Ciencia de los materiales espaciales

La versión actual de la página aún no ha sido revisada por colaboradores experimentados y puede diferir significativamente de la versión revisada el 12 de junio de 2019; las comprobaciones requieren 6 ediciones .

La ciencia de los materiales espaciales es una rama de la ciencia interdisciplinaria de la ciencia de los materiales que estudia las propiedades de los materiales en el espacio exterior .

Principales líneas de investigación

• Resistencia y protección a la radiación . El estudio de los cambios en las propiedades de los materiales bajo la influencia del viento solar y mientras se encuentran en los cinturones de radiación de la Tierra [1]
• Resistencia mecánica a micropartículas meteóricas [ 1]
• Evaporación de materiales en alto vacío [2]
• El impacto de la propia atmósfera exterior de los vehículos espaciales sobre sus materiales y equipos [1]
• Corrosión bajo vacío y/o ingravidez [2]
• El estudio de las propiedades de los materiales en condiciones de temperaturas extremadamente bajas y altas, así como en condiciones de cambios de temperatura en un amplio rango. [2]

Radioluminiscencia de vidrio

Cuando se utilizan lentes ópticas en el espacio exterior , puede producirse un brillo de la lente exterior causado por la radiación ionizante cósmica , que interfiere con la señal óptica principal. Por lo tanto, el estudio del brillo que se produce en los vidrios de varios tipos bajo la acción de la radiación cósmica es de gran importancia. [una]

La capacidad luminiscente de los vidrios está determinada por los siguientes componentes: óxido de silicio SiO 2 , bario BaO y plomo PbO . Otros componentes prácticamente no tienen efecto sobre la radioluminiscencia del vidrio. [una]

Los vidrios se pueden dividir en varios grupos según sus propiedades ópticas. El principal de estos grupos son las " coronas ", es decir, tipos de vidrio K, LK, BK y TK; y " pedernales ", i.e. tipos de vidrio F, LF, KF, BF y TF. [1] :87

Después de la irradiación, se observa una luminiscencia notable en los vidrios del primer grupo durante varios meses. Bajo la influencia de altas temperaturas, el brillo del resplandor disminuye. Se produce la denominada extinción de temperatura de la luminiscencia. [1] :88

Destrucción de materiales por
oxígeno atómico y radiación ultravioleta

La atmósfera residual en las órbitas bajas se compone principalmente de átomos de oxígeno (80%) y moléculas de nitrógeno N 2 (20%). La mayor parte del oxígeno a gran altura se disocia bajo la influencia del ultravioleta cósmico (λ~121,6 nm). La densidad de flujo de partículas depende de la actividad solar, la altitud y la inclinación orbital, y otros factores. [1] :124 Por lo tanto, algunos metales, principalmente Ag , Os , así como el carbono y los materiales orgánicos, están sujetos a oxidación y erosión severas. [1] :126

Materiales más susceptibles a la erosión por oxígeno atómico: [1] :127

• Materiales compuestos a base de polímeros, compuestos de grafito-epoxi, caucho termoplástico.
• Lubricantes sólidos: MoS 2 ; metales blandos ( Ag; Pb; In ).
• Recubrimientos de control térmico (TRP): polímeros metalizados ( Al -teflon, Al -kapton), pinturas orgánicas (blancas y negras).
• Materiales ópticos:
  • recubrimientos metálicos: Ag, Al, Ni, Au, Ta, Ti, Zr
  • recubrimientos dieléctricos: MgF 2 ; CaF2 ._ _
• Componentes de energía espacial: células solares, películas Kapton, contactos de plata, compuestos de fibra de vidrio.
• Reflectores: silicio, acrílicos, polímeros de flúor, policarbonatos, Ag, Al . Recubrimientos protectores de materiales: Ni, SiO 2 , TiO 2 , Al 2 O 3 , ZnO, Ni/SiO 2 , ITO, In 2 O 3 .

Cuando la plata entra en contacto con el oxígeno atómico, aparece una película de óxido en su superficie, con altas tensiones internas, por lo que estalla y se desprende de la superficie. Esto conduce a la pérdida de masa y la contaminación del espacio circundante con partículas de AgO . [1] :140

Eficiencia de reacción, Re, de varios materiales por exposición al oxígeno atómico cuando se exponen a condiciones espaciales cercanas a la Tierra [1] :134

Material	Eficiencia de reacción, Re, * 10 -24 [cm 3 ∙at -1 ]
Aluminio	0
Al2O3 _ _ _	0.025
Carbón	1.2
Diamante	0.021
Epóxido	1.7
Oro	0
epoxi de grafito	2.6
Kaptón	3
Polietileno	3.3
Poli(metilacrílico)	3.4
policarbonato	6
Poliestireno	1.7
polisulfona	2.4
Silicona	0.05
Poliimida de siloxano (7% Sx)	0.6
Poliimida de siloxano (25% Sx)	0.3
Poli(fluoruro de vinilo)	3.2
politetrafluoroetileno	0.04
polietercetona	2.2
Mylar	3.9
Nailon-6.6	4.4
PVA[ término desconocido ] C 4 H 6 O 2	5.2
OPE[ término desconocido ] C 2 H 4 O	5.7
Delrín	9.5

