저 지구궤도 우주환경이 폴리머에 미치는 영향(Space environment effects on polymers in low earth orbit)

전문가 제언

□ LEO(200~700km)에서 우주선의 폴리머 및 이의 복합재료에 영향하는 인자들은 고진공, 우주방사선, 열 사이클링, 원자산소, 미세운석, 인조 부스러기, 무중력 및 증발 등이 있다. 이 중에서 ATOX는 가장 영향을 많이 주는 화학종으로서 250km고도에서 이의 농도는 109원자/cm3으로서 10-7 Torr의 진공에 상당하다. 우주선의 빠른 궤도속도(8km/s)와 산소원자가 충돌하여 산소원자는 5eV의 운동에너지를 가진다. 이런 ATOX에 우주선의 폴리머재질이 노출되면 현저한 표면 침식과 재료물질의 질량손실이 가속화 된다. 재질의 열화는 질량손실 뿐 아니라 열적, 전기적 및 기계적 성능의 저하도 가져올 수밖에 없다고 생각된다. 그러므로 우주선을 장기운행하기 위해서 무엇보다 중요한 것은 우주선재질에 ATOX영향을 차단하는 것이 일차적인 관건이다.

□ 우주선에서 침식된 재질은 표면 수 μm범위에서 형태구조학적 특성을 변경하고 표면이 거칠어지며 여러 가지 재질의 성질에 비가역적 변화를 초래한다. 우주관련 폴리머 및 복합재료의 보호는 몇 가지 방법으로 수행되고 있다. 두꺼운 유리 절연체로부터 정교한 박막 필름 코팅, 유기 금속화합물을 첨가하거나 또는 이온 이식 등의 여러 가지 방법이 있다. 박막 보호 필름 코팅은 규소 및 알루미늄 산화물로 한다. 이때 열 사이클 또는 ATOX에 의한 미세바늘 구멍, 균열 등의 발생가능성에 대하여 면밀히 검토되어야 할 것이다. 보호막 성질을 높이기 위해 얇은 SiO2코팅은 폴리머의 외부표면에 플라스마 화학증착을 하여 SiO2코팅의 국부적 손상을 덮어 싼다. Kapton, 다른 폴리머 및 복합재료에 이런 코팅과 스퍼터링 증착으로 코팅한 SiO2층을 비교한 결과 결함을 발견할 수 없었다. 이런 코팅의 ATOX 및 자외선에 대한 내구성도 시험한 결과 양호한 결과를 얻었다. 이 외에도 다원소 및 다층코팅과 같은 몇 가지 미래지향적인 코팅기술이 계속 연구되고 지상의 LEO모의실험장치에서 시험 중에 있다.

□ 일반적으로 보호막 코팅의 요건은 ATOX공격으로부터 저항성, 유연성 및 내마모성을 가져야 하고, 기질에 열이나 광학적 성질을 변경하지 않으면서 자외선에 견디어야 할 것으로 생각되며, 코팅층에 원자산소를 분자산소로 재결합하는 적절한 촉매의 사용이 필요할 것으로 판단된다.

저자

Grossman, E.; Gouzman, I.

자료유형

원문언어

영어

기업산업분류

화학·화공

연도

2003

권(호)

208

잡지명

Nuclear Instruments & Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms

과학기술
표준분류

화학·화공

페이지

48~57

분석자

서*석

분석물

• 저 지구궤도 우주환경이 폴리머에 미치는 영향.pdf [193,566 byte]

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