¿Por qué la antena parabólica de Sentinel 3B está envuelta con película metalizada?

Casi cada vez que ves un satélite, ves esas cubiertas brillantes. Casi siempre son mantas térmicas, y muchas veces son mantas conocidas como MLI (Multi-Layer Insulation). El diseño de MLI es específico para la misión y el entorno previsto. Supongo que el plato SRAL es lo suficientemente grande como para deformarse significativamente por los efectos térmicos (muy probablemente cuando se pasa del sol a la sombra o viceversa ). No ves los grandes platos COMM en las sondas interplanetarias cubiertas (supongo) porque los efectos térmicos no son importantes cuando te alejas tanto del Sol. Una de las características visualmente distintivas de la misión Apolo fue esa película dorada brillante que se ve en el módulo de aterrizaje, que también era MLI .

Para el instrumento SRAL en Sentinel 3, el plato se cubrió con MLI .

Algunos ejemplos:

1. Manta de radomo de MAVEN . En la página mars.nasa.gov/resources Antena de alta ganancia MAVEN con radomo hay una foto y una gran explicación. Aquí está el primer párrafo:

   Para un rendimiento óptimo, es importante que la antena de alta ganancia mantenga una temperatura constante mientras la nave espacial experimenta grandes cambios de temperatura debido a la exposición al Sol o al eclipse detrás de Marte. Para mantener un rango de temperatura constante, una manta de radomo cubre la antena grande. Similar al material que cubre la nave espacial, el radomo está hecho de una película Kapton negra muy delgada recubierta de germanio .

   

2. Nave espacial JUNO: de la NASA Goddard ppt Disipación de carga en películas Kapton recubiertas de germanio a temperaturas criogénicas

   El frente del HGA está cubierto con Ge/Kapton 100CB.

   Antena de alta ganancia (HGA): cubierta de manta térmica SLI Kapton 100CB recubierta de Ge

   

La excelente respuesta de @Dave me ha resuelto el misterio. ¡Es germanio! No es un metal exactamente, sino un semiconductor.

(un poco de) La Física:

Los metales tienen una alta densidad de portadores libres que pueden considerarse como un plasma. La frecuencia de plasma de los metales suele estar en el ultravioleta (excepto Born & Wolf; ¿metales alcalinos transparentes a los rayos ultravioleta? ¿Cesio transparente al azul? ), lo que significa que cualquier onda electromagnética por debajo de la frecuencia del plasma sería rápidamente absorbida y reemitida (palabras elegantes para "reflejada" por el metal). Al igual que la ionosfera de la Tierra que refleja frecuencias HF e inferiores pero que transmite la mayoría de VHF y superiores, una película metalizada que refleja la luz visible y la luz infrarroja (calor) también reflejaría toda la radiación RF; cualquier cosa por debajo de la frecuencia de plasma.

No lo haré aquí, pero si conecta una densidad de un electrón por átomo y una masa efectiva$m^*$por ejemplo, aluminio, debe obtener una frecuencia de plasma en los rayos UV.

Pero los semiconductores funcionan de manera diferente aquí . Si bien pueden tener una baja densidad de portadores libres, para el germanio puro o intrínseco puede ser de alrededor de 1E+13/cm^3 a temperatura ambiente, mucho menos a temperaturas más bajas. Compare eso con la densidad numérica de los átomos en el germanio (4.6E+22) y podrá ver que los portadores libres son solo un metal muy pobre y un conductor pésimo de alta resistencia.

Citando el artículo de Wikipedia sobre el efecto piel :

Sin embargo, en conductores muy pobres, a frecuencias suficientemente altas, aumenta el factor bajo el radical grande. A frecuencias mucho más altas que$1/\rho \epsilon$se puede demostrar que la profundidad de la piel, en lugar de seguir disminuyendo, se acerca a un valor asintótico:

Esta desviación de la fórmula habitual solo se aplica a materiales de conductividad bastante baja ya frecuencias en las que la longitud de onda del vacío no es mucho mayor que la propia profundidad de la piel. Por ejemplo, el silicio a granel (sin dopar) es un mal conductor y tiene una profundidad superficial de unos 40 metros a 100 kHz (λ = 3000 m). Sin embargo, a medida que la frecuencia aumenta hasta el rango de los megahercios, su profundidad superficial nunca cae por debajo del valor asintótico de 11 metros. La conclusión es que en conductores sólidos deficientes, como el silicio no dopado, no es necesario tener en cuenta el efecto piel en la mayoría de las situaciones prácticas:* cualquier corriente se distribuye por igual en toda la sección transversal del material, independientemente de su frecuencia.

Pero la propiedad óptica útil para un radomo es la protección contra el calentamiento por la luz solar, por lo que tenemos que observar las propiedades ópticas de los semiconductores , y específicamente sus bandas prohibidas, y ese es un caballo de un color diferente . Para la radiación electromagnética donde la energía de los fotones está por encima de la banda prohibida, los fotones pueden absorberse y convertirse en energía interna en forma de un portador libre y un par de huecos. En fotovoltaica lo captamos como corriente eléctrica, de lo contrario se convierte en calor.

Para los materiales que se conocen familiarmente como semiconductores, como el silicio y el germanio, las energías de banda prohibida se asocian con el infrarrojo cercano. Para longitudes de onda superiores a aproximadamente 1 micra y 2 micras para el silicio y el germanio, respectivamente, son casi transparentes . Las ventanas y lentes ópticas están hechas de silicio y germanio para los sistemas de imágenes IR, donde el vidrio sería demasiado absorbente.

Por lo tanto, el Kapton recubierto de germanio absorbería casi toda la potencia de la radiación solar entrante en el IR visible y cercano, pero debido a su alta resistividad intrínseca, no absorbería gran parte de la RF entrante o saliente.

Aquí hay otro, y una vez más es una aluminización gris opaca, no brillante, así que probablemente más germanio. Esta vez es Dawn ( fuente ).