Perdido en el espacio: cómo se degradan los materiales en el espacio

Los lectores de La-Tecnologia son muy conscientes de los problemas causados ​​por los materiales que quedan expuestos al medio ambiente a lo largo del tiempo, ya sean almohadillas de contacto oxidadas en placas de circuitos o plásticos quebradizos debido a la exposición prolongada a los rayos UV del sol.

Ahora considere los peligros que enfrentan los materiales en la Estación Espacial Internacional (ISS), lanzada desde 1998 y planeada para ser utilizada hasta 2028. Eso es un total de 30 años en la vecindad de la luz solar sin filtrar, temperaturas extremas, micrometeoroides e incluso problemas causados. por oxígeno. ¿Qué pasa con la exposición que enfrenta el Tesla Roadster recién lanzado, un vehículo completamente no templado en el espacio en una órbita de un millón de años alrededor del sol? ¿Cómo afectan los materiales que componen la ISS y el Roadster al duro entorno espacial?

Afortunadamente, hemos estado haciendo experimentos desde la década de 1970 en la órbita de la Tierra que pueden darnos respuestas. Las misiones y los experimentos en sí son tan interesantes como los resultados, así que veamos cómo ponemos los materiales en órbita para probarlos contra los rigores del espacio.

Experimentos de material de Skylab fallidos

Skylab, una estación espacial lanzada en 1973, llevó a cabo una serie de experimentos. Uno constaba de dos paneles cuadrados de 17 cm (6,7 ") cada uno con 36 muestras de revestimiento térmico en discos de 2,54 cm (1"). Dos paneles adicionales del mismo tamaño contenían tiras de plástico polímero de cinco millas de espesor.

Lamentablemente, las cosas no empezaron bien, aunque las lecciones aprendidas evitaron que se repitieran en experimentos futuros. Todas las muestras estaban contaminadas con lo que se sospechaba que era un fluido con fugas en el circuito de enfriamiento principal.

LDEF, la exposición de larga duración, fue demasiado larga

LDEF visto desde el transbordador espacial

Once años después de Skylab, la Instalación de exposición de larga duración (LDEF) se lanzó al espacio para un experimento que duró casi seis años. Era bastante más grande que el experimento anterior porque tenía el tamaño de un autobús.

LDEF fue puesto en órbita por el transbordador espacial Challenger en abril de 1984 con la intención de ser devuelto a la Tierra en marzo de 1985, pero una serie de retrasos significaron que permaneció allí durante 5,7 años cuando en 1990 se informó desde Columbia. Teniendo en cuenta la larga estancia, al regresar a la Tierra, incluso se examinó la estructura del LDEF para detectar algunos efectos.

Los experimentos cubrieron los doce lados de LDEF, incluidos los dos extremos. Para evitar una repetición de la falla de Skylab, en lugar de usar hélices con combustible potencialmente contaminante, la posición del satélite se controló al tener más masa en un extremo, lo que provocó que la gravedad de la Tierra mantuviera ese extremo frente a la Tierra en todo momento.

Hubo un total de 57 experimentos realizados por gobiernos y universidades de nueve países. Los experimentos incluyeron materiales expuestos, revestimientos, sistemas térmicos, fibras ópticas y electrónica.

MEEP sobre materiales probados por Mir para construir la ISS

El MEEP en Mir

Con la Estación Espacial Internacional en los pizarrones de dibujo en 1996, se necesitaban más experimentos para materiales específicos que se utilizarían en la estación. Afortunadamente, la estación espacial rusa Mir estaba en órbita en ese momento, volando a las mismas altitudes que la ISS. Así nacieron los experimentos Mir-Effective Payload (MEEP). Los experimentos fueron llevados allí y recogidos por transbordadores espaciales para una estadía de dieciocho meses.

Un experimento (PPMD) consistió en placas de oro, zinc y aluminio. Calculó la frecuencia con la que los escombros los golpeaban, el tamaño de los escombros, su origen y el daño causado. Otro experimento (ODC) capturó escombros en aerogeles para regresar a la Tierra y determinar el posible origen de los escombros. Y los dos últimos experimentos (POSA I y POSA II) probaron los efectos en varios materiales, incluidas muestras de pintura, revestimientos de vidrio, aislamiento multicapa y varias muestras de metal.

Experimentos de la propia ISS

En 1998, la Estación Espacial Internacional (ISS) comenzó su vida orbital y la continúa hasta el día de hoy. Su propósito es servir como un laboratorio de investigación, y al ser una estación de larga duración y con personal continuo, tiene sentido que se haya apoderado del manto como el lugar principal de exploración de materiales espaciales.

