बहु-परत इन्सुलेशन

मल्टी-लेयर इंसुलेशन (एमएलआई) पतली चादरों की कई परतों से बना थर्मल इन्सुलेशन है और इसका उपयोग अक्सर अंतरिक्ष यान और क्रायोजेनिक्स पर किया जाता है। इसे सुपरइंसुलेशन भी कहा जाता है, एमएलआई अंतरिक्ष यान थर्मल कंट्रोल सबसिस्टम की मुख्य वस्तुओं में से एक है, जिसका मुख्य उद्देश्य थर्मल विकिरण द्वारा गर्मी के नुकसान को कम करना है। अपने मूल रूप में, यह ताप संचालन या संवहन जैसे अन्य तापीय नुकसानों से सराहनीय रूप से बचाव नहीं करता है। इसलिए इसका उपयोग आमतौर पर उपग्रहों और निर्वात में अन्य अनुप्रयोगों पर किया जाता है जहां संचालन और संवहन बहुत कम महत्वपूर्ण होते हैं और विकिरण हावी होता है। एमएलआई कई उपग्रहों और अन्य अंतरिक्ष जांचों को सोने की पन्नी से ढके होने का आभास देता है जो कि सिल्वर एल्युमिनाइज्ड माइलर के ऊपर जमा एम्बर रंग की कैप्टन परत का प्रभाव है।

गैर-अंतरिक्ष यान अनुप्रयोगों के लिए, एमएलआई केवल खालीपन  इन्सुलेशन सिस्टम के हिस्से के रूप में काम करता है। क्रायोजेनिक्स में उपयोग के लिए, लिपटे एमएलआई को वैक्यूम जैकेट वाले पाइपों के एनलस के अंदर स्थापित किया जा सकता है। उच्च तापमान अनुप्रयोगों में उपयोग के लिए एमएलआई को उन्नत वैक्यूम इन्सुलेशन के साथ भी जोड़ा जा सकता है।

कार्य और डिज़ाइन
एमएलआई के पीछे का सिद्धांत विकिरण संतुलन है। यह देखने के लिए कि यह क्यों काम करता है, एक ठोस उदाहरण से शुरू करें - बाहरी अंतरिक्ष में सतह के एक वर्ग मीटर की कल्पना करें, जो 300 K के निश्चित तापमान पर, 1 की उत्सर्जन क्षमता के साथ, सूर्य या अन्य ताप स्रोतों से दूर है। स्टीफ़न-बोल्ट्ज़मैन नियम के अनुसार, यह सतह 460 W विकिरण करेगी। अब कल्पना करें कि प्लेट से 1 सेमी दूर एक पतली (लेकिन अपारदर्शी) परत रखी जाए, वह भी 1 की उत्सर्जन क्षमता के साथ। यह नई परत तब तक ठंडी रहेगी जब तक कि यह 230 W विकिरण न कर ले। प्रत्येक पक्ष, जिस बिंदु पर सब कुछ संतुलन में है। नई परत मूल प्लेट से 460 W प्राप्त करती है। 230 W मूल प्लेट में वापस विकिरणित होता है, और 230 W अंतरिक्ष में। मूल सतह अभी भी 460 W विकिरण करती है, लेकिन 230 W की शुद्ध हानि के लिए, नई परतों से 230 W वापस प्राप्त करती है। तो कुल मिलाकर, अतिरिक्त परत जोड़ने से सतह से विकिरण हानि आधी हो गई है।

नुकसान को और कम करने के लिए और परतें जोड़ी जा सकती हैं। बाहरी सतहों को थर्मल विकिरण के प्रति अत्यधिक परावर्तक बनाकर कंबल को और बेहतर बनाया जा सकता है, जिससे अवशोषण और उत्सर्जन दोनों कम हो जाते हैं। एक परत स्टैक के प्रदर्शन को उसके गर्मी हस्तांतरण गुणांक # समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक यू के संदर्भ में निर्धारित किया जा सकता है, जो तापमान अंतर के साथ दो समानांतर सतहों के बीच विकिरण गर्मी प्रवाह दर क्यू को परिभाषित करता है $$\Delta T$$ और क्षेत्र ए के रूप में
 * $$Q = U A \Delta T.$$

