Dalam sektor bahan pertahanan, tuntutan adalah banyak tetapi pengesahan adalah jarang. Bahan-bahan Dr BEL telah mencapai apa yang kebanyakan pengasas teknologi mendalam hanya janjikan: 13 bulan operasi berterusan dalam Orbit Rendah Bumi di zon luar Sabuk Van Allen—persekitaran sinaran paling keras yang boleh dicapai oleh kejuruteraan manusia.
Pengesahan perkakasan angkasa mewakili isyarat pengurangan risiko yang paling tinggi. Bahan mesti bertahan getaran pelancaran (sehingga 14g), pelepasan gas vakum, kitaran terma (-150°C hingga +120°C), fluens oksigen atom, degradasi ultraviolet, dan fluks sinaran kosmik berterusan. Tiada simulasi terestrial yang mereplikasi gabungan tekanan persekitaran ini.
Eksperimen ISS/JAXA-Kibo mengesahkan bukan sahaja prestasi bahan di bawah sinaran tetapi konsistensi pembuatan, kestabilan formulasi, dan integriti struktur di bawah keadaan operasi. Bahan yang kembali berfungsi dari angkasa mempunyai kelayakan yang terbukti mustahil untuk direplikasi dalam mana-mana makmal berasaskan tanah.
Konfigurasi Eksperimen
| Platform | Stesen Angkasa Antarabangsa (ISS) |
|---|---|
| Modul | Modul Eksperimen Jepun Kibo |
| Kemudahan | Kemudahan Terdedah (JEM-EF) |
| Perkakasan | Mekanisme Lampiran Pegangan Eksperimen Terdedah (ExHAM) |
| ID Eksperimen | 8071 |
| Tempoh Pendedahan | 13 bulan (November 2018 – Disember 2019) |
| Altitud Orbit | ~400 km (Orbit Rendah Bumi) |
| Persekitaran Sinaran | Zon luar Sabuk Van Allen, laluan Anomali Atlantik Selatan |
Sistem Bahan
Bahan Utama: Nanokomposit PMMA/Colemanite (Ca2B6O11·5H2O)
Seni Bina: Matriks polimer diperkuat nanopartikel boron-oksida
Fungsi: Pelindung sinaran melalui termalisasi neutron dan pelemahan gamma melalui keratan rentas boron tinggi
Pendedahan Persekitaran
- Vakum: <10⁻⁶ Torr berterusan
- Kitaran Terma: -150°C hingga +120°C (tempoh orbit 90 minit)
- Fluens Oksigen Atom: ~2×10²⁰ atom/cm² (bersamaan dengan 1+ tahun LEO)
- Sinaran Kosmik: Proton Sabuk Van Allen, sinar kosmik galaksi, peristiwa partikel suria
- Sinaran UV: UV suria tidak ditapis termasuk UV vakum <200nm
Keputusan Prestasi Disahkan
| Metrik Prestasi | Keputusan Disahkan |
|---|---|
| Peningkatan Pelindung Sinar Gamma | Peningkatan 11.1% berbanding PMMA asas |
| Peningkatan Pelindung Neutron | Peningkatan 38.56% berbanding PMMA asas |
| Prestasi Pelemahan Beta | Disahkan dalam persekitaran proton/elektron Sabuk Van Allen |
| Integriti Struktur Bahan | Dikekalkan melalui pendedahan 13 bulan—tiada delaminasi, retak, atau kehilangan jisim yang ketara |
| Pengekalan Sifat Optik | Ciri-ciri transmitan dipelihara selepas pendedahan |
| Rintangan Oksigen Atom | Pengunduran permukaan dalam parameter yang boleh diterima untuk tempoh misi LEO |
Kepentingan Teknikal
Peningkatan pelindung neutron 38.56% adalah amat penting untuk aplikasi angkasa. Sinaran neutron—terutamanya daripada interaksi sinar kosmik galaksi dengan struktur kapal angkasa—mewakili masalah pelindungan paling mencabar dalam penerbangan angkasa manusia. Keratan rentas penangkapan neutron tinggi Boron-10 (3,840 barn untuk neutron terma) membolehkan termalisasi dan penyerapan berkesan tanpa penalti jisim penyederhana polietilena tradisional.
Peningkatan sinar gamma 11.1% menunjukkan bahawa penyebaran nanopartikel colemanite meningkatkan dan bukannya menjejaskan ciri-ciri pelemahan foton matriks—satu titik pengesahan kritikal untuk aplikasi persekitaran pelbagai sinaran.
Cabaran Persekitaran Angkasa
Kelayakan angkasa mewakili standard emas dalam pengesahan bahan
Persekitaran Sinaran
ISS mengorbit dalam dan di bawah sabuk sinaran Van Allen, mengalami pendedahan berterusan kepada:
- Proton terperangkap (fluks puncak pada 200-600 km)
- Elektron terperangkap (sabuk dalam dan luar)
- Sinar kosmik galaksi (ion berat hingga besi)
- Zarah bertenaga suria
- Laluan Anomali Atlantik Selatan
Ekstrem Terma
ISS mengalami 16 matahari terbit dan terbenam sehari. Bahan pada kemudahan terdedah mengalami kitaran antara kira-kira -150°C (gerhana) dan +120°C (cahaya matahari langsung) setiap 90 minit.
