Окончательная отделка поверхностей в аэрокосмической промышленности

Спустя 80 лет, мы вспоминаем, какой вклад внесла окончательная отделка в космические проекты NASA.

Создание NASA и космическая гонка на Луну является одним из важнейших достижений в истории человечества. Это одна из причин, почему мой дед Чарльз Эйдшун купил упомянутую выше компанию Dixie Plating в г. Клируотер, штат Флорида, в начале 1960-х годов и стал заниматься гальванопокрытиями в аэрокосмических целях.

В то время Dixie Plating была признана важнейшим поставщиком для компании Боинг, и я знаю от своего дяди, которого тоже звали Чарльз Эйдшун, какое это было сумасшедшее время для гальванической промышленности.

Рисунок 1. В период освоения космоса компания Boeing признала компанию Dixie Plating главным поставщиком.Рисунок 1. В период освоения космоса компания Boeing признала компанию Dixie Plating главным поставщиком.

Изучая связь между космосом и окончательной отделкой, я понял, что переезд моей семьи во Флориду был результатом переезда во Флориду многих крупных аэрокосмических компаний. Это заставило меня заглянуть в историю окончательной отделки в аэрокосмическом производстве на 50 с лишним лет назад и изучить влияние, которое она оказала на эту отрасль и, конечно, на наше семейное предприятие по нанесению покрытий.

Чтобы отправиться на Луну и решить задачи, связанные с полетом в космос, потребовалось множество инновационных разработок в области финишной отделки. Новые продукты и процессы помогли преодолеть проблемы радиации, коррозии и экстремальных условий окружающей среды, все это стало возможным благодаря развитию отрасли окончательной отделки поверхностей.

Однако решены не все задачи; все те же проблемы, которые были актуальны для космоса десятилетия назад, мы наблюдаем и сейчас.

Усовершенствованные методики испытаний помогают преодолевать эти трудности и способствуют выполнению будущих миссий. На следующем этапе исследования нам поможет программа испытаний материалов международной космической станции (MISSE), согласно которой ведется наблюдение за материалами в космосе.

ФЛОРИДА И ОСВОЕНИЕ КОСМОСА

Мой дядя Чарльз помнит, какой Флорида была на начальных этапах космической гонки и какой она стала теперь. Многое было поставлено на карту.

Хотя при покрытии и передаче поставщику деталей всегда присутствует определенная спешка.

Чарльз рассказывал, что они покрывали детали, которые уже на следующий день должны были использоваться в тестовом запуске Шаттла, в противном случае запуск бы не состоялся.

Наша первая работа проводилась для компаний Boeing, Honeywell и Sperry Microwave, и, среди прочего, включала в себя золочение электронных компонентов, и одна из лучших историй гласит, что из Boeing приходил чек с заданием незамедлительно изготовить для них детали. Они хотели оказать на нас давление, сразу отправляя чек, чтобы мы занялись их деталями в первую очередь, во что бы то ни стало. Это сработало. Мы провели несметное количество дней и ночей, работая над деталями, чтобы к сроку они были готовы.

Большинство гальванических покрытий для NASA наша компания выполняла из золота, серебра и родия.

Через некоторое время мы произвели изменения, о которых никогда бы не подумали, если бы не переехали во Флориду и не были вовлечены в эту отрасль.

ИННОВАЦИИ В ГАЛЬВАНОПОКРЫТИЯХ ДЛЯ АЭРОКОСМИЧЕСКОЙ ОТРАСЛИ

От влажной, склонной к коррозии среды в Космическом центре имени Кеннеди до экстремально высоких температур при выведении на орбиту или до  холодного вакуума в космосе, космическая программа вынуждена преодолевать одно неблагоприятное внешнее воздействие за другим.

Для решения этих проблем требовались инновации, тогда и сейчас. Поэтому сегодня возрастает потребность в новых технологиях, чтобы вывести нас на новый уровень освоения космоса.

Рисунок 2. Инновационные разработки, используемые NASA, включали в себя позолоченные козырьки для защиты от излучения.Рисунок 2. Инновационные разработки, используемые NASA, включали в себя позолоченные козырьки для защиты от излучения.

Первые разработки включали в себя позолоченные козырьки, которые использовались для защиты от излучения и солнечного света и были обработаны средствами против запотевания. Эти козырьки изготавливались из пластмассы; напыленный слой золота отражал инфракрасное излучение, поглощал ультрафиолетовое излучение и пропускал видимый свет. Покрытия Lockspray-Gold использовались на внутренних поверхностях переходных отсеков космических кораблей Джемини, чтобы понизить уровень излучения и обеспечить терморегулирование.

В рамках программы "Космическая транспортная система" были разработаны неразрушающие испытания. Некоторые из самых первых данных по контролю проникающим веществом, рентгеновскому контролю, ультразвуковым испытаниям и токовихревой дефектоскопии были основными методами неразрушающих испытаний, используемыми для проверки компонентов Шаттла при его производстве. Данные показали, что когда проверки проводились, можно было использовать достоверные данные, чтобы доказать необходимость испытаний.

Одним из приборов, созданных для этого, была микрокапсула, которая наполнялась необходимыми химическими веществами и могла четко показать, где возникает коррозия и насколько она серьезна. Она могла защитить от дальнейшего развития коррозии и, в некоторых случаях, устранить повреждение.

При производстве, поставке и испытании космического оборудования NASA требовало соблюдения жестких стандартов контроля качества и руководства программой.

