-코우노토리(HTV)3호기에 사용-
우주 항공 연구 개발 기구(JAXA)에서는 인공 위성 등의 우주기를 우주 환경으로부터 보호하는 「내원자상 산소 코팅」 개발을 토아고세이 주식회사와 공동으로 실시하고 있습니다. 이 코팅은 코우노토리(HTV) 3호기 기체 식별 마크(히노마루와 로고(HTV3, JAPAN)) 보호재로 사용되고 있습니다. (코우노토리 3호기는 2012년 7월 21일 발사되어, 현재 국제 우주 스테이션에 계류중입니다.)
기체 식별 마크는 코우노토리 3호기의 추진 모듈(진행 방향의 최후방; [사진1])과 폭로 팔레트[사진2]에 부착되어 있습니다. 폭로 팔레트가 국제우주 스테이션 ISS에 계류되어 장기간에 걸쳐 외관을 계속 유지할 수 있을 것 이라고 기대를 하고 있습니다.
국제 우주 스테이션이나 지구 관측 위성이 비행하는 지구 저궤도 환경(예를 들면, 고도 700km이하) 에서는 원자상 산소(AO: Atomic Oxygen)가 존재하고 폴리 이미드를 포함한 고분자 재료는 원자상 산소와의 충돌에 의해 침식되어버립니다. (원자상 산소와의 반응으로 재료가 가스화 되어 소실. 깎인 이미지)이 궤도에서는 재료 열화의 주 원인이 원자상 산소입니다.
원자상 산소는 낮은 지구 궤도에 존재하는 산소분자가 태양광의 강한 자외선을 받아 원자상에 분 리한 것입니다.
이것을 막기 위해 폴리 이미드 표면에는 원자상 산소에 내성을 가지는 산화물(실리카 등)이나 금속 막을 코팅하는 것이 일반적이지만, 손상되기 쉬운 결점이 있습니다. 상대가 산소 원자이기 때문에 미세한 균열에도 침입해 폴리 이미드 필름을 침식하고 있습니다. [사진3]
인공 위성 등의 우주기 외부표면에는 단열을 위해서 고분자 필름을 적층한 다층 단열재(MLI:Multi-Layer Insulation)이 폭넓게 사용되고 있습니다. 다층 단열재의 가장 외부층에는 내열성, 내방사선, 내자외선성이 뛰어난 폴리 이미드 필름이 주로 사용됩니다. 한편, 국제 우주 스테이션이나 지구 관측 위성, 코우노토리 등이 비행하는 지구 저궤도 환경(예를 들면 고도 700km이하)에는 그곳에 존재하는 원자상 산소로부터의 보호가 과제입니다.
때문에, JAXA에서는 새로운 실리콘계 재료인 Silsesquioxane(토아고세이㈜ 제조 광경화형 SQ시리즈)를 내원자상 산소 코팅으로서 폴리 이미드를 시작으로하는 우주용 재료에 적용하는 연구개발을 하고 있습니다. Silsesquioxane은 실리콘(유기적)과 실리카(무기적)의 중간적 성질을 가진 유기-무기 하이브리드 재료입니다.
[표1]과 같이 내환경성와 유연성, 시공성(밀착성)의 밸런스가 좋기 때문에 시공하고 쉽고, 잘 깨지지 않으면서도 방사선, 자외선 등의 우주 환경의 내성에도 뛰어난 이상적인 내원자 산소 코팅으로서 기대할 수 있고, 우주 환경과 유사한 각종 지상 시험(원자상 산소, 자외선, 전자선 등의 조사)에도 뛰어난 특성이 확인되고 있습니다.
[그림2,3] 또한, 우주용 고분자 재료로서도 문제가 되기 쉬운 아웃개스(진공 중의 가스가 휘발되는 현상. 주위를 오염시키기 때문에, 문제가 됨)도 상당히 적은 것으로 시험에서 확인이 되었습니다.
또한, 이 코팅은 액상으로 도포를 할 수 있고, 자외선 조사에 의해 경화시키는 것이 가능합니다. 기존 탄화물계 코팅은 Spattering 장치안에서 막 생성이 필요했습니다만, 이 코팅은 “칠하는 보호막”으로서 복잡한 형상이나 다품종/소부위에 적용, 게다가 우주기 조립 중의 보수 등에도 활용이 기대되고 있습니다.
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