Para reducir la velocidad de destrucción de los materiales superficiales, se recubren con una fina capa protectora resistente a la erosión (1 μm), inorgánica (SiO2, Al2O3, MgF2, Si3N4) o polimérica (teflón, silicona, etc.). La capa protectora permite reducir la pérdida de peso en 10-100 veces. [1] :137

Notas

1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 AKISHIN A.I. SPACE MATERIALS SCIENCE = Manual metodológico y educativo / K.I. Stratilatova. - Moscú: Universidad Estatal de Moscú, INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN DE FÍSICA NUCLEAR que lleva el nombre de D.V. SKOBELTSYNA, 2007. - 209 p. - 100 copias. Copia archivada (enlace no disponible) . Consultado el 6 de julio de 2013. Archivado desde el original el 17 de octubre de 2013. (indefinido) 
2. ↑ 1 2 3 ENCICLOPEDIA DE LA TECNOLOGÍA MODERNA .

Literatura

• AI. Akishin, L. S. Nóvikov. CIENCIA DE MATERIALES ESPACIALES .  (enlace no disponible)
• L. L. Regel, R. Zh. Sagdeev. Ciencia de los materiales espaciales = Resultados de la ciencia y la tecnología: exploración espacial. — VINITI, 1991.
• A. S. Okhotin. Ciencia y tecnología de materiales espaciales = Instituto de Investigación Espacial (Academia de Ciencias de la URSS). - Nauka, 1977. - 182 p.
• LS Novikov. Efectos de la radiación en los materiales de las naves espaciales = libro de texto. — Moscú: Universitetskaya kniga, 2010. — 192 p. - ISBN 978-5-91304-190-6 .  (enlace no disponible)
• A. I. Akishin, L. S. Novikov. Efectos ambientales sobre los materiales de las naves espaciales . - Moscú: Conocimiento, 1983. - 64 p. — (FIRMA SERIE DE CIENCIA POPULAR "Cosmonáutica, Astronomía", No. 4). Archivado el 24 de agosto de 2011 en Wayback Machine .
• Kasaev K.S., Akishin F.I., Bashkirov V.F., Grafodatsky O.S., Kuznetsov N.V., Makaltsev A.A., Mileev V.N., Novikov L.S., Nymmik R. .A., Panasyuk M.I., Solovyov G.G., Sosnovets E.N., Teltsov M.V., Tolstaya E.D. El impacto del entorno espacial en los materiales y equipos de los vehículos espaciales  = Nuevas tecnologías intensivas en ciencia en ingeniería. - Moscú: CJSC NII "Entsitekh", 2000. - T. 16 . - S. 285 .
• El impacto del entorno espacial en los materiales y equipos de las naves espaciales  = Modelo espacial: Colección. - Moscú: KDU, 2007. - T. 2 .

Véase también

• Circuito integrado resistente a la radiación
• cinturón de radiación
• radioluminiscencia
• Aleaciones de precisión

Enlaces

• GOST 25645.332-94 Materiales poliméricos para vehículos espaciales con reactor nuclear. Requisitos para las pruebas de radiación
• Parafes S.G. El diseño de naves espaciales  : Complejo educativo y metodológico. - Kaluga, Moscú: "Eidos", 2011. - S. 247 . Archivado desde el original el 13 de agosto de 2012.
• Cronología de la ciencia de los materiales en The Minerals, Metals & Materials Society (TMS  )
• Experimento de la  Estación Espacial Internacional de Materiales

Secciones de ciencia de los materiales
Definiciones basicas	Material Compuesto químico fase Estructura macroestructura microestructura Propiedades químico físico mecánico funcional dispersión
Direcciones principales	ciencia de los metales metalurgia Ingeniería Mecánica Cerámica cerámica técnica Materiales poliméricos Materiales de construcción Nanotecnología ciencia de los materiales espaciales Materiales biocompatibles
Aspectos generales	Tecnología Caracterización metodos instrumentales de analisis Diseño (cálculo de propiedades) Información (bases de datos)
Otras direcciones importantes	Cristalografía La ciencia de los fenómenos de superficie tribología
Ciencias relacionadas	Química química estructural química Física análisis físico y químico termodinámica cinética química del estado sólido química de polímeros Mineralogía ciencias mineras Ingeniería Nuclear Física física de la Materia Condensada física de polímeros física de la materia blanda física del estado sólido