Ett team av forskare, som inkluderar University of Southampton, har utvecklat ny teknik som kan leda till en betydande förändring för ett rymdfarkoster eller en satellit.

Metamaterial optiska solreflektorer (meta-OSR) är de första ytbeläggningarna på utsidan av ett rymdfarkoster, utformad för att effektivt utstråla infraröd värme från den samtidigt som den återspeglar det mesta av det optiska solspektret.

För en satellit eller rymdfarkost, OSR spelar en avgörande roll för systemets termiska styrning. Limmad på radiatorpanelernas yttre hud, OSR är utformade för att avvisa solstrålning och sprida värmen som genereras ombord.

OSR är vanligtvis gjorda av kvartsplattor som kombinerar termo-optiska egenskaper med en förmåga att motstå miljön i rymden.

Dock, kvartsplattor är tunga och ömtåliga, öka avsevärt till montering och lanseringskostnader, och kan inte appliceras på böjda ytor. Andra kommersiella lösningar baserade på polymerfolier lider av snabb prestandaförsämring och är därför olämpliga för uppdrag som varar mer än tre till fem år.

Teamet visade att en ny meta-OSR-beläggning möjliggörs genom användning av metalloxid, ett material som vanligtvis används för transparenta elektriska kontakter, som, i det här fallet, är mönstrade till ett metamaterial med mycket stark infraröd emissivitet med bibehållen låg absorption av solspektrumet.

Teamet demonstrerade också en 'smart' radiator baserad på deras metamaterialdesign, som möjliggör avstämning av den strålande kylningen av rymdfarkosten med hjälp av en annan typ av metalloxid.

Prof Otto Muskens, från University of Southampton och huvudutredare av studien, sade:"Meta-OSR-tekniken är helt baserad på hållbara och rymdgodkända oorganiska beläggningar, som kan appliceras på flexibla tunnfilmsämnen med potential att utvecklas som en ny tekniklösning.

"Eftersom kostnaderna för montering och lansering av OSR är flera tiotusentals US -dollar per kvadratmeter, även små förbättringar av viktminskningen kan göra en betydande förändring för rymdindustrin. "

Med stöd av ett tvåårigt rymdteknologiprojekt Horizon 2020, University of Southampton är medlem i META-REFLECTOR-konsortiet, som också inkluderar det italienska forskningscentret Centro Ricerche Elettro-Ottiche (CREO), Danska nanoimprint -utvecklaren NIL Technology och Thales Alenia Space.

Konsortiets arbete presenteras i ACS Photonics i två rapporter:'VO2 Thermochromic Metamaterial-Based Smart Optical Solar Reflector' och 'Metasurface optiska solreflektorer som använder AZO transparenta ledande oxider för strålningskylning av rymdfarkoster'.

Dr Kai Sun från University of Southampton tillade:"Alla partner har aktivt arbetat tillsammans för att säkerställa att designen och tillverkningen är lämpliga för överföring till massproduktion. Det är en exceptionell forskningsupplevelse att överföra den spetsiga forskningsidén till en kommersiell produkt. "

Teamet arbetar för närvarande med att uppskala prototyperna till större områden genom processer som utvecklats av NIL Technology, medan de första testerna av metamaterialen i rymden förbereds.

Dr Sandro Mengali, från CREO som har stött studien, sade:"Passiv kontroll av värmeemissiviteten är viktig för att bevara värdefull värme under uppstart och förmörkelser och för att upprätthålla rymdskeppets temperaturstabilitet.

"För närvarande, termisk emissivitetskontroll kräver skrymmande mekaniska komponenter som lameller, som är extremt dyra och benägna att misslyckas, utgör en betydande risk för uppdrag.

"Den smarta meta-OSR-tekniken kommer att erbjuda ett värdefullt nytt verktyg för termiska ingenjörer i rymdfarkoster, av särskild betydelse för det lätta segmentet på satellitmarknaden. "