Kitaran terma ini—lebih 5,000 kitaran semasa misi 13 bulan—menguji keletihan bahan, ketidakpadanan CTE pada antara muka, dan integriti struktur dengan cara yang mustahil untuk direplikasi secara terestrial.
Oksigen Atom
Orbit Rendah Bumi mengandungi oksigen atom sisa pada ketumpatan yang mencukupi (~10⁸ atom/cm³ pada 400 km) untuk menyebabkan hakisan permukaan yang ketara bahan organik.
Polimer yang bertahan pendedahan LEO tanpa salutan pelindung mempunyai rintangan semula jadi terhadap degradasi oksidatif—ciri yang berharga untuk aplikasi tempoh lama.
Organisasi Kerjasama
Agensi Penerokaan Aeroangkasa Jepun (JAXA)
Peranan: Operasi modul Kibo, penyediaan perkakasan ExHAM, logistik pemulangan sampel, penyelarasan eksperimen
Sumbangan: Akses kepada platform pendedahan luaran ISS, sokongan analisis sampel selepas penerbangan
Agensi Angkasa Turki (TUA)
Peranan: Penyelarasan nasional, sokongan peraturan, pemudahcaraan perjanjian antarabangsa
Sumbangan: Rangka kerja kerjasama angkasa kerajaan-ke-kerajaan membolehkan akses penyelidikan Turki kepada kemudahan ISS
Universiti Teknikal Istanbul (ITU)
Peranan: Institusi utama akademik, akses kemudahan, pencirian bahan
Jabatan: Institut Tenaga, Kejuruteraan Bahan
Sumbangan: Persediaan pra-penerbangan, pencirian sinaran selepas penerbangan, penyeliaan tesis
Universiti Teknologi PETRONAS (Malaysia)
Peranan: Kerjasama penyelidikan antarabangsa
Sumbangan: Magnetometri sampel bergetar (VSM) untuk pencirian magnetik, spektroskopi Raman untuk analisis struktur molekul
Pembentangan Antarabangsa a regional space forum
Dr Tayfun BEL membentangkan "Pengalaman Turki ISS-KIBO" di Forum Agensi Angkasa Rantau Asia-Pasifik ke-26 (a regional space forum), Kumpulan Kerja Penggunaan Persekitaran Angkasa, Dewan Konvensyen Nagoya, Jepun, 26 November 2019.
Sesi ini meletakkan Dr BEL bersama perwakilan daripada:
Japan
USA
Republic of Korea
Thailand
Indonesia
Turkey
Dari Warisan Angkasa kepada Produk Pertahanan
Wawasan sains bahan yang disahkan melalui ISS memaklumkan secara langsung produk komersial Belvyon
Kanopi Bahan Pintar VELON-G
Kestabilan matriks polimer di bawah sinaran dan kitaran terma disahkan melalui warisan ISS. Seni bina berasaskan PMMA yang sama—kini dipertingkatkan dengan penyertaan metamaterial graphene-ITO—menunjukkan keyakinan dalam kebolehbertahanan operasi tempoh lama untuk aplikasi kanopi pesawat pejuang.
Ketahui Lebih LanjutSubstrat Neuromorfik SYNAPLEX
Asas toleransi sinaran ditubuhkan melalui pengesahan nanokomposit colemanite. Seni bina fluoropolimer SYNAPLEX mewarisi prinsip reka bentuk daripada formulasi polimer yang layak angkasa, mensasarkan toleransi dos jumlah >500 kGy untuk aplikasi AI berasaskan angkasa.
Ketahui Lebih LanjutPerisai Balistik TOPSPOT
Prinsip kejuruteraan antara muka polimer-seramik daripada komposit pelindung sinaran digunakan untuk perlindungan balistik. Seni bina FGM (Bahan Bergred Berfungsi) mendapat manfaat daripada kepakaran formulasi matriks yang dibangunkan melalui pengoptimuman sistem bahan ISS.
Ketahui Lebih LanjutPenerbitan Dikaji Rakan Sebaya
Penerbitan Utama
Bel, T., Mehranpour, S., Sengul, A.V., Camtakan, Z., Baydogan, N. "Electron beam penetration of poly (methyl methacrylate)/colemanite composite irradiated at low earth orbit space radiation environment." Wiley Journal — Keputusan eksperimen ExHAM ISS/JAXA-Kibo.
Penerbitan Berkaitan
[1] Bel, T., Arslan, C., Baydogan, N. "Radiation Shielding Properties of Poly (Methyl Methacrylate) / Colemanite Composite for the use in Mixed Irradiation Fields of Neutrons and Gamma Rays." Materials Chemistry and Physics (SCI), DOI: 10.1016/j.matchemphys.2018.09.014, September 2018.
[2] Bel, T., Cakar, H., Yahya, N., Arslan, C., Baydogan, N. "Investigation of the Bubble Effect in Lightweight PMMA Polymer." Defect and Diffusion Forum, Vol. 380, pp. 227-231, 2017.
[3] Bel, T., Baydogan, N., Cimenoglu, H. "Chapter 18: Effect of Curing Time on Poly(methacrylate) Living Polymer." Energy Systems and Management, Springer, 2015, pp. 193-198.