Espacio frente a materiales: pruebas orbitales fuera de la Estación Espacial


Habilitación y soporte

25/03/2021
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El espacio deja su huella en los materiales: la exposición a un entorno tan hostil puede oscurecer, agrietar o crear cráteres en sus superficies, o incluso erosionarlas por completo. La nada del vacío incisivo también puede incitar vapores de «desgasificación» de los materiales que podrían degradar los delicados sistemas de la misión. En consecuencia, la ESA y la agencia espacial francesa CNES están dando a los investigadores europeos la oportunidad de enfrentar los últimos materiales aeroespaciales sin rodeos contra el espacio.

Inspección visual de la muestra

“La degradación en vuelo puede resultar en oxidación debido al oxígeno atómico, causada por la ruptura de moléculas de oxígeno estándar por la radiación solar, convirtiéndose en átomos individuales de oxígeno muy reactivos, o el oscurecimiento por la radiación ultravioleta”, explica Sebastien Vincent-Bonnieu de la ESA. SciSpacE equipo.

«Además, los recubrimientos pueden agrietarse debido a los cambios extremos de temperatura que se encuentran en la órbita, la fragilidad puede ser provocada por la radiación, mientras que los impactos de los desechos espaciales o micro-meteoroides pueden crear pequeños cráteres».

Bartolomeo en ISS

Un total de 15 materiales diferentes se expondrán sin rodeos al espacio en el Experimento de Envejecimiento de Materiales Euro, parte del Bartolomeo ‘porche delantero’ adjunto al módulo Columbus de Europa a bordo de la Estación Espacial Internacional. Los materiales fueron seleccionados siguiendo un Anuncio ESA-CNES de oportunidad para investigadores europeos.

«Se probará una amplia variedad de materiales, incluidos polímeros con recubrimientos de protección de oxígeno atómico, metales y plásticos impresos en 3D y nuevos compuestos reforzados con fibra de carbono», agrega Sebastien.

Prueba de los efectos del oxígeno atómico

“También volaremos nuestros propios materiales para caracterizar su respuesta al entorno espacial y proporcionar datos de referencia para los experimentadores”, explica Adrian Tighe, ingeniero de materiales de la Sección de Física y Química de Materiales de la ESA. “Por ejemplo, volaremos láminas Kapton para medir la fluencia de oxígeno atómico, un nuevo material sensible a los rayos UV para medir la radiación solar y limpiar las superficies de vidrio para medir la contaminación en órbita.

“También volaremos una capa blanca de cerámica, similar a la que se colocó en BepiColombo, para que podamos estudiar directamente cómo se comporta en el espacio. Si bien no es posible recuperar los materiales de una nave espacial que navega hacia Mercurio, es posible recuperarlos de la ISS para realizar un análisis detallado en la Tierra ”.

Prueba de muestras en XPS

Todos los materiales se someterán a un examen y una caracterización detallados antes del vuelo, utilizando un conjunto de equipos y técnicas de análisis de superficie avanzados. Esto será realizado por la Sección de Física y Química de Materiales de la ESA, en el Laboratorio de Materiales y Componentes Eléctricos, que se basa en el ESTEC centro técnico en los Países Bajos.

El equipo, por ejemplo, observará la estructura de la superficie y la composición química de los materiales utilizando microscopios electrónicos de barrido, espectroscopia de fotoelectrones de rayos X, microscopía de fuerza atómica, utilizando un lápiz óptico a nanoescala que ‘siente’ átomos individuales, además de ‘Raman’ basado en láser. espectroscopía y microscopía confocal láser 3D.

Escrutinio microscópico

Riccardo Rampini, jefe de la Sección de Física y Química de Materiales, explica: “Es importante caracterizar los materiales antes del vuelo para poder evaluar la degradación en vuelo. También mantendremos muestras de los materiales en el suelo y los monitorearemos regularmente para verificar que no haya degradación en el suelo «.

Algunos materiales podrían erosionarse completamente en órbita, por lo que se verifican primero en instalaciones de prueba ambiental en tierra, como ESTEC. Instalación de oxígeno atómico LEOX. Esto también es muy útil para comparar datos terrestres y de vuelo, lo que ayuda a actualizar nuestros modelos de predicción sobre cómo se comportan los materiales en el entorno espacial. También se requieren pruebas de vibración para asegurarse de que las muestras sobrevivirán a la violencia de su vuelo a la órbita.

Superficie picada y agrietada de MEDET

«Todo este análisis se realiza sólo en muestras de referencia, en lugar de los elementos de vuelo», señala Adrian. «Estas muestras de vuelo deben manipularse con mucho cuidado para minimizar el contacto y evitar la contaminación antes del vuelo», señala Adrian. «Incluso los rastros de contaminación pueden causar degradación cuando se exponen a rayos ultravioleta intensos en órbita, por lo que cualquier huella dactilar se revelaría claramente, por ejemplo.

“Por lo tanto, las muestras de vuelo se integrarán en sus soportes con mucho cuidado, en condiciones de sala limpia total, y se controlarán cuidadosamente mediante lámparas de inspección. Una vez que se hayan montado todas las muestras, se pasarán al CNES para su integración en la carga útil de la EMA «.

Instalación de envejecimiento de material europeo

Las pruebas detalladas se repetirán posteriormente cuando las muestras se devuelvan a la Tierra nuevamente, una oportunidad relativamente rara para el equipo de la sección de Física y Química de Materiales.

Riccardo dice: «Recibimos materiales del espacio de nuestro Experimento de exposición y degradación de materiales (MEDET), Que desarrollamos junto con el CNES y el laboratorio aeroespacial francés. ONERA – así como materiales de la Instalación de exposición de larga duración y el matrices solares del telescopio espacial Hubble – y realmente aprendimos mucho de la caracterización y el análisis posteriores al vuelo.

“Esta carga útil de la EMA también es una gran oportunidad para los becarios de investigación adquirir experiencia trabajando con hardware real de vuelos espaciales y aprender cómo funciona un proyecto espacial, especialmente trabajando con una fecha límite de lanzamiento estricta, así como con las universidades y pequeñas empresas que presentan las muestras «.

La carga útil general de la EMA está programada para volar a la ISS en 2022.



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