האתגר של חמצן אטומי ב- Low Earth Orbit

חלל שפועל ב- Low Earth Orbit (LEO) ניצב בפני סביבה ייחודית קורוזית.בעוד שהוואקום, תנודות טמפרטורה קיצוניות, ואפקטים מיקרומטראוסטרואידים הם איומים ידועים, חמצן אטומי (AO) הוא לעתים קרובות המרכיב הכימי ביותר.בגובהי LEO טיפוסי בין 200 ל-700 ק"מ, חמצן אטומי הוא המין הדומיננטי.הוא נוצר כאשר אולטרה סגול (U) הוא בעל חמצן חזק מאוד לאטומים חזק מאוד.

(ההשפעה של חמצן אטומי על חומרי חלל יכולה להיות חמורה:0 מהנדסים משחררים:0 באופן טבעי: 1) אלקטרוניקה (כמו קפטון, Mylar, ו-Teflon erode at measurable rate, לאבד מסה ועובי) יכול להיות משקף את החומרים האלקטרוניקה הרגישים של LT: 7 {\displaystyle aligatesF {i}}, או RligatesFite) של הגנה מפנים, או חומרים מחוסנים, או חומרים מחוסנים, או חומרים מחוסנים, עלולים, או חסימתיים, או חסימתיים.

מכניזם של פצצת חמצן אטומית

הפעולה ההרסנית של חמצן אטומי מתרחשת באמצעות שילוב של שחיקה כימית ונפיחות פיזית.כאשר אטום אנרגטי AO (אנרגיה קינטית טרנספורמטיבית של כ 5 eV ב LEO) פוגע על פני השטח, זה יכול לעבור תגובה כימית ישירה, שובר שרשראות פולימריות, יצירת מוצרים תנודתיים פחות (כמו CO, CO2O, ולא), והסרת חומר זה הוא לעתים קרובות על ידי חשיפה חד-חמצני, אך ורק על ידי חומר זה יכול להיות מואץ של חומר נפץ מתכתיבית (או-חמצני), אך ורק על ידי דלקת מתכתינית).

ה- AO החשיפה יכולה להשתנות באופן דרמטי.מה היה פעם פני כדור פולימר חלק הופך ל"carpet" של קונדומים מיקרוסקופיים או עמודות, תופעה הנקראת טקסטינג.זה קורה כי החומר שוחק ללא אחיד: אזורים עם צפיפות גבוהה יותר או הכללות מגן יותר erode לאט יותר, משאיר תכונות שעומדות מעל הרקע המוק.

שיטות בדיקה עבור אטומי חמצן Resistance

שלוש גישות עיקריות קיימות להערכת חומרים נגד חמצן אטומי: סימולציה מבוססת קרקע, ניסויים בחשיפה לחלל, ובדיקות מואצות.לכל אחד יש נקודות חוזק ומגבלות, ולמעשה הם משמשים לעתים קרובות יחד כדי ליצור תמונה מלאה של התנהגות חומרית.

טכניקות סימולציה מבוססות קרקע

מערכות מבוססות קרקע מנסה לשכפל את הסביבה AO בתוך תא ריק.המקור הנפוץ ביותר הוא ⁇ :0 (RF) או פלסמה חמצן מיקרוגל (FLT:1 במערכות כאלה, חמצן מולקולרי הוא מתמוסס 3 ו ioned על ידי פריקה חשמלית, ומייצרת תערובת של חמצן אטומי, חמצן ומולקולות נייטרליות.

גישה מבוססת קרקע אחרת משתמשת בפלזמה או מקורות למניעת לייזר (FLT:0) פלסמה או מקורות למניעת דלקת לייזר לייזר (מקור) של לייזר באנרגיה גבוהה מתמקדת במטרה (לעתים קרובות חומר המכיל חמצן מוצק כמו פולימר או מתכת תחמוצת), ומייצרת זרם של אטומים אנרגטיים מוגבלים של פחמן AO.אטומים אלה יכולים להיות בעלי אנרגיות תרגום בטווח 5-10 אלקטרוני נכון, אך שפעת היא לעתים קרובות מסן מורכב של פחמן מסוג AFto-Fto-Fto-Fto-Fto-Fto-Fto-upic).

