往時宇宙飛翔物体 システム機械設計屋の彼是

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人工衛星の設計・製造・管理をしていた宇宙のシステム・機械設計者が人工衛星の機械システムや宇宙ブログ的なこと、そして、横道に反れたことを覚え書き程度に残していく設計技術者や管理者、営業向けブログ

【宇宙機とポリイミド】宇宙服や月にも残っている芳香族化合物

芳香族化合物という呼称は宇宙業界ではあまり聞かないかもしれない

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芳香族化合物とは、だいたいはベンゼン環を含む化合物と定義されていますが、簡単に言うと六角形の分子構造を持ち、一部が二重結合で示される、本来は1.5~1.8重結合の物体のことを指しています。

六角形の形状が集まっていると、化学的な気もするし、近未来的な感じもする不思議な構造式です。

 

最初に発見されたのはベンゼンですが、その後、香料の化学構造に多いことからベンゼンの化学構造を持つ化合物の多くを、芳香族化合物と呼ばれるようになりました。

 

宇宙業界で芳香族化合物といえば、ポリイミドになります。

ポリイミドは、熱に強いだけではなく、放射線耐性も持ち、高い絶縁性、そしてガスの放出が少ないことから、軌道上での寿命が長いことが知られています。

熱に強く、それ自体も高い強度を持つためにフィルムやシート、テープに加工され、人工衛星をはじめ、軍用機やミサイルにも使用されます。

 

参考

www.kenq.net

www.chem-station.com

芳香族ポリイミド製品

http://www.cistec.or.jp/publication/teisei_data/zusetu_tuujouheiki/5p.pdf

www.nitto.com

www.pmaj.or.jp

ポリイミドテープとカプトンテープ

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芳香族ポリイミドによるフィルム、シート、テープ又は、リボン上のものは兵器に使用されるため、輸出貿易管理令の対象となるので注意が必要です。

このポリイミドテープですが、名称として絶縁体熱テープのほかにカプトンテープとも呼ばれています。

むしろカプトンテープあるいはカプトン(Kapton®)という名前の方がよく聞かれると思います。

最近ではカプトンテープ以外のポリイミドテープも高い性能があるため、仕様書や手順書、材料リストではポリイミドテープに名称を変更することも発生しています。

性能はもとより、テープに張り付けられている接着剤の性能が、各社によって違うため、使用用途によって使い分けられているのかもしれません。

 

さて、カプトンという名称は宇宙業界ではよく聞かれ、新しい話ですと国際宇宙ステーションデブリあるいは隕石により穴が開いたときにカプトンテープや接着剤を使用して防いだという話。

 もう一つはアメリカのアポロ計画に使用されていた宇宙服に、当時、新素材であったカプトンフィルムが使用されていたということです。

カプトンは、1960年にアメリカのデュポン社で開発され、1965年に実用化された素材で、1969年のアポロ11号に使用されていたことが変わっています。

 NASAに打ち上げから6日目、月からの離陸の際のニール・アームストロング宇宙飛行士と地上管制局とのやり取りが残っています。

 

137:17:50 Duke: Roger. Copy. Also, did you notice - was there any indication of any dust cloud as you lifted off? Over.
137:18:02 Armstrong: Not very much. There was quite a bit of Kapton and parts of the LM that went out in all directions, usually for great distances, as far as I can tell. But I don't remember seeing anything of a dust cloud to speak of.
137:18:21 Duke: Roger. Understand all you could see was parts of the LM going out. What was your - your first - first comment? Over.
137:18:35 Armstrong: I don't remember. Just could see Kapton and other parts of the LM staging scattering all around the area for great distances, but I didn't see much dust.
137:18:50 Duke: Rog. Thank you very much.
[Comm break.]
[Unintended coverage by dust kicked up at lift-off could account for the seismometer absorbing more heat than intended. Apollo 11 did not have film coverage of the moment of lift-off but this film, taken two years later of the Apollo 15 lunar lift-off, does show that the descent stage formed an effective shield to keep the rocket blast from stirring up the surface dust. It also shows the Kapton foil insulation flying away form the descent stage on ballistic paths.]

137:25:42 Armstrong: 11. Roger.
[Long comm break.]
[The crew are preparing to impart a rolling motion to the spacecraft to even out temperatures across its surfaces. This is the Passive Thermal Control or PTC mode. Before they begin the roll, they want the CSM to be as still as possible, minimising as many unwanted rotations. This is thought to help the subsequent roll to be stable and allow the crew to sleep without having to be awakened to restart it.]
Public Affairs Officer - This is Apollo Control at 137 hours, 27 minutes. At this time, Apollo 11 is traveling at a speed of about 4,982 feet per second [1,519 m/s]. At - Is about 5,900 nautical miles [10,900 km] from the Moon, and about 198,900 nautical miles [368,400] from Earth. A short while ago, you heard Neil Armstrong make a few descriptive comments of the scene on the lunar surface at the time the LM ascent stage lifted off. Armstrong reported seeing very little dust, but quite a bit of debris from the LM. He referred to the Kapton, which is a plastic-like insulation material generally silver or gold in color which is found on the outside surfaces of the LM. And, we also had a report at 136 hours, 54 minutes, about 40 minutes or so ago that the LM guidance computer had finally stopped putting out any data, and that was about 7 hours, 13 minutes after the primary guidance system was deprived of the coolant in a test of how long the system would continue to operate without coolant. The platform apparently began to become unusable after about 4 hours, and the computer itself finally gave up after about 7 hours and 13 minutes. Both items going considerably - considerably longer than had previously been predicted. The Lunar Module ascent stage still in lunar orbit. We're continuing to get data from it. All other systems appear to be functioning well at this time. The LM orbit we show as currently 64.4 nautical miles [119.3 km] for height of apocynthion, 54.4 nautical miles [100.7 km] for pericynthion. And the LM is in its 23rd revolution, and here's a call to the crew.

https://history.nasa.gov/afj/ap11fj/21day6-tei.html

青文字や緑文字で解説が入っていますが、月面から離陸したアポロ月着陸船(LM:Apollo Lunar Module)のほこり/ちりが巻き散ったことの影響を確認している場面(だと思います)。

アームストロング宇宙飛行士は、ほこり/ちりが舞っているようには見えなかった、LMについているカプトンが離陸の際に散らばるのは見えた。と記録に残っています。

 

このように、カプトンは早いうちから宇宙用製品として使用されてきました。

 

参考・出典

www.space.com

www.apollomaniacs.com

History.nasa.gov(2011-03-15)

https://history.nasa.gov/afj/ap11fj/21day6-tei.html

ポリイミドの構造と物性

https://www.jstage.jst.go.jp/article/jiep1998/4/7/4_7_640/_pdf/-char/ja

History.nasa.gov

https://history.nasa.gov/afj/ap11fj/index.html