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超黑色纳米涂层应用于新的3D太阳能Coronagraph

超黑色纳米涂层应用于新的3D太阳能Coronagraph

发布时间:2018-05-16    浏览量:29

美国国家航空航天局的科学家们已经将新型超黑碳纳米管涂层应用于抑制新太阳冠中杂散光的关键3-D元件。 /

今年秋季首次在国际空间站进行测试的新型超黑色纳米技术将应用于一种复杂的3-D组件,该组件用于抑制杂散光,这是一种新的,更小,更便宜的太阳能日冕仪最终飞上轨道前哨或作为商业卫星上的托管有效载荷飞行。

超黑碳纳米管涂层的发展历时六年,是由纯碳制成的薄壁高度均匀的多壁碳纳米管涂层,其纯度比人的头发丝细约10,000倍。最近交付给国际空间站进行测试,这种涂层被认为特别有希望成为一种减少杂散光的技术,这种技术可以压倒灵敏探测器应该找回的微弱信号。

虽然涂层经过测试以确定其在太空中的坚固性,但美国宇航局位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的一个小组将将碳纳米管涂层应用于复杂的圆柱形挡板,该组件有助于减少望远镜中的杂散光。

Goddard光学工程师Qian Gong为首席研究员Nat Gopalswamy目前正在开发的紧凑型太阳能日冕仪设计了挡板。我们的目标是建造一个太阳能日冕仪,可以部署在国际空间站上或作为商业卫星上的托管有效载荷 - 这是一种急需的能力,可以保证重要的空间天气相关测量的继续。

这项努力将有助于确定碳纳米管是否与用于吸收复杂空间仪器和组件中杂散光的当前最新技术黑色涂料一样有效。

对Gopalswamy团队来说,防止错误的灯光是一个特别棘手的挑战。 “我们必须有正确的光学系统和最好的挡板,”道格拉宾说,他是一位戈达德太阳物理学家,研究日冕衍射和杂散光。

新型紧凑型coronagraph--将传统coronagraphs的质量,体积和成本减少约50% - 将使用一套镜头而不是传统的三级系统对太阳日冕进行成像,更具体地说,日冕物质喷射(CME)。这些强大的太阳能材料爆发在太阳系中爆发并横跨整个太阳系,有时与地球的保护磁层碰撞并对航天器和宇航员造成重大危害。

“紧凑的coronagraphs对控制杂散光和衍射提出了更高的要求,”Rabin解释说,补充说,日冕比太阳的光球暗淡一百万倍。用碳纳米管材料涂覆挡板或遮光板应该通过防止杂散光到达焦平面和污染测量来改善组件的整体性能。

拉宾补充说,这个项目时间非常紧迫,非常需要。

目前,太阳物理学界接收太阳和日光层观测台(SOHO)和太阳地球物理联合观测台(STEREO)的冠状测量结果。

“我们在1995年推出的SOHO是我们的大型观测站之一,”拉宾说。 “但它不会永远持续下去。”虽然有点新,但STEREO自2006年以来一直在太空中运行。“如果其中一个系统失效,将会影响NASA内外的许多人,他们研究太阳并预测太空天气。目前,我们没有预定的任务将携带太阳能日冕仪。我们希望尽快在那里得到一个紧凑的coronagraph,“拉宾补充说。

地面实验室测试表明,它可能是一个很好的选择。测试证明,涂层吸收99.5%的紫外线和可见光,99.8%的紫外线吸收率较高,这是因为碳原子占据小巧的嵌套管吸收光线并防止其反射出表面,据说戈达德光学工程师John Hagopian领导着该技术的发展。由于只有极少部分的光线会反射掉涂层,因此人眼和敏感探测器会将该材料视为黑色 - 在这种情况下,显示为黑色。

“我们在涂层方面取得了很大进展,”Hagopian说。 “涂料在空间站之旅中幸存下来的事实已经将技术的成熟度提高到了符合飞行使用要求的水平。在很多情况下,空间站上的样品的外部暴露使得它们比组件在器械内部看到的环境要苛刻得多。“

鉴于需要一个紧凑的太阳能日冕仪,Hagopian说他对与仪器团队合作感到特别兴奋。 “这是一项重要的仪器开发工作,当然也可以展示我们的技术在三维零件上的有效性,”他补充说,迄今为止,他的工作中大部分工作都集中在二维应用。

通过与戈达德技术专家Vivek Dwivedi合作,Hagopian认为挡板项目现在已经触手可及。 Dwivedi正在推进一种称为原子层沉积(ALD)的技术,该技术为复杂的3-D部件上的碳纳米管生长奠定了必要的催化剂层。 “以前的ALD腔室只能容纳几毫米高的物体,而Vivek为我们开发的腔室可容纳20倍大的物体;这是此类挡板的必要步骤,“Hagopian说。

Hagopian说,NASA的其他研究人员在空间站上放置了碳纳米管,但他们的样品是为结构应用设计的,而不是杂散光抑制 - 这是一种完全不同的用途,要求材料具有更高的吸收特性。

“我们有极端的杂散光要求。让我们看看结果如何,“拉宾说。

来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心Lori Keesey

图片:戈达德/保罗尼古拉

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