Космическое материаловедение — раздел междисциплинарной науки материаловедения, изучающий свойства материалов в космическом пространстве.
Основные направления исследований
Радиационная стойкость и защита. Изучение изменения свойств материалов под воздействием солнечного ветра и при нахождении в радиационных поясах Земли Механическая стойкость воздействию микрометеорных частиц Испарение материалов в глубоком вакууме Воздействие собственной внешней атмосферы космических аппаратов на их материалы и оборудование Коррозия в условиях вакуума и/или невесомости Изучение свойств материалов в условиях экстремально низких и высоких температур, а также в условиях изменения температуры в широких диапазонах.
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.
Люминесцентную способность стёкол определяют следующие компоненты: окиси кремния SiO2, бария BaO и свинца PbO. Другие компоненты практически не влияют на радиолюминесценцию стекла.
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.
После облучения заметная люминесценция наблюдается у стёкол первой группы на протяжении нескольких месяцев. Под действием высоких температур яркость свечения снижается. Происходит, так называемое, температурное тушение люминесценции.
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. Поэтому некоторые металлы, в первую очередь Ag, Os, а также углерод и органические материалы, подвержены сильному окислению и эрозии.
Материалы наиболее подверженные эрозии под воздействием атомарного кислорода: 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.
+ Реакционная эффективность, Re, различных материалов от воздействия атомарного кислорода при экспонировании в условиях околоземного космического пространстваМатериалРеакционная эффективность, Rе, *10−24 [см3∙ат−1]Алюминий0Al2O30,025Углерод1,2Алмаз0,021Эпоксид1,7Золото0Графитовый эпоксид2,6Каптон3Полиэтилен3,3Поли(метилакрил)3,4Поликарбонат6Полистирол1,7Полисульфон2,4Силикон0,05Силоксан полиимид (7% Sx)0,6Силоксан полиимид (25% Sx)0,3Поли(винилфлюорид)3,2Политетрафлюорэтилен0,04Полиэфиркетон2,2Майлар3,9Нейлон-6,64,4PVA C4H6O25,2PEO C2H4O5,7Делрин9,5
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.
Примечания
Литература
См. также Радиационно-стойкая интегральная схема Радиационный пояс Радиолюминесценция Прецизионные сплавы
Ссылки
Материалы полимерные для космических аппаратов с ядерным реактором. Требования к проведению радиационных испытаний
Timeline of Materials Science at The Minerals, Metals & Materials Society (TMS) Materials International Space Station Experiment
Категория:Материаловедение Категория:Исследования космоса