रक्षा सामग्री क्षेत्र में, दावे प्रचुर हैं लेकिन सत्यापन दुर्लभ है। Dr BEL की सामग्रियों ने वह हासिल किया है जो अधिकांश डीप-टेक संस्थापक केवल वादा करते हैं: Van Allen Belts के बाहरी क्षेत्र में Low Earth Orbit में 13 महीने का निरंतर संचालन—मानव इंजीनियरिंग के लिए उपलब्ध सबसे प्रतिकूल विकिरण वातावरण।
अंतरिक्ष हार्डवेयर सत्यापन अंतिम जोखिम-कमी संकेत का प्रतिनिधित्व करता है। सामग्रियों को प्रक्षेपण कंपन (14g तक), निर्वात आउटगैसिंग, थर्मल साइक्लिंग (-150°C से +120°C तक), परमाणु ऑक्सीजन प्रवाह, पराबैंगनी गिरावट, और निरंतर ब्रह्मांडीय विकिरण प्रवाह से बचना होगा। पर्यावरणीय तनावों के इस संयोजन की प्रतिकृति बनाने वाला कोई स्थलीय सिमुलेशन नहीं है।
ISS/JAXA-Kibo प्रयोग न केवल विकिरण के तहत सामग्री प्रदर्शन को मान्य करता है बल्कि परिचालन स्थितियों के तहत विनिर्माण स्थिरता, फॉर्मूलेशन स्थिरता और संरचनात्मक अखंडता को भी मान्य करता है। अंतरिक्ष से कार्यात्मक रूप से लौटने वाली सामग्रियों में सिद्ध योग्यता साख हैं जिन्हें किसी भी जमीनी प्रयोगशाला में दोहराना असंभव है।
प्रयोग विन्यास
| प्लेटफॉर्म | अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन (ISS) |
|---|---|
| मॉड्यूल | Kibo जापानी प्रयोग मॉड्यूल |
| सुविधा | उजागर सुविधा (JEM-EF) |
| हार्डवेयर | उजागर प्रयोग हैंड्रेल संलग्नक तंत्र (ExHAM) |
| प्रयोग आईडी | 8071 |
| एक्सपोज़र अवधि | 13 महीने (नवंबर 2018 – दिसंबर 2019) |
| कक्षीय ऊंचाई | ~400 किमी (निम्न पृथ्वी कक्षा) |
| विकिरण वातावरण | Van Allen Belt बाहरी क्षेत्र, दक्षिण अटलांटिक विसंगति पारगमन |
सामग्री प्रणाली
प्राथमिक सामग्री: PMMA/Colemanite (Ca2B6O11·5H2O) नैनोकम्पोजिट
संरचना: बोरॉन-ऑक्साइड नैनोकण प्रबलित पॉलिमर मैट्रिक्स
कार्य: उच्च बोरॉन क्रॉस-सेक्शन के माध्यम से न्यूट्रॉन थर्मलाइज़ेशन और गामा क्षीणन के माध्यम से विकिरण परिरक्षण
पर्यावरणीय एक्सपोज़र
- निर्वात: <10⁻⁶ Torr निरंतर
- थर्मल साइक्लिंग: -150°C से +120°C (90 मिनट की कक्षीय अवधि)
- परमाणु ऑक्सीजन प्रवाह: ~2×10²⁰ परमाणु/cm² (1+ वर्ष LEO के बराबर)
- ब्रह्मांडीय विकिरण: Van Allen Belt प्रोटॉन, गैलेक्टिक कॉस्मिक किरणें, सौर कण घटनाएं
- UV विकिरण: निर्वात UV <200nm सहित अनफ़िल्टर्ड सौर UV
मान्य प्रदर्शन परिणाम
| प्रदर्शन मीट्रिक | मान्य परिणाम |
|---|---|
| गामा किरण परिरक्षण सुधार | बेसलाइन PMMA की तुलना में 11.1% सुधार |
| न्यूट्रॉन परिरक्षण वृद्धि | बेसलाइन PMMA की तुलना में 38.56% वृद्धि |
| बीटा क्षीणन प्रदर्शन | Van Allen Belt प्रोटॉन/इलेक्ट्रॉन वातावरण में मान्य |
| सामग्री संरचनात्मक अखंडता | 13 महीने के एक्सपोज़र के माध्यम से बनाए रखा—कोई विस्तरीकरण, दरार, या महत्वपूर्ण द्रव्यमान हानि नहीं |
| ऑप्टिकल गुण प्रतिधारण | एक्सपोज़र के बाद संप्रेषण विशेषताएं संरक्षित |
| परमाणु ऑक्सीजन प्रतिरोध | LEO मिशन अवधि के लिए स्वीकार्य मापदंडों के भीतर सतह मंदी |
तकनीकी महत्व
38.56% न्यूट्रॉन परिरक्षण वृद्धि अंतरिक्ष अनुप्रयोगों के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। न्यूट्रॉन विकिरण—मुख्य रूप से अंतरिक्ष यान संरचनाओं के साथ गैलेक्टिक कॉस्मिक किरण इंटरैक्शन से—मानव अंतरिक्ष यान में सबसे चुनौतीपूर्ण परिरक्षण समस्या का प्रतिनिधित्व करता है। Boron-10 का उच्च न्यूट्रॉन कैप्चर क्रॉस-सेक्शन (थर्मल न्यूट्रॉन के लिए 3,840 बार्न) पारंपरिक पॉलीथीन मॉडरेटर के द्रव्यमान जुर्माने के बिना प्रभावी थर्मलाइज़ेशन और अवशोषण को सक्षम बनाता है।
11.1% गामा किरण सुधार प्रदर्शित करता है कि colemanite नैनोकण फैलाव मैट्रिक्स की फोटॉन क्षीणन विशेषताओं को समझौता करने के बजाय बढ़ाता है—बहु-विकिरण पर्यावरण अनुप्रयोगों के लिए एक महत्वपूर्ण सत्यापन बिंदु।
अंतरिक्ष पर्यावरण चुनौतियाँ
अंतरिक्ष योग्यता सामग्री सत्यापन में स्वर्ण मानक का प्रतिनिधित्व करती है
विकिरण वातावरण
ISS Van Allen विकिरण बेल्ट के भीतर और नीचे परिक्रमा करता है, निरंतर एक्सपोज़र का अनुभव करता है:
- फंसे प्रोटॉन (200-600 किमी पर चरम प्रवाह)
- फंसे इलेक्ट्रॉन (आंतरिक और बाहरी बेल्ट)
- गैलेक्टिक कॉस्मिक किरणें (लौह तक भारी आयन)
- सौर ऊर्जावान कण
- दक्षिण अटलांटिक विसंगति पारगमन
तापमान चरम सीमाएं
ISS प्रति दिन 16 सूर्योदय और सूर्यास्त का अनुभव करता है। उजागर सुविधा पर सामग्री हर 90 मिनट में लगभग -150°C (ग्रहण) और +120°C (प्रत्यक्ष सूर्य का प्रकाश) के बीच चक्र करती है।
यह थर्मल साइक्लिंग—13 महीने के मिशन के दौरान 5,000 से अधिक चक्र—सामग्री थकान, इंटरफेस पर CTE बेमेल, और संरचनात्मक अखंडता का परीक्षण उन तरीकों से करती है जिन्हें स्थलीय रूप से दोहराना असंभव है।
परमाणु ऑक्सीजन
निम्न पृथ्वी कक्षा में पर्याप्त घनत्व (~400 किमी पर 10⁸ परमाणु/cm³) पर अवशिष्ट परमाणु ऑक्सीजन होती है जो जैविक सामग्रियों के महत्वपूर्ण सतह क्षरण का कारण बनती है।
पॉलिमर जो सुरक्षात्मक कोटिंग्स के बिना LEO एक्सपोज़र से बचते हैं, उनमें ऑक्सीडेटिव गिरावट के लिए अंतर्निहित प्रतिरोध होता है—लंबी अवधि के अनुप्रयोगों के लिए एक मूल्यवान विशेषता।
सहयोगी संगठन
Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA)
भूमिका: Kibo मॉड्यूल संचालन, ExHAM हार्डवेयर प्रावधान, नमूना वापसी रसद, प्रयोग समन्वय
