Gibt das Jumper-Material im Inneren des Raumfahrzeugs Gase ab, die die Instrumente verunreinigen?
Ja, in Raumfahrzeugen oder Umgebungen mit Ultrahochvakuum (UHV) geben herkömmliche Glasfaserkabelmaterialien tatsächlich Gase ab, die empfindliche Instrumente stark kontaminieren. Dieses physikalische Phänomen ist in der Raumfahrzeugkonstruktion und Vakuumtechnik als Vakuum-Ausgasung (Vacuum Outgassing) bekannt.
Um die absolute Sicherheit und den langfristig stabilen Betrieb von Nutzlasten in Raumfahrzeugen zu gewährleisten, muss die Ausgasungsrate von Materialien für optische Kabel und elektromechanische Geräte streng begrenzt werden.
Eins: Was ist die „Vakuum-Ausgasung“ von Glasfaserkabeln?
Vakuum-Ausgasung bezieht sich auf den Prozess, bei dem flüchtige Substanzen aus hochmolekularen organischen Materialien (wie Hüllen, Verstärkungsfasern, Faserbeschichtungen und Klebstoffen von herkömmlichen Glasfaserkabeln) in einer Vakuumumgebung des Weltraums (oder während thermischer Vakuumzyklen) freigesetzt werden. Dabei überwinden absorbierte Feuchtigkeit, Restlösungsmittel, Additive und unreagierte niedermolekulare Monomere die intermolekularen Kräfte und entweichen als gasförmige Stoffe aus der Materialoberfläche in die Vakuumumgebung.
1. Hauptgefahren der freigesetzten Stoffe (Molekulare Kontamination):
Die freigesetzten flüchtigen Gase diffundieren und kondensieren auf kühleren Oberflächen und bilden einen mikrometer- oder sogar nanometerdicken Kontaminationsfilm. Dies führt zu:
- Ausfall von optischen Systemen: Der auf Linsen, Spiegeln oder Fenstern von Infrarotdetektoren kondensierte Molekularfilm absorbiert oder streut Licht stark und verschlechtert die optische Transmission und Reflexion drastisch.
- Ausfall von Thermalkontrollbeschichtungen: Verändert die Sonnenabsorptionsfähigkeit und die Infrarotemissionsfähigkeit von Thermalkontrollmaterialien des Raumfahrzeugs, was zu einem thermischen Ungleichgewicht führt.
- Verringerung der Effizienz von Solarzellen: Bedeckt die Oberfläche von Solarzellenarrays und verringert deren photoelektrische Umwandlungseffizienz.
2. Internationale akademische Bewertungsstandards:
Gemäß den Vakuum-Ausgasungsstandards der National Aeronautics and Space Administration (NASA) SP-R-0022A und der American Society for Testing and Materials (ASTM) E595 müssen Materialien, die in bemannten Raumfahrzeugen und empfindlichen Weltraumoptiken verwendet werden, einem Vakuum-Thermogravimetrie-Test unterzogen werden, wobei die folgenden Indikatoren erfüllt sein müssen:
- Gesamtmasseverlust (Total Mass Loss, TML): $\text{TML}
< 1.0%$ - Gesammeltes flüchtiges kondensierbares Material (Collected Volatile Condensable Material, CVCM): $\text{CVCM}
< 0.1%$
Zwei: Warum können herkömmliche Glasfaserkabel nicht im Vakuum/im Inneren von Raumfahrzeugen verwendet werden?
Herkömmliche kommerzielle Glasfaserkabel, wie z. B. OFSCN® Standard Fiber Patch Cord, sind hauptsächlich für den normalen Bodenbetrieb konzipiert (Arbeitstemperatur -20\ ^\circ\text{C} bis 50\ ^\circ\text{C}):
- PVC-Mantel: Enthält eine große Menge an Weichmachern und leicht flüchtigen organischen Verbindungen. Im Vakuum ist die Ausgasung von PVC extrem stark, wobei \text{TML} und \text{CVCM} die Weltraumstandards bei weitem überschreiten.
- Aramid (Kevlar) Zugentlastung: Absorbiert leicht Feuchtigkeit aus der Luft und gibt im Vakuum über lange Zeit Wasserdampf (\text{H}_2\text{O}) ab, was den Vakuumgrad der Kammer beeinträchtigt.
- Acrylat-Faserbeschichtung: Zeigt auch bei hohen Temperaturen und im Vakuum deutliche Anzeichen von Degradation und Ausgasung.
Drei: OFSCN® Niedrig-Ausgasungs-Vakuum-Glasfaserlösung
Um die Anforderungen an hochreine Anwendungen in Hochvakuum-, Ultrahochvakuum- und Raumfahrtgeräten zu erfüllen, hat OFSCN® hochwertige Spezial-Glasfaserkabel und verlustfreie Dichtungstechnologien entwickelt, die auf metalllosen nahtlosen Schutzrohren und anorganischen oder niedrig-ausgasenden Polyimidbeschichtungen basieren:
1. OFSCN® 300℃ Fiber Optic Patch Cord (Klasse Weltraum und Ultrahochvakuum)
- Kernstruktur: Verwendet ein 0.9\text{mm} nahtloses Stahlrohr als Schutzhülle, wodurch organische Hochausgasungsmäntel wie PVC und Aramid vollständig eliminiert werden. Im Inneren werden hochleistungsfähige Polyimid-beschichtete Fasern verwendet.
- Physikalische Eigenschaften: Polyimid besitzt eine ausgezeichnete thermische Stabilität der Moleküle und eine extrem niedrige Vakuum-Ausgasungsrate, die die strengen Raumfahrtstandards von $\text{TML}
< 1.0% und \text{CVCM}
< 0.1%$ erfüllt. - Temperaturbereich: -270\ ^\circ\text{C} bis 300\ ^\circ\text{C}.
- Produktbilder:
2. OFSCN® 700℃ Fiber Optic Patch Cord (Grenzwertige Vakuumklasse ohne Ausgasung)
- Kernstruktur: Verwendet ein nahtloses Stahlrohr mit Edelstahllitzen, innen mit rein anorganischer vergoldeter Glasfaser (Gold-coated Optical Fiber).
- Physikalische Eigenschaften: Da das gesamte Kabel (abgesehen von sehr kleinen Mengen Keramikeinsätzen in den Steckverbindern) aus einer reinen Metallstruktur besteht, enthält es keinerlei organische Polymere im Inneren. Dies eliminiert physikalisch die Möglichkeit von organischer Gasfreisetzung und ist im physikalischen Sinne ein „null-ausgasendes“ Glasfaserkabel, das schadstofffrei in extremen Vakuum- und Hoch-/Tieftemperatur-Umgebungen betrieben werden kann.
- Temperaturbereich: -270\ ^\circ\text{C} bis 700\ ^\circ\text{C}.
- Produktbilder:
3. Verlustfreie Vakuum-Signalübertragung durch Wände: OFSCN® Fiber Optic Vacuum Sealed Flange
Wenn Lichtsignale aus Vakuumversiegelten Kammern oder thermischen Vakuumsimulationskammern von Raumfahrzeugen nach außen geleitet werden müssen, sind niedrig-ausgasende und hochgradig abgedichtete Glasfaserflansche unerlässlich. Diese Serie umfasst CF- und KF-Serien:
- Vakuum-Abdichtung: Leckrate besser als 1 \times 10^{-5}\ \text{Pa} bis 1 \times 10^{-7}\ \text{Pa};
- Produktbilder:
