Космическое материаловедение

Космическое материаловедение — раздел междисциплинарной науки материаловедения, изучающий свойства материалов в космическом пространстве.

Основные направления исследований

Радиолюминесценция стекла

При использовании оптических линз в космическом пространстве может возникать свечение внешней линзы, вызванное космическим ионизирующим излучением, что служит помехой основному оптическому сигналу. Поэтому изучение свечения, возникающего в стёклах различных типов под действием космического излучения, имеет большую важность.[1]

Люминесцентную способность стёкол определяют следующие компоненты: окиси кремния SiO2, бария BaO и свинца PbO. Другие компоненты практически не влияют на радиолюминесценцию стекла.[1]

Стёкла можно разделить на ряд групп по-оптическим свойствам. Основными из этих групп являются «кроны», т.е. стёкла типов К, ЛК, БК и ТК; и «флинты», т.е. стёкла типов Ф, ЛФ, КФ, БФ и ТФ.[1]:87

После облучения заметная люминесценция наблюдается у стёкол первой группы на протяжении нескольких месяцев. Под действием высоких температурах яркость свечения снижается. Происходит, так называемое, температурное тушения люминесценции.[1]:88

Разрушение материалов атомарным
кислородом и ультрафиолетовым излучением

Остаточная атмосфера на низких орбитах состоит в основном из атомов кислорода (80%) и молекул азота N2 (20%). Большая часть кислорода на больших высотах диссоциирует под воздействием космического ультрафиолета (λ~121,6 нм). Плотность потока частиц зависит от солнечной активности, высоты и угла наклона орбиты и других факторов.[1]:124 Поэтому некоторые металлы, в первую очередь Ag, Os, а также углерод и органические материалы, подвержены сильному окислению и эрозии.[1]:126

Материалы наиболее подверженные эрозии под воздействием атомарного кислорода:[1]:127

  • Композитные материалы с полимерной основой, графито-эпоксидные композиты, термопластическая резина.
  • Твердые смазки: MoS2; мягкие металлы (Ag; Pb; In).
  • Терморегулирующие покрытия (ТРП) — металлизированные полимеры (Al-тефлон, Al-каптон), органические краски (белые и чёрные).
  • Оптические материалы:
    • металлические покрытия: Ag, Al, Ni, Au, Ta, Ti, Zr
    • диэлектрические покрытия: MgF2; CaF2.
  • Компоненты космической энергетики — солнечные батареи, каптоновые плёнки, серебряные контакты, стеклянные волоконные композиты.
  • Отражатели — кремний, акрилы, фтористые полимеры, поликарбонаты, Ag, Al. Защитные покрытия материалов: Ni, SiO2, TiO2, Al2O3, ZnO, Ni/SiO2, ITO, In2O3.

При контакте серебра с атомарным кислородом на его поверхности возникает оксидная плёнка, с высокими внутренними напряжениями, из-за которых она лопается и отслаивания от поверхности. Это приводит к потере массы и загрязнению окружающего пространства частицами AgO.[1]:140

Реакционная эффективность, Re, различных материалов от воздействия атомарного кислорода при экспонировании в условиях околоземного космического пространства[1]:134
Материал Реакционная эффективность, Rе, *10-24 [см3∙ат-1]
Алюминий 0
Al2O3 0,025
Углерод 1,2
Алмаз 0,021
Эпоксид 1,7
Золото 0
Графитовый эпоксид 2,6
Каптон 3
Полиэтилен 3,3
Поли(метилакрил) 3,4
Поликарбонат 6
Полистирол 1,7
Полисульфон 2,4
Силикон 0,05
Силоксан полиимид (7% Sx) 0,6
Силоксан полиимид (25% Sx) 0,3
Поли(винилфлюорид) 3,2
Политетрафлюорэтилен 0,04
Полиэфиркетон 2,2
Майлар 3,9
Нейлон-6,6 4,4
PVA[неизвестный термин] C4H6O2 5,2
PEO[неизвестный термин] C2H4O 5,7
Делрин 9,5

Для снижения скорости разрушения поверхностных материалов их покрывают тонкими (1 мкм), устойчивым к эрозии защитным слоем, неорганическим (SiO2, Al2O3, MgF2, Si3N4), или полимерным (тефлон, силикон и др.). Защитный слой позволяет уменьшить потерю массы в 10-100 раз.[1]:137

Примечания
  1. АКИШИН А. И. КОСМИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ = Методическое и учеб- ное пособие / К.И.Стратилатова. — Москва: МГУ, НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ имени Д.В. СКОБЕЛЬЦЫНА, 2007. — 209 с. — 100 экз. Архивированная копия (недоступная ссылка). Дата обращения: 6 июля 2013. Архивировано 17 октября 2013 года.
  2. ЭНЦИКЛОПЕДИЯ СОВРЕМЕННОЙ ТЕХНИКИ.

Литература

См. также

Ссылки


This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.