Wie genau verursacht atomarer Sauerstoff Raumfahrzeugen in VLEO Probleme?

In einer sehr niedrigen Erdumlaufbahn gibt es (mindestens) zwei Probleme; Luftwiderstand und atomaren Sauerstoff (O statt O2). Der Luftwiderstand kann mit einem geringen Schub eines Ionentriebwerks kompensiert werden.

Frage: Aber was genau macht atomaren Sauerstoff "schlecht". Wie genau verursacht atomarer Sauerstoff Raumfahrzeugen in VLEO Probleme? Ich nehme an, es hat etwas mit der höheren Reaktivität einzelner Sauerstoffatome im Vergleich zu Sauerstoffmolekülen zu tun, aber was sind die spezifischen Probleme?

Frisst es langsam das ganze Raumschiff auf oder gibt es bestimmte Materialien oder Geräte, die besonders empfindlich sind?

Kommt es hinein und frisst Isolierungen und Gummidichtungen wie die Andromeda-Sorte ?

Die Leute möchten vielleicht Erdbeobachtungsteleskope in VLEO platzieren, um näher zu sein. Da das Glas in Linsen und reflektierende Aluminiumbeschichtungen auf Spiegeln so gut wie vollständig oxidiert sind, werden zum Beispiel die dünnen optischen Beschichtungen auf ihren Oberflächen "gefressen"?

hier ist der großartige Artikel über Atomsauerstoff-ATOX-Korrosion im Weltraum: esmat.esa.int/publications/published_papers/…

Antworten (1)

Es nagt buchstäblich an Oberflächen aus bestimmten Materialien . Es ist ziemlich verrückt. Laut Space Mission Analysis and Design („SMAD“, 3e, von Wertz und Larson) ist atomarer Sauerstoff (den ich dank des Kommentars von Benutzer 1209304 ATOX nennen werde) „der vorherrschende atmosphärische Bestandteil“ von 200 bis 600 km und ist a dominante Kraft über 170 km (um die herum es tatsächlich ein Maximum in Bezug auf die Anzahl der Atome pro Kubikmeter erreicht). Wenn sich ein Raumschiff durch seine Umlaufbahn bewegt, trifft es auf einen Strom von Sauerstoffatomen, die mit Oberflächen reagieren.

Kapton (wiederum von SMAD) wird mit einer Rate von 2,8 μm für jeden abgebaut 10 24 Atome/m 2 der angetroffenen zeitintegrierten Flussdichte des atomaren Sauerstoffs, wobei Silber viel schneller abgebaut wird (irgendwo um 10–20 μm). Zum Vergleich: Die Schichten des JWST-Sonnenschutzes können weniger als 25 betragen μ m dick, obwohl der JWST natürlich nicht in LEO ist.

Der ATOX-Fluss ist gegeben durch:

F Ö = ρ N v T

Wo ρ N ist die Dichte in Atomen pro Kubikmeter, v ist die Geschwindigkeit des Raumfahrzeugs, und T ist das Zeitintervall (sinnvoll - Geschwindigkeit * Zeit ist Meter, ρ N ist eine Volumenmessung, also F Ö ergibt Atome pro Quadratmeter).

Als Beispiel, F Ö , für ein Raumfahrzeug in einer Umlaufbahn von 7 km/s, 200 km, ergibt eine Mission über ein Jahr einen ungefähren Wert von F Ö von 2 × 10 23 ( ρ N Wert von SMAD). Dies würde im Laufe dieser einjährigen Mission mehrere Nanometer Kapton und mehrere Mikrometer Silber abbauen.

Da es reaktiv ist, verursacht ATOX auch die Bildung einiger unerwünschter Oxide, wenn dieser Abbau stattfindet. Diese Oxide sind an und für sich problematisch (da Ihre Oberfläche nicht mehr rein ist), aber auch, weil sie "strahlungsaktiv" (SMAD) sind - das heißt, sie haben unerwünschte Wärmestrahlungseigenschaften, die optische Sensoren stören können.

Hier ist ein wunderschönes Bild des atomaren Sauerstoffglühens auf dem Shuttle: i.pinimg.com/originals/4a/c6/07/…
Das ist ordentlich. Was genau ist es? ATOX reagiert mit dem Shuttle (hoffentlich nicht...) oder ATOX an der irgendwie beleuchteten Oberfläche des Shuttles?
Es reagierte höchstwahrscheinlich mit Spuren von Treibmitteln, die auf den Fliesen nature.com/articles/354048a0 abgelagert wurden
@uhoh: editiert. Es ist die Materialdicke, die bei einem Fluss pro Quadratmeter verloren geht
@uhoh: Ich sehe deine Bearbeitung. Ich möchte nur sichergehen, dass klar ist, was gemeint ist: Wenn ich eine 1 habe M 2 Stück Kapton, das insgesamt trifft 10 24 Sauerstoffatome, die mehr oder weniger gleichmäßig über diese Oberfläche verteilt sind, dann beträgt das Kapton 2,8 μ m dünner über seine gesamte Oberfläche. Hoffentlich kommt das in der Antwort rüber?
Die NASA-Konferenzveröffentlichung 3257 LDEF Results for Spacecraft Applications enthält mehrere Artikel zu atomaren Sauerstoffeffekten, aber ich kann sie anscheinend nicht online atm finden. Ich schätze, ich werde es in die Warteschlange "to be uploaded" werfen.
Um dies weiter auszubauen, stammen die meisten Bedenken hinsichtlich der AO-Exposition im Allgemeinen von Ram-AO, wo der atomare Sauerstoff mit hoher Geschwindigkeit angetroffen wird, was die notwendige Aktivierungsenergie liefert, um die Reaktionen auszulösen, die Erosion verursachen. Daher ist die Bedrohung für die meisten Materialien auf einem umlaufenden Raumfahrzeug stark gerichtet. Silber ist jedoch ein Sonderfall. Sogar thermalisiertes AO (dh wo die mit der Geschwindigkeit verbundene kinetische Energie zunichte gemacht wird) oxidiert Silber, und im Gegensatz zu anderen Metallen, bei denen das Oxid zur Passivierung dient, löst sich Silberoxid kontinuierlich ab und legt neues Metall frei.
@Tristan wow, das sind so viele nützliche Informationen, dass die Leser in einer Antwort vielleicht besser damit bedient werden.
1 2 16 × 938 × 10 6  E VC 2 × ( 7670  MS C ) 2
beträgt fast 5 eV! Hinzufügen k B T und die Verteilung könnte über 6 eV hinausgehen. Mir war nie klar, dass die Umlaufgeschwindigkeit hoch genug ist, um chemische Reaktionen anzutreiben, cool!
@MagicOctopusUrn dito; Warum nicht eine Antwort mit kritischen Informationen aus diesem Papier hinzufügen?
@OrganicMarble dito des dito
@MichaelStachowsky Ich habe die Bearbeitung weiter angepasst. Ich denke, das ist eine übliche, konventionelle Art, es zu schreiben. 10 24 Atome/m 2 wird als Einheit der zeitintegrierten Flussdichte verstanden, ebenso wie 2,8 &mgr;m als Einheit des Dickenverlusts verstanden werden würde. Um dies noch einmal zu überprüfen, habe ich gerade gefragt, wie sich der Begriff "zeitintegrierte Flussdichte" auf den Ausfluss eines Atomstroms auf einer Oberfläche bezieht? in Chemie SE.
Wie genau verursacht atomarer Sauerstoff Raumfahrzeugen in VLEO Probleme?
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