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Die wichtige Rolle von Parylene für die Weltraummission Hayabusa2
Im Dezember 2014 wurde die Raumsonde Hayabusa2, die von der japanischen Luft- und Raumfahrtbehörde JAXA konzipiert und entwickelt wurde, vom Raumfahrzentrum Tanegashima auf ihre Reise ins Weltall geschickt. Ziel der Raumsonde war der Asteroid Ryugu.Die Aufgabe bestand darin, ober- und unterirdische Proben des Asteroiden zu entnehmen und sie anschließend zur Erde zurückzuschicken.
Dreieinhalb Jahre nach dem erfolgreichen Start erreichte die Sonde im Juni 2018 den 290 Millionen Kilometer entfernten Ryugu. Aus einer Entfernung von 20 km untersuchte und kartografierte die Sonde den Asteroiden. Im Februar 2019 gelang die erste Landung auf Ryugu, und es wurden die ersten Proben von der Oberfläche gesammelt. Bei der zweiten Landung auf dem Asteroiden, die fünf Monate später stattfand, wurden unterirdische Proben entnommen. Obwohl die Oberfläche des Asteroiden seit den Anfängen des Sonnensystems den intensiven Verwitterungseffekten der Sonneneinstrahlung ausgesetzt war, weisen die Proben aus tieferen Schichten einen makellosen Zustand auf und versprechen, wertvolle Materialdaten zu liefern, die Einblicke in die Ursprünge des Sonnensystems erlauben. Eine Kapsel mit den Proben kehrte im Dezember 2020 zur Erde zurück. Die Raumsonde Hayabusa2 hat in der Zwischenzeit ihre Reise fortgesetzt und ermöglicht wichtige Beobachtungen von Exoplaneten, bevor sie 2031 einen weiteren Asteroiden erreicht.
Im Inneren der Raumsonde Hayabusa2 befinden sich 20 Leiterplatten, die für den Einsatz der digitalen und analogen Kameras des Raumschiffs erforderlich sind. Die Leiterplatten sind mit Parylene- von SCS beschichtet, die sie vor den ausgesprochen großen Belastungen durch den hohen Atmosphärendruck, zu erwartende metallische Whisker und Ausgasungseffekte während des Starts, auf der Reise durchs All und bei der Abwicklung der Forschungsaufgaben schützen.
Die drastischen Druckschwankungen vor allem beim Start stellen hohe Materialanforderungen dar, und viele Beschichtungen können den physikalischen Effekten der Reise durchs Weltall nicht standhalten. Da Parylenewird in gasförmigem Zustand in einem Vakuum aufgetragen wird, ist gewährleistet, dass in den Beschichtungen keine Lufteinschlüsse vorhanden sind, die – durch das Aufblähen und daraus resultierenden Problemen – das gesamte Projekt gefährden könnte.
Metallplattierungen sind sicherer für die Umwelt als Blei. Allerdings ist diese Technologie dafür bekannt, dass sich unter mechanischer oder thermischer Belastung Whisker bilden. Whisker können sich auf die Zuverlässigkeit von elektronischen Systemen auswirken. Diese Whisker, die in der Regel nicht größer als ein Millimeter sind, können elektrische Bogenbildung, Kurzschlüsse, Verschmutzungen und Kontaminationen verursachen, die die Funktionsfähigkeit der Optik- und Elektronikbaugruppen beeinträchtigen. Es ist zwar keine eindeutige Methode bekannt, die die Bildung von Whiskern auf Metallplattierungen verhindert, aber es hat sich erwiesen, dass Parylene die Entstehung von Whiskern unterdrückt. Da Parylene-Beschichtungen vollständig konform sind und in allen Bereichen von Substraten (oben, seitlich, in den Ecken) eine einheitliche Beschichtungsdicke aufweisen, wird die Bildung von Whiskern gleichmäßig unterdrückt und das beschichtete Produkt ist rundum geschützt – ein Aspekt, der besonders im Weltraum von größter Wichtigkeit ist. Parylene C und Parylene HT® von SCS gehören für viele Hersteller in der Luft- und Raumfahrtindustrie zu den bevorzugten Beschichtungsoptionen, da diese Beschichtungen erwiesenermaßen die Bildung von metallischen Whiskern unterdrücken und generell die Zuverlässigkeit wichtiger Baugruppen verbessern.
Die Präsenz verschiedener Gase ist ein weiteres Problem für Weltraumprojekte. Durch Ausgasung können volatile Bestandteile von Materialien freigesetzt werden, die dazu führen, dass empfindliche Elektronikteile mit einer Schicht aus diesen überzogen wird, die dann die Leistung beeinträchtigt und Funktionsausfälle verursachen kann. Bei Beschichtungen, die für den Einsatz im Weltall bestimmt sind, ist es darum gleichermaßen wichtig, dass sie die beschichteten Produkte schützen und auch selbst keine volatilen Bestandteile abscheiden, die andere Instrumente und Baugruppen schädigen könnten. Das bedeutet, dass die verwendeten Beschichtungen eine geringe Entgasungsrate aufweisen müssen.
Die Eignung solcher Materialien für den Einsatz im Weltraum wurde vom Jet Propulsion Laboratory in den USA bewertet. Die Ergebnisse können unter outgassing.nasa.gov eingesehen werden. Für solche Einsätze kommen nur Materialien infrage, deren Testergebnisse die folgenden beiden Kriterien erfüllen: Der Masseverlust (TML für „Total Mass Loss“) darf maximal 1,0 Prozent und der maximale Anteil der aufgefangenen volatilen und kondensierbaren Materialien (CVCM für „Collected Volatile Condensable Material“) darf nicht mehr als 0,10 Prozent betragen. Parylene C, Parylene C mit den Haftvermittlern AdPro Plus®, und AdPro Poly®sowie Parylene HT wurden getestet und erzielten Testergebnisse, die deutlich unter den angegebenen Grenzwerten liegen und sie damit als Materialien mit geringen Entgasungsraten klassifizieren.
SCS betrachtet es als besondere Auszeichnung, dass die seine Parylene-Beschichtung für die Weltraummission Hayabusa2 ausgewählt wurdeund eine wichtige Rolle bei der Erforschung des Asteroiden Ryugu spielen. Wegen seiner niedrigen Entgasungsrate ist Parylene hervorragend zum Schutz von Baugruppen geeignet, die starken Druckveränderungen ausgesetzt sind. Gleichzeitig kann Parylene aufgrund seiner speziellen Eigenschaften effektiv die Bildung von Whiskern unterdrücken. Ultraleichtes, und porenfreies Parylenebietet hervorragende Barriereeigenschaften und gewährleisten optimale Performance unter den schwierigsten Umgebungsbedingungen. Weitere Informationen zu unseren Parylene-Beschichtungen und ihren schützenden Eigenschaften für den Einsatz in der Luft- und Raumfahrt erhalten Sie von Tim Seifert unter der Rufnummer +1.317.244.1200, App. 0220, oder per E-Mail an tseifert@scscoatings.com.
Global Coverage – Ausgabe 90, Herbst 2021
