宇宙船の機器で通常のジャンパー線が使用できないのはなぜですか？「低揮発」要件とは何ですか？
真空放气（Vacuum Outgassing） は、航空宇宙、深宇宙探査、超高真空物理実験において、最も重要な材料選定の検討事項の一つです。なぜ通常の光ファイバーパッチコードがこれらの環境で使用できないのか、そして「低揮発」の具体的な要件とは何かについて、詳しくご説明します。
一、 「真空放気」（Vacuum Outgassing）とは？
真空または宇宙空間（高真空または超高真空）環境において、露出された材料が吸着したガス、水分、および材料自体に固有の揮発性成分（高分子材料中の残留モノマー、溶剤、可塑剤、硬化剤などの有機物）が、自発的に蒸発して空間に放出される現象です。この物理現象を**真空放気（Vacuum Outgassing）**と呼びます。
二、 宇宙機器に通常の光ファイバーパッチコードが使用できないのはなぜですか？
通常の商用光ファイバーパッチコードのシース、強化芯材、およびコーティング層は、ポリ塩化ビニル（PVC）、低煙無ハロゲン難燃性ポリオレフィン（LSZH）、アラミド（Kevlar）、アクリレート（Acrylate）などのポリマー材料で構成されており、コネクタの封止には通常、一般的なエポキシ樹脂硬化剤が使用されています。宇宙空間の高真空環境では、これらの材料は深刻な放気および揮発の問題に直面し、以下のような壊滅的な結果をもたらします。
- 結露による光学システム汚染（Critical Contamination）： 揮発した有機ガスが拡散し、宇宙船の精密な光学レンズ、レーザーセンサー、検出器ウィンドウ、太陽電池パネルなどの低温表面に再凝縮します。ナノメートル級の有機凝縮膜であっても、光学透過率が急激に低下し、精密機器の誤動作を引き起こします。
- 材料性能の著しい劣化： 高分子材料中の可塑剤などの成分が揮発することで、材料は急速に脆くなり、物理的な亀裂が発生し、光ファイバーに対する機械的保護能力を失います。
- チャンバー真空度の破壊： 地上実験室の真空チャンバー内では、放気によりシステムが必要な真空度に到達できなくなり、実験の正常な進行に影響を及ぼします。
三、「低揮発（Low Outgassing）」要件とは？
宇宙環境での機器の長期的な安全性を確保するため、国際宇宙界（NASA SP-R-0022A または ASTM E595 規格など）は、厳格な材料の「低放気/低揮発」試験およびスクリーニング基準を定めています。
- 総質量損失（TML, Total Mass Loss）： 材料を特定の真空（ \lt 1.3 \times 10^{-3}\ \text{Pa} ）、特定の温度（ 125\ ^\circ\text{C} ）で 24\ \text{h} 加熱した後の質量損失を初期質量で割った百分率。宇宙グレードの基準では ** TML \lt 1.0\% ** が要求されます。
- 収集可能な揮発性凝縮物質量（CVCM, Collected Volatile Condensable Material）： 上記試験において、揮発したガスが 25\ ^\circ\text{C} の凝縮板上に再収集された凝縮物の質量。宇宙グレードの基準では ** CVCM \lt 0.1\% ** が要求されます。
四、 宇宙および高真空用光ファイバーパッチコードの技術的ソリューション
宇宙、高真空、および極端な温度差の応用シナリオに対応するため、光ファイバーパッチコードは、揮発性の高いプラスチック外被と通常の有機コーティングを完全に代替し、化学的安定性が高く、揮発性可塑剤を含まない金属または特殊高分子材料を使用する必要があります。
Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd.（OFSCN®）は、このような特殊な産業および宇宙用途向けに、金属製シームレス鋼管および無機/特殊高分子コーティングをベースとした高温高真空シリーズ光ファイバーパッチコードおよび関連コンポーネントを開発しました。
1. OFSCN® 300℃ Fiber Optic Patch Cord
このパッチコードは、すべての合成プラスチック套管を排除し、外径わずか 0.9\ \text{mm} のステンレス鋼製シームレス鋼管を保護層として採用しています。内部の光ファイバーはポリイミド（Polyimide）をコーティング層として使用しています。ポリイミドは非常に低い飽和蒸気圧と優れた真空低放気特性を持ち、極めて広い温度範囲（ -270\ ^\circ\text{C} から 300\ ^\circ\text{C} ）で安定して動作し、宇宙グレードおよび真空チャンバー内の光信号伝送に最適です。
2. OFSCN® 700℃ Fiber Optic Patch Cord
より高い真空度、極度に厳しい無機無放気環境に対応するため、このパッチコードはステンレス鋼製シームレス鋼管と純金属コーティングの金メッキ光ファイバー（Gold-coated Optical Fiber）を採用しています。金属コーティング自体は有機揮発物を一切含まず、真空放気率はほぼゼロです。動作温度範囲は -270\ ^\circ\text{C} から 700\ ^\circ\text{C} で、深宇宙探査および極限高真空環境における最も信頼性の高い光ファイバー相互接続チャネルです。
3. OFSCN® 高温光ファイバーコネクタ/フランジ/光スプリッター
真空チャンバーへの光信号の導入/導出（Vacuum Feedthrough）のニーズに応えるため、CF、KFシリーズの高真空フランジを提供しています。コネクタとフランジは無機金属封着されており、真空シール度はそれぞれ 1 \times 10^{-7}\ \text{Pa} および 1 \times 10^{-9}\ \text{Pa} を上回り、接続部からの放気と漏洩の問題を完全に解決しています。
まとめ
宇宙または高真空機器では、材料は「 TML \lt 1.0\% かつ CVCM \lt 0.1\% 」という低揮発のレッドラインを越える必要があります。ステンレス鋼製シームレス鋼管シースにポリイミドまたは金属コーティング光ファイバーを組み合わせることが、光学システムが揮発物で汚染されるのを防ぎ、システム真空度を維持し、構造の長期的な高信頼性運用を保証するための唯一の技術的アプローチです。