योगदान: ISS बाहरी एक्सपोज़र प्लेटफॉर्म तक पहुंच, उड़ान के बाद नमूना विश्लेषण समर्थन
Turkish Space Agency (TUA)
भूमिका: राष्ट्रीय समन्वय, नियामक समर्थन, अंतर्राष्ट्रीय समझौता सुविधा
योगदान: सरकार-से-सरकार अंतरिक्ष सहयोग ढांचा जो तुर्की अनुसंधान को ISS सुविधाओं तक पहुंच सक्षम करता है
Istanbul Technical University (ITU)
भूमिका: शैक्षणिक गृह संस्थान, सुविधा पहुंच, सामग्री विशेषता
विभाग: ऊर्जा संस्थान, सामग्री इंजीनियरिंग
योगदान: उड़ान पूर्व तैयारी, उड़ान के बाद विकिरण विशेषता, थीसिस पर्यवेक्षण
Universiti Teknologi PETRONAS (Malaysia)
भूमिका: अंतर्राष्ट्रीय अनुसंधान सहयोग
योगदान: चुंबकीय विशेषता के लिए कंपन नमूना चुंबकत्व (VSM), आणविक संरचना विश्लेषण के लिए रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी
a regional space forum अंतर्राष्ट्रीय प्रस्तुति
Dr Tayfun BEL ने 26वें एशिया-प्रशांत क्षेत्रीय अंतरिक्ष एजेंसी फोरम (a regional space forum), अंतरिक्ष पर्यावरण उपयोग कार्य समूह, नागोया कन्वेंशन हॉल, जापान, 26 नवंबर 2019 में "ISS-KIBO का तुर्की अनुभव" प्रस्तुत किया।
सत्र ने Dr BEL को निम्नलिखित से प्रतिनिधियों के साथ रखा:
Japan
USA
Republic of Korea
Thailand
Indonesia
Turkey
अंतरिक्ष विरासत से रक्षा उत्पादों तक
ISS के माध्यम से मान्य सामग्री विज्ञान अंतर्दृष्टि सीधे Belvyon के वाणिज्यिक उत्पादों को सूचित करती है
VELON-G स्मार्ट सामग्री कैनोपी
ISS विरासत के माध्यम से विकिरण और थर्मल साइक्लिंग के तहत पॉलिमर मैट्रिक्स स्थिरता मान्य। वही PMMA-आधारित संरचना—अब ग्राफीन-ITO मेटामटेरियल समावेश के साथ बढ़ाया गया—फाइटर कैनोपी अनुप्रयोगों के लिए लंबी अवधि के परिचालन उत्तरजीविता में विश्वास प्रदर्शित करता है।
और जानेंSYNAPLEX न्यूरोमॉर्फिक सब्सट्रेट
colemanite नैनोकम्पोजिट सत्यापन के माध्यम से स्थापित विकिरण सहिष्णुता नींव। SYNAPLEX की फ्लोरोपॉलिमर संरचना अंतरिक्ष-योग्य पॉलिमर फॉर्मूलेशन से डिज़ाइन सिद्धांतों को विरासत में लेती है, अंतरिक्ष-आधारित AI अनुप्रयोगों के लिए >500 kGy कुल खुराक सहिष्णुता को लक्षित करती है।
और जानेंTOPSPOT बैलिस्टिक कवच
बैलिस्टिक सुरक्षा के लिए लागू विकिरण परिरक्षण कम्पोजिट से पॉलिमर-सिरेमिक इंटरफेस इंजीनियरिंग सिद्धांत। FGM (कार्यात्मक रूप से वर्गीकृत सामग्री) संरचना ISS सामग्री प्रणाली अनुकूलन के माध्यम से विकसित मैट्रिक्स फॉर्मूलेशन विशेषज्ञता से लाभान्वित होती है।
और जानेंसमीक्षित प्रकाशन
प्राथमिक प्रकाशन
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 — ISS/JAXA-Kibo ExHAM experiment results.
संबंधित प्रकाशन
[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.