Produkcja światłowodów
Światłowody optyczne są wykorzystywane na Ziemi i w przestrzeni kosmicznej do zastosowań w medycynie, obronie, cyberbezpieczeństwie i telekomunikacji. Badania paraboliczne wykazały, że światłowody produkowane w mikrograwitacji mogą być wyższej jakości niż te wytwarzane w normalnej grawitacji, a Międzynarodowa Stacja Kosmiczna stanowi potencjalną platformę do komercyjnej produkcji tych włókien. Badanie Production of Flawless Space Fiber (Flawless Space Fibers-1) wykorzystuje stację kosmiczną do zademonstrowania nowej technologii produkcji opracowanej przez Flawless Photonics w celu poprawy jakości i długości światłowodów produkowanych w kosmosie.
Wstępne wyniki są obiecujące. Od połowy lutego do połowy marca w ramach badania wyprodukowano łącznie ponad siedem mil (11,9 km) światłowodu. Osiem z nich (zwanych losowaniami) wyprodukowało ponad 2200 stóp (700 metrów) światłowodu, co pokazuje, że wyniki są powtarzalne. W ciągu jednego dnia uzyskano również ponad 1141 metrów (3700 stóp) światłowodu, przekraczając dotychczasowy rekord najdłuższego włókna wyprodukowanego w przestrzeni kosmicznej, wynoszący 25 metrów (82 stopy). Siedem z pobranych włókien przekroczyło 2296 stóp (700 metrów), po raz pierwszy pokazując, że włókna o komercyjnej długości mogą być produkowane w kosmosie. Włókna te zostały wyprodukowane przy użyciu ZBLAN, stopu szkła wykonanego z fluorków cyrkonu, baru, lantanu, sodu i aluminium, z których każdy ma inną gęstość i temperaturę krystalizacji. Jego unikalne właściwości pozwalają światłu przemieszczać się przez włókno w szerszym zakresie, zapewniając ponad dziesięciokrotnie większą przepustowość niż tradycyjne włókna na bazie krzemionki i przesyłając znacznie więcej danych na tej samej długości włókna. Jeśli włókna mogą być wystarczająco długie i wysokiej jakości, zwiększona wydajność ZBLAN może przełożyć się na znaczne oszczędności energii, zmniejszając potrzebę wzmacniania sygnału w transmisjach na duże odległości.
Jednak, gdy ZBLAN jest wciągany do włókien na ziemi, tworzą się kryształy, które rozpraszają sygnały i sprawiają, że włókno jest kruche. Ponieważ kryształy rosną wolniej w mikrograwitacji, podejście polega na schłodzeniu wciągniętych włókien, zanim kryształy będą miały szansę się uformować. Mikrograwitacja przeciwdziała również efektom sedymentacji, konwekcji i pływalności, które ograniczają długość i jakość włókien rysowanych na Ziemi. Producenci używają wież zrzutowych do produkcji ZBLAN na Ziemi, ale produkcja w kosmosie zapewnia znacznie więcej czasu na narysowanie dłuższych i ostatecznie lepszych włókien.
Badanie Flawless Space Fibers jest sponsorowane przez ISS National Laboratory i obejmuje wsparcie Luksemburskiej Agencji Kosmicznej, University of Adelaide w Australii oraz NASA InSpace Production Applications (InSPA). InSPA rozwija zrównoważoną, skalowalną i opłacalną produkcję w przestrzeni kosmicznej na niskiej orbicie okołoziemskiej, współpracując z Narodowym Laboratorium ISS w celu zapewnienia firmom dostępu do stacji kosmicznej w celu zademonstrowania produkcji zaawansowanych materiałów i produktów do zastosowań naziemnych. Flawless Space Fibers osiągnęło trzy z czterech celów dla ZBLAN wyznaczonych przez InSPA, w tym osiągnięcie 20 metrów w jednym przebiegu, powtórzenie tej ilości w oddzielnym losowaniu i skalowanie do przebiegów o długości komercyjnej. Analiza włókien po powrocie na ziemię jest konieczna do ustalenia, czy badanie spełnia czwarty cel InSPA, czyli produkcję włókien o dziesięciokrotnie wyższej jakości niż na Ziemi.
Wyniki mogą pomóc zmniejszyć defekty spowodowane grawitacją w produktach ze szkła optycznego opracowanych na Ziemi i ulepszyć modele produkcji w kosmosie. Badanie otwiera również drzwi do tworzenia innych cennych włókien specjalnych w kosmosie.
NASA prowadziła wczesne prace nad przetwarzaniem ZBLAN w mikrograwitacji przez Marshall Space Flight Center w latach 90. i na początku 2000 roku. Rozwój produkcji ZBLAN na stacji kosmicznej rozpoczął się w 2014 r.
Inne badania, które dotyczyły produkcji włókien światłowodowych ZBLAN w mikrograwitacji, obejmują Optical Fiber Production in Microgravity (Made In Space Fiber Optics), które przeprowadziło pierwsze prywatnie finansowane losowanie włókien ZBLAN, Fiber Optic Production oraz Fiber Optic Production-2 (FOP-2), które po raz pierwszy zademonstrowało powtarzalną produkcję 20-metrowych włókien w mikrograwitacji. Inne badanie, Fiber Optics Manufacturing in Space (Space Fibers), opracowane przez FOMS Inc, po raz pierwszy zademonstrowało w pełni operacyjny obiekt kosmiczny do produkcji włókien.1
Wysiłki te wspierają komercyjny rozwój przestrzeni kosmicznej i niskiej orbity okołoziemskiej oraz oferują możliwości rozwoju technologii nowej generacji w kosmosie do zastosowań na Ziemi.
John Love, ISS Research Planning Integration ScientistExpedition 70
Przeszukaj tę bazę danych eksperymentów naukowych, aby dowiedzieć się więcej o tych wymienionych powyżej.
Cytaty:
1 Starodubov D, McCormick K, Dellosa M, Erdelyi E, Volfson L. Facility for orbital material processing. Sensors and Systems for Space Applications XI, Orlando, Floryda. 2018 May 2; 10641106410T. DOI: 10.1117/12.2305830.
Dziękujemy, że przeczytałaś/eś artykuł! Obserwuj nas w Wiadomościach Google.
