Espai vs. materials: proves orbitals fora de l’estació espacial

“La degradació durant el vol pot provocar una oxidació a causa de l’oxigen atòmic (causat per la separació de molècules d’oxigen estàndard per la radiació solar, convertint-se en àtoms individuals d’oxigen molt reactius) o enfosquint-se per la radiació UV”, explica Sebastien Vincent-Bonnieu, de l’ESA. SciSpacE equip.

“A més, els revestiments poden esquerdar-se a causa dels canvis extrems de temperatura que es produeixen en òrbita, la fragilitat pot ser provocada per la radiació, mentre que els impactes de restes espacials o micro-meteoroides poden crear petits cràters”.

Un total de 15 materials diferents s’exposaran directament a l’espai de l’Euro Experiment Envelliment de Materials, que forma part del Bartolomeu “porxo frontal” unit al mòdul europeu Columbus a bord de l’Estació Espacial Internacional. Els materials es van seleccionar seguint un Anunci de l’ESA-CNES d’oportunitat per a investigadors europeus.

“Es provarà una àmplia varietat de materials, inclosos polímers amb recobriments de protecció contra l’oxigen atòmic, metalls i plàstics impresos en 3D i nous compostos reforçats amb fibra de carboni”, afegeix Sebastien.

“També farem volar els nostres propis materials per caracteritzar la seva resposta a l’entorn espacial i proporcionar dades de referència per als experimentadors”, explica Adrian Tighe, enginyer de materials de la Secció de Física i Química de Materials de l’ESA. “Per exemple, volarem làmines de Kapton per mesurar la fluència d’oxigen atòmic, un nou material sensible als UV per mesurar la radiació solar i netejar les superfícies de vidre per mesurar la contaminació en òrbita.

“També volarem un revestiment de ceràmica blanca, similar al que es volava a BepiColombo, de manera que podem estudiar directament el seu comportament a l’espai. Tot i que no és possible recuperar els materials d’una nau espacial que creua cap a Mercuri, és possible recuperar-los de la ISS per a una anàlisi detallada a la Terra. “

Tots els materials se sotmetran a un examen i caracterització detallats previs al vol, mitjançant un conjunt d’equips i tècniques avançades d’anàlisi de superfícies. Això serà realitzat per la Secció de Física i Química de Materials de l’ESA, a la secció Laboratori de materials i components elèctrics, que es basa en ESTEC centre tècnic als Països Baixos.

L’equip, per exemple, examinarà l’estructura superficial i la composició química dels materials mitjançant microscopis electrònics d’escombratge, espectroscòpia de fotoelectrons de raigs X, microscòpia de força atòmica, mitjançant un llapis nanoescala que “sent” àtoms individuals, a més de “Raman” basat en làser. espectroscòpia i microscòpia confocal làser 3D.

Riccardo Rampini, cap de la Secció de Física i Química dels Materials, explica: “És important caracteritzar els materials abans del vol per poder avaluar la degradació durant el vol. També mantindrem a terra mostres dels materials i els supervisarem regularment per comprovar que no hi hagi degradació del sòl “.

Alguns materials podrien erosionar-se completament en òrbita, de manera que es comproven primer en instal·lacions de proves ambientals terrestres, com ara les ESTEC Instal·lació d’oxigen atòmic LEOX. Això també és molt útil per comparar dades terrestres i de vol, ajudant a actualitzar els nostres models de predicció sobre com es comporten els materials a l’entorn espacial. També es requereixen proves de vibracions per assegurar-se que les mostres sobreviuran a la violència del seu vol cap a l’òrbita.

“Tot aquest anàlisi es realitza només en mostres de referència, en lloc dels elements de vol”, assenyala Adrian. “Aquestes mostres de vol s’han de manipular amb molta cura per minimitzar el contacte i evitar la contaminació abans del vol”, afirma Adrian. “Fins i tot la contaminació de traces pot causar degradació quan s’exposen a intenses UV en òrbita, de manera que qualsevol empremta digital es revelaria clarament, per exemple.

“Per tant, les mostres de vol s’integraran als seus suports amb molta cura, en condicions de sala blanca completa i es revisaran acuradament mitjançant làmpades d’inspecció. Un cop muntades totes les mostres, es passaran al CNES per integrar-les a la càrrega útil EMA “.

Les proves detallades es repetiran posteriorment quan les mostres es tornin a la Terra, una oportunitat relativament rara per a l’equip de la secció de Física i Química dels Materials.

Riccardo diu: “Hem rebut materials de l’espai del nostre experiment d’exposició i degradació de materials (MEDET) – que vam desenvolupar conjuntament amb CNES i el laboratori aeroespacial francès ONERA – així com materials de la Instal·lació d’exposició de llarga durada i la matrius solars del telescopi espacial Hubble – i realment hem après molt de la caracterització i anàlisi posterior al vol.

“Aquesta càrrega útil EMA també és una gran oportunitat per a la nostra secció becaris de recerca per obtenir experiència treballant amb maquinari de vols espacials reals i aprendre com funciona un projecte espacial, sobretot treballant fins a un termini de llançament estricte, així com amb les universitats i petites empreses que presenten les mostres “.

Està previst que la càrrega útil total de l’EMA arribi a l’ISS el 2022.