Pourquoi les équipements spatiaux ne peuvent-ils pas utiliser de câbles de raccordement ordinaires ? Qu’est-ce que l’exigence de « faible émission » ?
Dégazage sous vide (Vacuum Outgassing) est l’une des considérations de sélection de matériaux les plus critiques dans les applications aérospatiales, d’exploration spatiale et d’expériences de physique ultra-vide. Voici une explication détaillée de la raison pour laquelle les câbles de raccordement à fibre optique ordinaires ne peuvent pas être utilisés dans ces environnements, ainsi que les exigences spécifiques en matière de « faible volatilisation ».
I. Qu’est-ce que le « dégazage sous vide » (Vacuum Outgassing) ?
Dans le vide ou l’environnement spatial (vide poussé ou ultra-vide), les gaz adsorbés et l’humidité présents dans les matériaux exposés, ainsi que les composants intrinsèquement volatils des matériaux (tels que les monomères résiduels, les solvants, les plastifiants, les durcisseurs et autres composés organiques dans les matériaux polymères), s’évaporent spontanément et se libèrent dans l’espace. Ce phénomène physique est appelé dégazage sous vide (Vacuum Outgassing).
II. Pourquoi les câbles de raccordement à fibre optique ordinaires ne peuvent-ils pas être utilisés dans les équipements spatiaux ?
Les câbles de raccordement à fibre optique commerciaux ordinaires, dont les gaines, les renforts et les revêtements sont principalement constitués de matériaux polymères tels que le polychlorure de vinyle (PVC), le polyoléfine ignifuge à faible émission de fumée et sans halogène (LSZH), l’aramide (Kevlar) et l’acrylate, utilisent généralement des colles de durcissement époxy ordinaires pour l’encapsulation des connecteurs. Dans l’environnement de vide poussé spatial, ces matériaux sont confrontés à de graves problèmes de dégazage et de volatilisation, entraînant les conséquences dévastatrices suivantes :
- Contamination des systèmes optiques par des condensats (Contamination critique) : Les gaz organiques volatils diffusent et se recondensent sur les surfaces froides des lentilles optiques de précision des engins spatiaux, des capteurs laser, des fenêtres de détecteurs et des panneaux solaires. Même une couche de condensation organique de quelques nanomètres d’épaisseur peut entraîner une diminution drastique de la transmittance optique, provoquant la défaillance d’instruments de précision.
- Dégradation sévère des propriétés du matériau : À mesure que les plastifiants et autres composants s’évaporent des polymères, les matériaux deviennent rapidement cassants, subissent des fissures physiques et perdent leur capacité à protéger mécaniquement la fibre optique.
- Destruction du vide de la cavité : Dans les cavités à vide des laboratoires au sol, le dégazage empêche le système d’atteindre le niveau de vide requis, affectant le bon déroulement des expériences.
III. Qu’est-ce que l’exigence de « faible volatilisation (Low Outgassing) » ?
Pour garantir la sécurité à long terme des équipements dans l’environnement spatial, le milieu spatial international (tel que la norme NASA SP-R-0022A ou ASTM E595) a établi des tests et des critères de sélection rigoureux en matière de « faible dégazage / faible volatilisation » des matériaux :
- Perte totale de masse (TML, Total Mass Loss) : Le pourcentage de masse perdue par rapport à la masse initiale après chauffage continu pendant 24 heures à un vide spécifique (< 1.3 × 10⁻³ Pa) et à une température spécifique (125 °C). La norme de qualité aérospatiale exige TML < 1.0 %.
- Masse de condensables volatils collectés (CVCM, Collected Volatile Condensable Material) : La masse de condensats collectés sur une plaque de condensation à 25 °C parmi les gaz évaporés lors du test ci-dessus. La norme de qualité aérospatiale exige CVCM < 0.1 %.
IV. Solutions techniques pour les câbles de raccordement à fibre optique pour l’espace et le vide poussé
Pour les applications spatiales, de vide poussé et de différences de température extrêmes, les câbles de raccordement à fibre optique doivent remplacer complètement les gaines en plastique volatiles et les revêtements organiques ordinaires, en utilisant des matériaux métalliques ou polymères spéciaux à haute stabilité chimique et sans plastifiants volatils.
OFSCN® (大成永盛), pour ces applications industrielles et spatiales spéciales, a développé une série de câbles de raccordement à fibre optique et de dispositifs associés pour hautes températures et vide poussé, basés sur des tubes en acier sans soudure et des revêtements inorganiques/polymères spéciaux :
1. Câble de raccordement à fibre optique OFSCN® 300℃
Ce câble de raccordement abandonne tous les manchons en plastique synthétique et utilise un tube en acier inoxydable sans soudure d’un diamètre extérieur de seulement 0,9 mm comme couche de protection. La fibre optique interne utilise du polyimide comme couche de revêtement. Le polyimide a une pression de vapeur saturante extrêmement faible et d’excellentes caractéristiques de faible dégazage sous vide, et peut fonctionner de manière stable dans une très large plage de températures (-270 °C à 300 °C), ce qui le rend extrêmement adapté à la transmission de signaux optiques de qualité aérospatiale et à l’intérieur des cavités à vide.
2. Câble de raccordement à fibre optique OFSCN® 700℃
Pour des environnements de vide encore plus élevés et des environnements inorganiques sans dégazage extrêmement rigoureux, ce câble de raccordement utilise un tube en acier inoxydable sans soudure et une fibre optique plaquée or avec un revêtement purement métallique (Fibre Optique Plaqué Or). Le revêtement métallique lui-même ne contient aucun composé organique volatil, et le taux de dégazage sous vide est presque nul. La température de fonctionnement couvre de -270 °C à 700 °C, ce qui en fait le canal d’interconnexion optique le plus fiable pour l’exploration spatiale lointaine et les environnements de vide extrême.
3. Connecteurs / Brides / Diviseurs optiques OFSCN® pour hautes températures
Pour répondre à la demande de sortie/entrée de signaux optiques dans les cavités à vide (Vacuum Feedthrough), des brides à vide poussé des séries CF et KF sont fournies. Les connecteurs et les brides utilisent un scellement métallique inorganique, dont l’étanchéité au vide est respectivement supérieure à 1 × 10⁻⁷ Pa et 1 × 10⁻⁹ Pa, résolvant complètement les problèmes de dégazage et de fuite aux points de connexion.
Conclusion
Dans les équipements spatiaux ou sous vide poussé, les matériaux doivent dépasser le seuil critique de faible volatilité de « TML < 1.0 % et CVCM < 0.1 % ». L’utilisation d’une gaine en tube d’acier inoxydable sans soudure complétée par une fibre optique en polyimide ou plaquée métal est le seul chemin technologique pour garantir que le système optique n’est pas contaminé par des substances volatiles, pour maintenir le vide du système et pour assurer un fonctionnement fiable à long terme de la structure.