सैद्धांतिक रूप से, उत्सर्जन के साथ दो परतों के बीच गर्मी हस्तांतरण गुणांक $$\epsilon_1$$ और $$\epsilon_2$$, पूर्ण तापमान पर $$T_1$$ और $$T_2$$ निर्वात के अंतर्गत, है
 * $$U = \sigma (T_1^2+ T_2^2)(T_1+T_2)\frac{1}{1/\epsilon_1 + 1/\epsilon_2 - 1},$$

कहाँ $$\sigma=5.7\times10^{-8}$$ डब्ल्यूएम−2के−4स्टीफ़न-बोल्ट्ज़मान स्थिरांक है। यदि तापमान का अंतर बहुत बड़ा नहीं है ($$|\Delta T|<<(T_1+T_2)/2$$, फिर N परतों का एक ढेर, सभी समान उत्सर्जन क्षमता के साथ $$\epsilon$$ दोनों तरफ, समग्र ताप स्थानांतरण गुणांक होगा
 * $$U = 4\sigma T^3 \frac{1}{(N-1)(2/\epsilon - 1)},$$ कहाँ $$T=(T_1+T_2)/2$$ परतों का औसत तापमान है. स्पष्ट रूप से, परतों की संख्या में वृद्धि और उत्सर्जन में कमी दोनों ही गर्मी हस्तांतरण गुणांक को कम करते हैं, जो उच्च इन्सुलेशन मूल्य के बराबर है। अंतरिक्ष में, जहां स्पष्ट बाहरी तापमान 3 K (ब्रह्मांडीय पृष्ठभूमि विकिरण) हो सकता है, सटीक U मान भिन्न होता है।

एमएलआई की परतें मनमाने ढंग से एक-दूसरे के करीब हो सकती हैं, जब तक कि वे थर्मल संपर्क में न हों। पृथक्करण स्थान को केवल सूक्ष्म होना चाहिए, जो कि बेहद पतले स्क्रिम या पॉलिएस्टर 'ब्राइडल घूंघट' का कार्य है जैसा कि फोटो में दिखाया गया है। वजन और कंबल की मोटाई कम करने के लिए, आंतरिक परतें बहुत पतली बनाई जाती हैं, लेकिन उन्हें थर्मल विकिरण के लिए अपारदर्शी होना चाहिए। चूँकि उन्हें अधिक संरचनात्मक मजबूती की आवश्यकता नहीं होती है, ये आंतरिक परतें आमतौर पर बहुत पतली प्लास्टिक से बनी होती हैं, लगभग 6 μm (1/4 मिलियन) मोटी, जैसे कि माइलर या कैप्टन, एक या दोनों तरफ धातु की पतली परत से लेपित होती हैं, आमतौर पर चांदी या अल्युमीनियम । सघनता के लिए, परतों को यथासंभव एक-दूसरे के करीब रखा जाता है, हालांकि बिना छुए, क्योंकि परतों के बीच बहुत कम या कोई तापीय चालकता नहीं होनी चाहिए। एक सामान्य इन्सुलेशन कंबल में 40 या अधिक परतें होती हैं।  परतें उभरी हुई या सिकुड़ी हुई हो सकती हैं, इसलिए वे केवल कुछ बिंदुओं पर ही स्पर्श करती हैं, या एक पतले कपड़े की जाली, या स्क्रिम (सामग्री) द्वारा अलग रखी जाती हैं, जिसे ऊपर चित्र में देखा जा सकता है। बाहरी परतें मजबूत होनी चाहिए, और अक्सर मोटी और मजबूत प्लास्टिक की होती हैं, जो फाइबरग्लास जैसी मजबूत स्क्रिम सामग्री से प्रबलित होती हैं।