Гальваническая промышленность многому научилась благодаря сотрудничеству с аэрокосмической отраслью. Отделочная промышленность, постоянно развиваясь, чтобы соответствовать жестким требованиям аэрокосмической отрасли, имела возможность сделать упор на повышение качества коммерческих систем.

При нанесении покрытий на такие компоненты, как коробки приводов, антенны, печатные платы, контактные кольца, исследовательский спутник и др., нельзя упускать из виду ни одного аспекта.

ГОТОВНОСТЬ РЕШАТЬ ЗАДАЧИ

Некоторые из начальных проблем, вызванных жесткими условиями космического пространства, привели к проблемам водородной хрупкости, образования трещин в конструкции и недостаточной защиты от излучения.

Водородное охрупчивание имеет крайне важное значение для космических кораблей. Проблемы возникли с кадмированными винтами, которые использовались на блокирующем механизме приводов двигателя ракеты Сатурн-5/S-1C в ходе миссии Аполлон-5. В Боинге была обнаружена проблема водородного охрупчивания, вызванного неполным обезводораживанием после нанесения покрытия на винты.

Проблемы, связанные с окончательной обработкой поверхности, препятствовали космическим полетам не единожды в прошлом. Кассини-Гюйгенс - спутник, запущенный в космос в 1997 году, выполнивший несколько миссий и исследующий Сатурн с 2004 года по настоящее время. В 2012 году короткое замыкание в некоторых приборах привело к необъяснимому сдвигу напряжения, и эти приборы пришлось отключить.

Рисунок 3. Компания Freedom Metal Finishing по-прежнему работает с крупнейшими поставщиками оборонной и аэрокосмической промышленностиРисунок 3. Компания Freedom Metal Finishing по-прежнему работает с крупнейшими поставщиками оборонной и аэрокосмической промышленности

В результате расследования было установлено, что лужение электронных компонентов вызвало рост нитевидных кристаллов и на других электрических компонентах, что привело к их выходу из строя. После проведения диагностики спутник пробыл в космосе еще четыре года, и в этом году планируется завершение очередной его миссии.

ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ В РАМКАХ ПРОГРАММЫ MISSE

Программа испытаний материалов на МКС (MISSE) в настоящее время рассматривает материалы и покрытия для испытания их поведения в космосе, решая такие задачи, как исследования с участием человека и потребность в легковесных защитных устройствах и конструкциях. Программа MISSE была создана для проверки выносливости новых материалов и устройств в космическом пространстве, например, испытание покрытий, используемых для контроля теплопоглощения и температуры излучения спутников.

В исследовании по программе MISSE оценивается работоспособность, устойчивость и долговременная живучесть компонентов, которые планируется использовать NASA, Министерством обороны США и коммерческими компаниями на низкой околоземной орбите (НОО), синхронной орбите и в межпланетных исследовательских миссиях.

Платформа для исследования длительного воздействия (LDEF) в 1990 году вернулась на Землю, проведя более 5 лет на низкой околоземной орбите, и доказала, что космическое пространство враждебно настроено ко многим материалам и компонентам космических аппаратов. Атомарный кислород, например, является самым распространенным видом атомных частиц, встречающихся на НОО, и высокоактивным по отношению к пластмассам и некоторым металлам, вызывая их разрушение.

Несколько характеристик космического пространства, исследованных с помощью LDEF, подвергли покрытия настоящему испытанию.

Ультрафиолетовое излучение, вызванное отсутствием атмосферного фильтра, разрушает и ухудшает внешний вид многих пластмасс и покрытий. Космический вакуум также изменяет физические свойства многих материалов. Воздействие метеороидов и космического мусора искусственного происхождения может повредить некоторые материалы в космосе.

Испытания, проводимые на Земле, имеют ограничения. Зачастую материал можно испытать только в одной среде, а испытание в космосе позволяет провести комплексный анализ с сочетанием жестких условий, описанных выше. Восемь различных миссий уже выполнены, а анализ все еще проводится.

Неблагоприятная космическая среда ограничивает полезный ресурс применяемых в настоящий момент покрытий, но новые покрытия уже разрабатываются. В проекте MISSE испытываются различные компоненты: от выключателей, датчиков и зеркал до материалов (например, полимеры), покрытий и композитных материалов. В рамках проекта MISSE в космическом пространстве было испытано более 4000 образцов материалов.

NASA СЕГОДНЯ И ЗАВТРА

Исследователи NASA по-прежнему тесно сотрудничают с предприятиями, занимающимися отделкой поверхностей, для решения проблемы коррозии металлов. Цель состоит в том, чтобы конструкции NASA и космические корабли были лучше защищены.

Сегодня лаборатория изучения коррозии в Космическом центре имени Кеннеди сотрудничает с такими предприятиями, чтобы снизить воздействие коррозии и даже разработать новые технологии защиты от коррозии. В выполняемой работе задействованы лаборатории по электрохимии, общей коррозии, коррозии бетона, нанесению покрытий и ускоренным коррозионным испытаниям.

Отделка металлов имеет обширную историю в аэрокосмической промышленности, и покрытия, разработанные для NASA, были созданы с использованием различных инноваций, которые сегодня широко применяются на практике. Как правило, технологии разрабатываются из-за наличия какой-либо проблемы или необходимости. Это относится и к окончательной отделке. Инновации имеют важное значение для аэрокосмических проектов и реализации предстоящих миссий NASA.