Інженери Пенсильванського університету розробили новий теплоізоляційний матеріал, який може допомогти захистити майбутні місячні бази від екстремальних температур і механічних пошкоджень. Він складається із сотень тонких шарів пластику Mylar, відомого також як матеріал для виготовлення рятувальних термоковдр. Результати дослідження опублікували в журналі ACS Applied Materials & Interfaces.
Розробку назвали HyLIFS — багатошарові гібридні ізоляційні плівки. Вона має розв’язати одну з головних проблем космічної теплоізоляції: матеріали, які добре утримують тепло, часто виявляються надто крихкими або погано витримують фізичне навантаження.
На Місяці обладнання повинне працювати в умовах різких температурних коливань — від сотень градусів нижче нуля до температури кипіння води. Крім того, ізоляція має витримувати транспортування, монтаж, обслуговування та випадкові удари.
Наявні технології мають певні обмеження. Аерогелі добре перешкоджають передачі тепла, але їхня пориста структура робить матеріал вразливим до пошкоджень. Багатошарова ізоляція, яку широко використовують у космосі, складається з відбивних плівок і проміжних шарів, проте такі конструкції можуть рватися та погано витримують значне навантаження.
Для нової розробки науковці використали Mylar — двовісно орієнтований поліетилентерефталат (BoPET). У поєднанні з алюмінієм він добре відбиває інфрачервоне випромінювання, завдяки чому допомагає зберігати тепло. Частину плівок дослідники додатково вкрили надтонким шаром оксиду алюмінію, щоб підвищити їхню жорсткість.
Під час випробувань у вакуумі найкращі зразки продемонстрували теплопровідність на рівні інших високоефективних вакуумних ізоляційних технологій, зберігаючи водночас гнучкість.
Механічні тести також показали високу стійкість матеріалу. Зразки багаторазово стискали під тиском близько 20 мегапаскалів — приблизно 2900 фунтів на квадратний дюйм. Це відповідає навантаженню, за якого сила близько 90 кілограмів припадає на площу розміром із кінчик пальця. Навіть після десяти послідовних циклів стискання ізоляційні властивості матеріалу збереглися.
Дослідники також з’ясували, що на передачу тепла впливають мікроскопічні частинки, які виробники додають до Mylar, щоб тонкі плівки не злипалися. Вони утворюють невеликі точки контакту між сусідніми шарами. Саме через ці ділянки, як показало моделювання, у вакуумі переважно передається тепло між плівками.
Це відкриває можливість точніше керувати теплоізоляційними властивостями матеріалу, змінюючи розмір, кількість і розподіл таких частинок. Водночас експерименти виявили, що найтонші плівки не обов’язково забезпечують найкращу ізоляцію: додаткові точки контакту між шарами можуть збільшувати передачу тепла.
Поки що дослідники виготовляють зразки площею лише близько одного квадратного сантиметра. Їхнє ручне складання займає кілька годин, тому для практичного використання потрібно розробити швидший спосіб виробництва великих конструкцій. Серед можливих рішень — безперервне нанесення покриттів на рулони плівки.
Надалі матеріал планують перевірити у більших масштабах, зокрема на стійкість до згинання, ударів і стирання. Якщо результати підтвердяться, HyLIFS може стати основою теплоізоляції місячних поселень, скафандрів, місяцеходів, електроніки та іншого обладнання, розрахованого на тривалу роботу в космосі.
