的应用不仅可以达到提高基体抗高温腐蚀能力, 进一步提高发动机工作温度的目的,而且可以减少燃油消耗、提高效率、延长热端部件的使用寿命。与开发新型高温合金材料相比, 热障涂层的研究成本相对较低, 工艺也现实可行。