ניסויי חלל

אין תחליף לחשיפה אמיתית לסביבה החלל.דגמיות נשלחות ל- LEO על לוויינים, תחנת החלל הבינלאומית (ISS), או משימות מעבורת חלל (כאשר פעיל) סדרה ידועה ביותר של ניסויים היא תחנת החלל הבינלאומית של LEO:0Materials International Space Station (MISSE) או Space FerryFLT:1, אשר טסו דורות רבים של מגשים המחוברים לדגימות החיצוניות של ISS נחשפים להשפעות של מחלות מיקרו-אומטיות (OST) להשפעות של מחלות לוואי, אשר , לאחר מכן, אשר עברו שינויים מכניות, ו-או-או-או-או-או-או-או-או-או-או-או-או-אומטיות, אשר , אשר , אשר עברו מספר רב של השפעות מכניות, אשר עברו מספר רב של השפעות של השפעות של השפעות של חומרים מקרינה ללא פגעומטרידות, על פני השטח של מחלות חום-או-או-או-או-סגולות, אשר , אשר אפילפטימיות, אשר אפילפטימיות, על פני השטח, על פני השטח, אשר קרינת קרינה בלתי-או-אומטיות, אשר קרינת קרינה בלתי-אומטיות, אשר קרינת מעבר להשפעות של מחזוריות

ניסויים בחשיפה לחלל היו מכריעים באימות תחזיות מבוססות קרקע.לדוגמה, זה היה דרך פספסה כי התשואות של פולימרים נפוצים רבים נמדדו לראשונה במסלול, גילוי סטיות מסימולציות מבוססות פלזמה.הניסויים גם חשפו אפקטים סינרגיים - שבו השילוב של AO ו-UV הפיק נזק גדול יותר מסכום של כל אחד מהם, אך ניסויים בחלל הם יקרים, זמן רב, ומציעים דגימות שליטה מדויקות, או ירידה, לעתים, או ירידה של אנרגיה, או UV, כמו כן, או ירידה, גם היא דורשת, או ירידה, או ירידה של אנרגיה, או ירידה, או ירידה, גם היא דורשת, כמו כן, לעתים קרובות, כמו כן, או ירידה של זמן, או ירידה של זמן קצר, או ירידה של אנרגיה, או ירידה, או ירידה של זמן, או ירידה של אנרגיה, או ירידה של זמן, או ירידה, או ירידה של זמן, או יותר, או יותר מאשר את זהה, לעתים קרובות, יש צורך, לעתים קרובות, או ירידה של זמן קצר, או ירידה של זמן קצר, או יותר מאשר את זהה, יש צורך, ישרוד, ישרוד, לעתים, יש צורך, ישרוד, יש צורך, יש צורך, ישרוד, יש צורך, לעתים קרובות, ישרוד,

בדיקות

עבור בדיקות מהירות של חומרים חדשים או ציפויים, בדיקות מואצות מגבירות את ה- AO flux (מספר אטומים לסנטימטר רבוע לשנייה) על ידי הזמנות של גודל מעל פלוקס הטבעי (אשר הוא בערך 1×1012 ל-1×1015 אטומים/2/s, בהתאם לריכוז ומערכת פלזמה מבוססת קרקעית יכולה לפעול באופן קבוע בעוצמה גבוהה כדי להשיג פלוקסים עד 1x10/2, אך ורק לאחר מכן, כלומר, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, עלולים להיות בסיכון גבוה, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר שייתכן שמשתנים, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, או ירידה של מנגנונים מסוימים, ירידה של מנגנונים כימיים, או ירידה של מנגנונים מסוימים, או ירידה של מנגנונים מסוימים, לאחר מכן, ירידה של מנגנונים מנגנונים מנגנונים כימיים).

גרסה של שימושים מואצים בבדיקות (FLT:0) וטמפרטורת החדר של פלסמה רדיו- ⁇ פלסמה ashersFLT:1 בלחצים גבוהים יותר (0.1-1) וטמפרטורת החדר. בעוד אלה רחוקים מהסביבה LEO, הם מספקים דרך מהירה וזולה למסך חומרים עבור פעילות גופנית גולמית, וכדי לאשר כי ציפוי מכסה משטח לחלוטין.

בחירה ושיפורים עבור התנגדות

חמוש בנתונים של בדיקות, מהנדסים יכולים לבחור חומרים הזמינים מסחרית שכבר מציגים תשואות של שחיקה נמוכה או לפתח אסטרטגיות הגנה חדשות.המטרה היא למזער את שיעור אובדן המסה במהלך חיי העיצוב של החללית תוך שמירה על תכונות אחרות (אופטיות, תרמית, חשמל, מכני).

