¿Cuáles son los efectos a largo plazo de la meteorización espacial en los materiales hechos por el hombre?

Hay cuatro (más o menos) contribuyentes principales a la "meteorización espacial" de cualquier material (natural o sintético) en el espacio:

1. Entorno de micrometeoritos y escombros: este es el resultado de cosas pequeñas que golpean el material en cuestión. A posibles velocidades de colisión de hasta 14 km/s (para escombros, mucho más altas para micrometeoroides) todo se convierte en una bala. El ejemplo clásico es la ventana perforada del transbordador espacial . Por supuesto, un impacto mayor conducirá al último "desgaste"

2. Desgasificación : También conocido como el " olor a coche nuevo ". Cualquier objeto en el vacío tenderá a desgasificar cualquier volátil. Su automóvil emite gases de algunos de sus materiales/aglutinantes/adhesivos, lo que genera un olor característico. Esta es una de las razones por las que ciertos materiales están mal vistos en las naves espaciales. Algunos plásticos/espumas se desgasificarán por sí solos. Otros simplemente se volverán quebradizos o quebradizos. Además de dañar potencialmente el material desgasificado debido a la pérdida de masa, las partículas desgasificadas tienden a depositarse en superficies frías cercanas, como lentes y cubreobjetos de células solares.

   Como resultado, los materiales utilizados en el diseño de naves espaciales se eligen con una mínima desgasificación como criterio importante. Un material del que a menudo escuchará hablar a los ingenieros de naves espaciales es la cinta Kapton, la cinta adhesiva de los científicos de cohetes. Kapton es particularmente estable en el vacío (entre otras propiedades) y, por lo tanto, se usa ampliamente.

3. Oxígeno atómico : en los tramos superiores de la atmósfera, aproximadamente entre 150 y 700 km, las moléculas de oxígeno (O2) se disocian en átomos de oxígeno individuales (O). Estos átomos son altamente reactivos y les gusta unirse (oxidarse) a muchas otras sustancias. Esto puede provocar la erosión de las superficies, el oscurecimiento de la óptica, etc.

4. Radiación (EM y partículas): La radiación de todo tipo también puede afectar a los materiales. Los polímeros son de nuevo especialmente susceptibles. los resultados pueden variar entre cambiar las propiedades ópticas (oscurecimiento, por ejemplo) a cambios estructurales. La luz ultravioleta, por ejemplo, puede deteriorar lentamente los plásticos. ¿Alguna vez ha visto un asiento de automóvil en el que la exposición a la luz solar finalmente hizo que el vinilo se desmoronara y se asqueara? Algunos CubeSats se han aprovechado de esto. Las antenas se mantienen en su lugar antes de desplegarlas con el hilo de pescar. Normalmente, la línea de pesca se derrite para permitir que las antenas se desplieguen. Si la fusión no funciona, una copia de seguridad es esperar hasta que la luz ultravioleta deteriore la línea de pesca hasta el punto en que se rompa .

No es sorprendente que la NASA haya llevado a cabo muchos experimentos para estudiar los efectos del entorno espacial en los materiales. Uno de los primeros fue el programa Pegasus , en el que se desplegaron paneles muy grandes del módulo de servicio (SM) sustituto de los cohetes Saturn I de prueba. Los paneles estaban equipados (efectivamente con un micrófono) que contaban impactos de micrometeoroides. Años más tarde, la NASA voló la Instalación de Exposición de Larga Duración ( LDEF ), un satélite del tamaño de un autobús completamente envuelto en paneles exteriores con diferentes materiales para ser probados.

Más recientemente, la NASA ha volado varias cargas útiles del Experimento de la Estación Espacial de Integración de Materiales ( MISSE ) a la estación espacial. Puedes ver los efectos del oxígeno atómico en la misión MISSE-2 en esta increíble imagen:

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La instalación de exposición de larga duración (LDEF) fue un satélite lanzado y recuperado por el transbordador diseñado para investigar exactamente esto.

Aquí está la LDEF en el espacio.

Se cubrió con bandejas de diferentes materiales para investigar cómo se mantuvieron en órbita terrestre baja.

Se suponía que permanecería en órbita alrededor de un año, pero intervino la falla del Challenger, lo que provocó que permaneciera en órbita durante ~ 6 años.

Fuente

Hubo una conferencia llamada "Resultados de materiales LDEF para aplicaciones de naves espaciales" en 1993, los procedimientos están disponibles en línea y son una mina de oro de información sobre los resultados de los experimentos.

Actas de congresos

Aquí hay un ejemplo del artículo que muestra cómo el oxígeno atómico erosionó el aislamiento multicapa de Kapton.

Esta imagen es de la misión de recuperación de LDEF, puedes ver algunos de los efectos (peladura de capas en el extremo inferior del satélite, etc.).