Panująca w przestrzeni kosmicznej próżnia sprawia, że chłodzenie komponentów statków kosmicznych stanowi duże wyzwanie dla inżynierów. W Instytucie Fraunhofera ds. Telekomunikacji im. Henryka Hertza (HHI) trwają prace nad wykorzystaniem femto- i nanosekundowych laserów do teksturowania zewnętrznych powierzchni satelitów i dyszy silników rakietowych w celu sprawniejszego rozpraszania ciepła.
Chłodzenie komponentów statków kosmicznych realizowane jest na zasadzie emisji ciepła przez promienniki. Jako że gładkie powierzchnie metalowe nie zapewniają optymalnej zdolności emisyjnej, inżynierowie z HHI badają wpływ laserowego teksturowania na sprawność rozpraszania ciepła przez ścianki zewnętrzne satelitów, dyszy silników rakietowych czy urządzeń elektronicznych.
Wykorzystanie skoncentrowanej wiązki lasera umożliwia selektywne topienie i odparowanie materiału. Ekstremalnie krótkie, femtosekundowe impulsy lasera pozwalają na precyzyjną kontrolę niewielkich rozmiarów strefy wpływu ciepła i efektywne trawienie segmentów powierzchni, bez głębszej erozji materiału. Wykonana w ten sposób na powierzchni stopów aluminium, tytanu, miedzi i stali tekstura, złożona ze stożków wielkości jednego mikrometra, pozwala na uzyskanie względnej zdolności emisyjnej na poziomie 95-99% (w stosunku do ciała doskonale czarnego). Jest to o tyle istotne osiągnięcie, że dla gładkiej powierzchni współczynnik ten wynosi zaledwie około 10%. W praktyce oznacza to, że komponenty, wykonane ze stopu aluminium o teksturowanej powierzchni, mogą wytrzymać temperatury dochodzące do 650 °C, zachowując stabilność nawet w pobliżu temperatury topnienia.
W odróżnieniu od różnych powłok, teksturowane powierzchnie poddane wysokiej temperaturze nie wydzielają gazów, które w warunkach orbitalnych mogą ulegać utlenieniu pod wpływem tlenu atomowego i powodować korozję. Więcej na temat czynników środowiskowych, odpowiadających na degradację materiałów w przestrzeni kosmicznej pisaliśmy w artykule:
Teksturowane laserowo powierzchnie różnych komponentów ze stopów aluminium i tytanu, przygotowane prze HHI, od grudnia 2024 były testowane na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Jak wyjaśnia Eike Hübner z HHI, próbki są w drodze powrotnej na Ziemię, gdzie zostaną zbadane pod kątem degradacji powierzchni i zmian w zakresie zdolności emisyjnej.
fraunhofer.de
