Tanka plastična folija kakva se već koristi u svemirskoj tehnici mogla bi dobiti novu ulogu u budućim bazama na Mjesecu. Istraživači Sveučilišta u Pennsylvaniji složili su stotine slojeva Mylara i pokazali da takav materijal u vakuumu može dobro toplinski izolirati, a istodobno podnijeti snažno stiskanje.
Rezultati, objavljeni u časopisu ACS Applied Materials & Interfaces, odnose se na laboratorijske uzorke površine približno jednog četvornog centimetra. Tim tek treba razviti postupak izrade mnogo većih ploha, no dobivena izolacija otporna na pritisak mogla bi se koristiti za zaštitu budućih nastambi, vozila i opreme na Mjesecu.
Izolacija mora podnijeti prijevoz i postavljanje
Toplinska zaštita u svemiru često se sastoji od vrlo tankih slojeva. Takva izolacija može učinkovito ograničavati prijenos topline zračenjem, ali pritiskanje slojeva ili njihovo oštećenje može narušiti njezina svojstva. Za gradnju i održavanje baze to je važan problem: materijal mora izdržati prijevoz, postavljanje i slučajne udarce.
Mylar je trgovački naziv za poliestersku foliju, preciznije dvoosno orijentirani polietilen-tereftalat. U kombinaciji s metalnim premazom poznat je i iz sjajnih zaštitnih pokrivača koji pomažu zadržati tjelesnu toplinu. Novi se rad oslanja na poznatu foliju, ali ispituje drukčije sastavljene i dodatno obrađene slojeve.
Tim Danielle R. Levin i Igora Bargatina proučavao je folije debljine 2,5, 5 i 12,5 mikrometara. Dio je uzoraka presvučen iznimno tankim slojem aluminijeva oksida kako bi folija postala kruća. Zatim su ih slagali jednu na drugu, dobivajući između 80 i 400 slojeva po milimetru debljine. Tako dobivenu izolaciju nazvali su HyLIFS, prema engleskom nazivu za hibridne sklopove izolacijskih folija.
Dobro izolira i pod pritiskom
U vakuumu su najbolji uzorci postigli toplinsku vodljivost od približno 2,2 milivata po metru i kelvinu. Mjerenja su provedena pri tlačnom opterećenju od 0,1 megapaskala i temperaturama od 35 do 120 Celzijevih stupnjeva. Niska toplinska vodljivost znači da se toplina kroz materijal prenosi sporo, a izmjerene su vrijednosti usporedive s drugim vrlo učinkovitim vrstama vakuumske izolacije.
U zasebnim mehaničkim ispitivanjima materijal je podnio opterećenja veća od 20 megapaskala. Prema izvješću sveučilišta, uzorci su izdržali deset uzastopnih ciklusa stiskanja bez znatnog gubitka izolacijskih svojstava ili mehaničke otpornosti. To je važna razlika u odnosu na izolatore koji dobro rade dok su neoštećeni, ali pod pritiskom gube učinkovitost. Dosadašnji pokusi obuhvatili su temperature od 35 do 120 stupnjeva. Još treba utvrditi kako bi se izolacija ponašala izvan tog raspona, u uvjetima na Mjesečevoj površini.
Toplina se prenosi preko sitnih dodirnih točaka
Važnu ulogu imaju mikroskopske čestice koje proizvođači već dodaju foliji kako se susjedni listovi ne bi lijepili. One malo izviruju iz površine i održavaju razmak između slojeva. Istraživači su usporedili modele prijenosa topline s mjerenjima te zaključili da se u vakuumu toplina najvećim dijelom provodi preko tih sitnih dodirnih točaka.
Zbog toga tanja folija ne mora automatski biti i bolji izolator. U manji prostor može stati više slojeva, ali broj dodira, krutost premaza i deformacija pod pritiskom također određuju koliko će topline proći kroz cijeli sklop. Prilagodbom veličine i rasporeda tih čestica istraživači bi mogli dodatno poboljšati izolaciju.
Najveći praktični izazov sada je proizvodnja. Rezanje i ručno slaganje malih uzoraka traje satima, dok bi za nastambe trebale plohe metarskih dimenzija. Autori razmatraju postupke kontinuiranog nanošenja premaza na velike role folije, ali treba provjeriti i kako će veći komadi podnositi ponovljeno savijanje i habanje. Tek će ti pokusi pokazati može li se takva izolacija pouzdano koristiti u budućim bazama na Mjesecu.