קידודים מוגנים

הגישה הנפוצה ביותר להגנה AO היא יישום דק (בדרך כלל 0.1-10 μm) ציפוי של חומר AO-resistant על תת-קרקעי רגיש. ציפויים מוצלחים חייב להיות ללא פגם, לדבוק חזק, לעמוד על אופניים תרמיים וטיפול ללא סדקים או delaminating.סוגים הציפוי הנפוץ ביותר כוללים:

  • (FLT:0) ציפוי מבוסס סיליקון 1FreaLT - אלה גמישים וקלים ליישם.כאשר נחשפים AO, משטח הסיליקון מהווה אחליקה דק (שכבה SiO2) העוברת התקפה נוספת.עם זאת, התגובה המרה יכולה לצרוך את החומר, כך הציפוי חייב להיות עבה מספיק כדי להמשיך במשימה.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) שכבת פחמן דמוי-יהלומים (DLC) ציפויים FLT:1 - שכבת פחמן קשה, אדמדפי, שעמידה מאוד לציפוי AO. DLC ניתן ליישם על ידי מחיקה פיזית וניתן להשתמש בהם על אופטיקה ומשקפיים כיסוי תאים סולאריים.
  • (FLT:0) ציפוי Fluoropolymer ציפויים 1FIRLT 1) - בעוד פוליטרה-fluoroethylene (PTFE, Teflon) זחל לאט, זה לא עמיד כמו SiO2 או Al2O3. PTFE ציפויים משמשים בעיקר עבור בידוד חשמלי וחיכוך נמוך.

חומרים עמידים בפני עצמה

(ב) ישנם חומרים רבים של ⁇ AO נמוך הניבים מטבעם (FLT:0) חומרים מוגמרים (FLT) 1 (PTFE, Teflon-FEP, Tefzel) עמידים במידה מתונה בהשוואה ל- Kapton:2Flyimide עשוי לייצר חומרים מבוססי אלומיניום, אך ורקדה של סיליקון, או סיליקון, כמו: FRC-Fon-Fide, בדרך כלל, עשוי להיות משופר, כולל חומרים פגומים, כגון:

שינויים על פני השטח וגישות Composite

(ב) במקום ליישם ציפוי נפרד, כמה טיפולים לשנות את פני השטח של פולימר קיים (FLT:0Ion השתלת FLT:1 יכול ליצור שכבת משטח דק, חוצה מחובר כי הוא צפוף יותר ופחות פעיל.FLT:2Chemical vapor deposition (CVD)FLT 3 של שכבת הגנה דקה על שכבת פולימרט עמוק יותר על פני שכבת פולימרטיזם:2 מכווץ עם צורה חדשה של טיפול תרופתית (CheFulating)

דוגמאות אמיתיות בעולם ו Case Studies

ההשלכות המעשיות של בדיקת התנגדות AO מאוירות על ידי כמה תקלות חלליות ידועות והצלחות:

  • (FLT:0)Space Ferry TPS אריח נזק: FLT:1 משימות מעבורת מוקדמת חוו שחיקה משמעותית של מערכת ההגנה התרמית מבוססת הסיליקון ציפויים ב- LEO. זה הוביל לפיתוח של ציפויים אריחים משופרים ואת הדרישה לבדוק ולהיעד מחדש ציפויים לאחר כל טיסה.
  • (FLT:0) הידרדרות מערך המערך של ISS:03FLT:1) המערך הסולארי של מודול זריה הרוסי המקורי השתמש במחבר כסף שהותקף על ידי AO, מה שגורם לכשלים. Silver הוא פגיע לשמצה ל-AOO, ויצר תחמוצת תחמוצת משיכה שאינה מוליכים שיכולה להחליף כסף עם מוליכים אלומיניום או ציפויים מגנים.
  • (FLT:0) ממצאי סקריפי על שחיקה של קפיטטון: חליל:1 (תוכנית ה-HyE מדדה את התשואות החשופות של קטון-H בערך 3.0×10–24 ס"מ3/atom, המאשר את שיטות הבדיקה.זה גם הראה כי כמה ציפויים (כמו SiOx על קפטון) יכולים להפחית את השחיקה על ידי גורם של מעל 100, בתנאי שהציפוי מוחל נכון.
  • טלסקופ החלל של האבל:0 (FLT:1) ⁇ הרב-שכבות על האבל תוכנן עם שכבת שטח AO-resistant חיצונית של טפטון, אך הדבקה בלתי נמנעת במהלך עיבוד קרקעי נוצר כתמים שהובילו להתקפה מקומית.