उपग्रह अनुप्रयोगों में, प्रक्षेपण के समय एमएलआई हवा से भरा होगा। जैसे ही रॉकेट ऊपर चढ़ता है, यह हवा कंबल को नुकसान पहुंचाए बिना बाहर निकलने में सक्षम होनी चाहिए। इसके लिए परतों में छेद या वेध की आवश्यकता हो सकती है, भले ही इससे उनकी प्रभावशीलता कम हो जाती है। क्रायोजेनिक्स में, एमएलआई सबसे प्रभावी प्रकार का इन्सुलेशन है। इसलिए, इसका उपयोग आमतौर पर तरलीकृत गैस टैंकों (जैसे एलएनजी, तरल नाइट्रोजन|एलएन) में किया जाता है2, तरल हाइड्रोजन|एलएच2, तरल ऑक्सीजन|एलओ2), cryostat, क्रायोजेनिक पाइपलाइन और अतिचालकता । इसके अतिरिक्त यह अपने कॉम्पैक्ट आकार और वजन के लिए भी मूल्यवान है। एमएलआई की 40 परतों से बने कंबल की मोटाई लगभग 20 मिमी होती है और वजन लगभग 1,2 किग्रा/मीटर2. निर्माताओं के बीच तरीके अलग-अलग होते हैं, कुछ एमएलआई कंबलों का निर्माण मुख्य रूप से सिलाई तकनीक का उपयोग करके किया जाता है। परतों को काटा जाता है, एक दूसरे के ऊपर रखा जाता है, और किनारों पर एक साथ सिल दिया जाता है।

अन्य हालिया तरीकों में एक पैक पर अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग करके अंतिम कंबल आकार की सटीक रूपरेखा को वेल्ड करने के लिए कंप्यूटर एडेड डिजाइन और कंप्यूटर-एडेड विनिर्माण तकनीक का उपयोग शामिल है (बाहरी त्वचा को हाथ से जोड़ने से पहले परतों का अंतिम सेट)।

इन्सुलेशन में सीम और अंतराल एमएलआई कंबल के माध्यम से अधिकांश गर्मी रिसाव के लिए जिम्मेदार हैं। थर्मल प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए सिलाई के बजाय फिल्म की परतों को ठीक करने के लिए पॉलीएथेरेथेरकीटोन (पीईईके) टैग पिन (कपड़ों पर स्विंग टैग संलग्न करने के लिए उपयोग किए जाने वाले प्लास्टिक हुक के समान) का उपयोग करने के लिए एक नई विधि विकसित की जा रही है।

अतिरिक्त गुण
अंतरिक्ष यान धूल के प्रभाव से बचाव की पहली पंक्ति के रूप में भी एमएलआई का उपयोग कर सकता है। इसका आम तौर पर मतलब यह है कि इसे उस सतह से एक सेमी या उससे अधिक दूर रखना है, जहां यह इन्सुलेशन कर रहा है। इसके अलावा, एक या अधिक परतों को यंत्रवत् रूप से मजबूत सामग्री, जैसे बीटा कपड़ा, द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है।

अधिकांश अनुप्रयोगों में इंसुलेटिंग परतों को ग्राउंड किया जाना चाहिए, ताकि वे चार्ज और आर्क का निर्माण न कर सकें, जिससे रेडियो हस्तक्षेप हो। चूंकि सामान्य निर्माण के परिणामस्वरूप विद्युत के साथ-साथ थर्मल इन्सुलेशन भी होता है, इसलिए इन अनुप्रयोगों में उन बिंदुओं पर कपड़े के स्क्रिम के विपरीत एल्यूमीनियम स्पेसर शामिल हो सकते हैं जहां कंबल एक साथ सिल दिए जाते हैं।

समान सामग्रियों का उपयोग करते हुए, सिंगल-लेयर इंसुलेशन और डुअल-लेयर इंसुलेशन (क्रमशः एसएलआई और डीएलआई) भी अंतरिक्ष यान पर आम हैं।

यह भी देखें

 * तरल हाइड्रोजन टैंक कार, जिस पर मल्टी-लेयर इन्सुलेशन का एक रूप लगाया जाता है
 * थर्मल कंट्रोल सबसिस्टम

बाहरी संबंध

 * Satellite Thermal Control Handbook, ed. David Gilmore. ISBN 1-884989-00-4.  In particular, Chapter 5, Insulation, by Martin Donabedian and David Gilmore.
 * Tutorial on temperature control of spacecraft by JPL
 * Typical specialist article on tests of Cassini's MLI
 * Multi-layer Insulation (MLI) Applications
 * Multi layer insulation material guidelines-NASA publication from 1999 https://ntrs.nasa.gov/citations/19990047691
 * MLI types and properties
 * Multi layer insulation material guidelines-NASA publication from 1999 https://ntrs.nasa.gov/citations/19990047691
 * MLI types and properties