¿Cómo es exactamente que el oxígeno atómico causa problemas a las naves espaciales en VLEO?

En órbita terrestre muy baja hay (al menos) dos problemas; resistencia aerodinámica y oxígeno atómico (O en lugar de O2). La resistencia se puede compensar con un empuje bajo de un motor de iones.

Pregunta: Pero, ¿qué es exactamente lo que hace que el oxígeno atómico sea "malo"? ¿Cómo es exactamente que el oxígeno atómico causa problemas a las naves espaciales en VLEO? Supongo que tiene algo que ver con la mayor reactividad de los átomos de oxígeno individuales en comparación con las moléculas de oxígeno, pero ¿cuáles son los problemas específicos?

¿Se come lentamente toda la nave espacial o hay materiales o dispositivos específicos que son particularmente sensibles?

¿Se mete dentro y se come el aislamiento y los sellos de goma como la cepa de Andrómeda ?

La gente podría querer poner telescopios de observación de la Tierra en VLEO para estar más cerca. Dado que el vidrio en las lentes y los revestimientos reflectantes de aluminio en los espejos están casi completamente oxidados, ¿son los delgados revestimientos ópticos en sus superficies los que se "comen", por ejemplo?

aquí está el gran artículo sobre la corrosión ATOX del oxígeno atómico en el espacio: esmat.esa.int/publications/published_papers/…

Respuestas (1)

Literalmente carcome las superficies hechas de ciertos materiales . Es bastante loco. Según Space Mission Analysis and Design ("SMAD", 3e, de Wertz y Larson), el oxígeno atómico (que llamaré ATOX gracias al comentario del usuario 1209304) es "el componente atmosférico predominante" entre 200 y 600 km, y es un fuerza dominante por encima de los 170 km (alrededor de los cuales alcanza un máximo en términos de número de átomos por metro cúbico). A medida que una nave espacial se mueve a través de su órbita, se encuentra con un flujo de átomos de oxígeno que reaccionan con las superficies.

Kapton (nuevamente de SMAD), se degradará a una velocidad de 2,8 μm por cada 10 24 átomos/m 2 de la densidad de flujo integrada en el tiempo del oxígeno atómico encontrada, con la plata degradándose mucho más rápido (alrededor de 10-20 μm). Por contexto, las capas del protector solar JWST pueden tener menos de 25 m m de espesor, aunque por supuesto el JWST no está en LEO.

El flujo ATOX viene dado por:

F O = ρ norte V T

Dónde ρ norte es la densidad en átomos por metro cúbico, V es la velocidad de la nave espacial, y T es el intervalo de tiempo (tiene sentido - velocidad * el tiempo es metros, ρ norte es una medida de volumen, entonces F O da átomos por metro cuadrado).

Como ejemplo, F O , para una nave espacial en una órbita de 7 km / s, 200 km, durante una misión de un año da un valor aproximado de F O de 2 × 10 23 ( ρ norte valor de SMAD). Esto degradaría varios nanómetros de Kapton y varios micrómetros de plata en el transcurso de esa misión de un año.

Dado que es reactivo, ATOX también provoca la creación de algunos óxidos no deseados a medida que se lleva a cabo esta degradación. Estos óxidos son problemáticos en sí mismos (ya que su superficie ya no es pura), pero también porque son "radiativamente activos" (SMAD), es decir, tienen características de radiación térmica no deseadas, que pueden interferir con los sensores ópticos.

Aquí hay una hermosa imagen del resplandor del oxígeno atómico en el transbordador: i.pinimg.com/originals/4a/c6/07/…
Eso es genial. ¿Qué es exactamente? ¿ATOX reaccionando con el transbordador (espero que no...) o ATOX en la superficie del transbordador iluminada de alguna manera?
Lo más probable es que reaccionara con rastros de propulsores depositados en las baldosas nature.com/articles/354048a0
@uhoh: editado. Es el espesor del material perdido dado un flujo por metro cuadrado
@uhoh: Veo tu edición. Solo quiero asegurarme de que quede claro lo que significa: si tengo un 1 metro 2 pieza de Kapton que se encuentra con un total de 10 24 átomos de oxígeno que se distribuyen más o menos uniformemente en esa superficie, entonces el kapton será 2.8 m m más delgado en toda su superficie. ¿Ojalá eso aparezca en la respuesta?
La publicación de la conferencia de la NASA 3257 LDEF Results for Spacecraft Applications contiene varios documentos sobre los efectos del oxígeno atómico, pero parece que no puedo encontrarlo en línea atm. Supongo que lo pondré en la cola "para cargar".
Ampliando aún más esto, en general, la mayoría de las preocupaciones sobre la exposición al AO provienen del AO ram, donde el oxígeno atómico se encuentra a alta velocidad, lo que proporciona la energía de activación necesaria para iniciar las reacciones que causan la erosión. Por lo tanto, para la mayoría de los materiales, la amenaza es altamente direccional en una nave espacial en órbita. Sin embargo, la plata es un caso especial. Incluso el AO termalizado (es decir, donde se anula la energía cinética asociada a la velocidad) oxidará la plata y, a diferencia de otros metales en los que el óxido sirve para pasivar, el óxido de plata se desprende continuamente, exponiendo nuevo metal.
@Tristan wow, esa es tanta información útil que los lectores podrían estar mejor atendidos en una respuesta.
1 2 dieciséis × 938 × 10 6  eVc 2 × ( 7670  EM C ) 2
es casi 5 eV! Agregar k B T y la distribución podría pasar de 6 eV. Nunca me di cuenta de que la velocidad orbital era lo suficientemente alta como para impulsar reacciones químicas, ¡genial!
@MagicOctopusUrn ídem; ¿Por qué no agregar una respuesta con información crítica de ese documento?
@OrganicMarble ídem del ídem
@MichaelStachowsky Ajusté aún más la edición. Creo que esta es una forma estándar y convencional de escribirlo. 10 24 átomos/m 2 se entiende como una unidad de densidad de flujo integrada en el tiempo, como se entendería 2,8 μm como una unidad de pérdida de espesor. Para verificar esto, acabo de preguntar ¿Cómo se aplica el término "densidad de flujo integrada en el tiempo" a la efluencia de una corriente de átomos en una superficie? en Química SE.
¿Cómo es exactamente que el oxígeno atómico causa problemas a las naves espaciales en VLEO?
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