בדיקות תקנים ופרוטוקולים

[ה]הקהילה של בדיקות החומרים ביססה פרוטוקולים סטנדרטיים כדי להבטיח כי התוצאות דומות במעבדות ומשימות.סטנדרט המבחן העיקרי הוא FLT:0ASTM E2089FLT:1, "פרקטיקה של סטונר עבור הערכת ההתנגדות של חומרים לחשיפה לחמצן גרעיני" (AFPSE) בתנאי ניתוח ספציפי של מערכת הפעלה מבוססת פרויקטים, מדידה של אובדן המוני, ודיווח של רישיונות לחשיפה ל-ADDFSTF2D2D.

כיוונים עתידיים: חומרים הבאים-Generation ו- In-Situ Monitoring

בעוד משימות חלל מתארכות לאורך זמן ומעבירות למסלולים נמוכים יותר (למשל, קבוצות גדולות של לווינים קטנים), גדלות ה-AO פלוקס, הדורשות עוד חומרים עמידים יותר.

  • (FLT:0) Atomic-oxygen-resistant גרפן וחומרים 2D:03FLT:1 Graphene, כאשר מוחל כציפוי, יכול להפחית באופן דרסטי את שחיקה AO בגלל חוסר יכולתה להתקפה אטום.עם זאת, פגמים בשכבה הגרפן יש לחסל, ושיטות ליישם אותה על משטחים מעוקלים נדרשים.
  • (FLT:0) ציפויים של ⁇ : ⁇ FLT:1 ציפוי חכמים שמשנים צבע או התנגדות חשמלית כאשר חיקה AO הגיעה לרמה קריטית עלולים להזהיר את המפעילים כדי למנוע כשלון מתמשך.
  • חומרים מעוררי השראה:0 (Bio-inspired Materials:FreaLT:1) אורגניזמים מסוימים עומדים בפני רדיקלים חמצן באנרגיה גבוהה בסביבות קיצוניות (למשל, חיידקים עמידים בקרינה) מימתיקים את ההגנה המולקולרית שלהם, כגון שימוש בפוליצריפים או פולימרים טבעיים אחרים, יכולים להביא חומרים סינתטיים חדשים עם תשואות נמוכות של שחיקה.
  • (FLT:0) ציפויים פונקציונליים: ההרחבה 1 (שלב התנגדות AO עם הגנה UV, בקרה תרמית, ונכסים אנטי-סטטיים בציפוי יחיד מפחיתה מסה ומורכבות.

מסקנה

בדיקת רכיבי חלל להתנגדות לחמצן האטומי הוא צעד קריטי בהבטחת האמינות והארוכות של חלליות הפועלות בכשלים נמוכים של כדור הארץ אוביט.האתגר הוא עצום: התקפות חמצן אטומיות על פני כדור הארץ מבחינה כימית ופיזית, שוחקות פולימרים, מסלקות חומרים קריטיים של פחמן ודה-Digitaling חומרים למניעת קרמיקה (מצטברות) באמצעות שילוב של סימולציות מבוססות קרקעיות בעלות אטומיות באמצעות פלזמה, ניסויים בחלל כמו אלה על ידי מהנדסי פחמן, ניסויים כגון ISS, ומהנדסים, בדיקות פחמן ומהנדסים, וניסויים מכניים, וניסויים מכניים, וניסויים מכניים, וניסויים מכניים, מונעים, מונעים, וניסויים מכניים, מונעים של חומרים מונעים, ומניעים של חומרים מפלט פחמן-פחמיים, וספקי אבטחה מהירים (מדומים, וכיסוי חומרים מפלט) לכיסוי חומרים מצופים, תוך כדי שיפורי אבטחה מגנטיים של חומרים מפלט) של חומרים מפלט פחמן-פחמיטיביים, ומניעים, ומניעהפחתת חומרים מצופים, ומניעים של חומרים מפלט פחמן-פחמיטיביים, ומניעים, ומניעים,

(ב) לקריאה טכנית מפורטת יותר, ראה את ה-FLT:0 NASA-STD-6016Felo 1 סטנדרטי, תקן FLT:2AS E2089FLT 3: 3 שיטת מבחן, ואת דף הפרויקט של ה-FLT:4A של נאס"א:5 נתונים נוספים על תשואות של חומרים ניתן למצוא במסד הנתונים של LT6FESAs 7.