MISSE-1 PEC2 en el módulo ISS Quest

Esta investigación sigue viva como una serie de experimentos denominados MISSE-1 a MISSE-8, MISSE que significa Experimento de la Estación Espacial Internacional Material. La mayoría de los experimentos se montan en paneles llamados Passive Experiment Containers (PEC), que, al igual que los paneles Skylab, contienen las muestras que se exponen al espacio. Algunos experimentos están activos porque pueden interactuar con la ISS para obtener energía y comunicación.

Para darle una idea de un experimento típico, MISSE-5 consistió en un PEC que contenía 36 células solares y otro PEC con más de 200 materiales flexibles. Sin embargo, no siempre son PEC. MISSE-7 incluyó SpaceCube, una plataforma multiprocesador para aplicaciones espaciales basada en FPGA Xilinx Virtex 4 FX60 cuyo objetivo es demostrar el endurecimiento de la radio mediante software.

La mayoría de los MISSE subieron y retrocedieron a través del transbordador espacial, pero SpaceX luego devolvió algunas partes en su cápsula Dragon.

¿Qué se ha aprendido?

Muestras MISSE-2: antes y después

Un hallazgo de todos estos experimentos es que la principal fuente de degradación del material en la órbita terrestre baja (LEO) es el oxígeno atómico. A altitudes LEO, una nave espacial se mueve a unos 27.600 km / h (17.200 mph), velocidades a las que las colisiones con oxígeno atómico son lo suficientemente enérgicas como para romper los enlaces moleculares, lo que provoca la oxigenación. Con los polímeros, los productos de óxido son especies gaseosas, materiales erosivos. Algunos metales también se erosionan. El resultado final es una degradación estructural, térmica u óptica. En MISSE-1 y -2, el oxígeno atómico erosionó tantas muestras de polímero que no quedó ninguna.

Daño del control térmico del Hubble

Sin una atmósfera significativa, la radiación es otra fuente de degradación, empeorando y oscureciendo muchos plásticos y recubrimientos. El telescopio espacial Hubble dio un excelente ejemplo de daño por radio. Después de que el Hubble estuvo en el espacio durante 6,8 años y durante la segunda misión de servicio del Transbordador Espacial, los astronautas encontraron una rotura extensa de parte del control térmico del aislamiento, la capa exterior de etileno propileno fluorado de teflón aluminizado. Las pruebas encontraron que la causa es la radiación de electrones y protones, combinada con los rayos solares y la radiación ultravioleta, así como los efectos térmicos.

Los micrometeoroides y los millones de desechos artificiales también pueden causar daños (un meteoroide, a diferencia de un meteorito, es un meteoro que no llega a la superficie de la tierra). Más de 100 micrometeoroides influyeron en los experimentos MISSE-1 y -2.

Daño de la ventana del domo

Un ejemplo no experimental de daño por micrometeoroides se encontró en junio de 2012 cuando los astronautas de la ISS detectaron el impacto que se muestra aquí. Apareció en una de las ventanas de la Cúpula. El Dome es un módulo de la ISS ampliamente utilizado para tomar fotos y videos de la Tierra a través de sus siete ventanas. Tomando una lección de la estación espacial rusa Salyut 7 de la década de 1980, las ventanas tienen contraventanas, por lo que esta contraventana se cerró mientras se evaluaba el daño y luego se volvió a abrir cuando se consideró seguro. Las ventanas constan de cuatro capas: una capa exterior de escombros, dos capas de presión y una capa interior de arañazos. En caso de daños graves, las ventanas se pueden reemplazar.

Suerte del coche deportivo Tesla

Tesla Roadster antes del lanzamiento

Eso nos lleva al Tesla Roadster. Si enterró la cabeza en su último proyecto y no lo escuchó, SpaceX acaba de hacer la primera prueba de su cohete Falcon Heavy con un Tesla Roadster como lastre, enviando el automóvil a la órbita alrededor del sol y llegando hasta el cinturón de asteroides. . Informamos que un análisis reciente mostró que existe una probabilidad significativa de que afecte a la Tierra o Venus en el próximo millón de años. Pero si es así, ¿llegará en una forma reconocible o como una nube de partículas?

El automóvil deportivo no está expuesto al oxígeno atómico que se encuentra en la órbita de la Tierra. Sin embargo, el plástico, los asientos de cuero y los neumáticos de caucho consisten principalmente en moléculas orgánicas que contienen enlaces carbono-carbono y carbono-hidrógeno. La energía de la radiación estelar puede romper esos enlaces. Los objetos orgánicos como el marco de fibra de carbono bloqueado por moléculas inorgánicas, moléculas sin carbono, durarán más. Algunos aluminio y otros metales deben durar, pero los meteoroides pueden destruir el vidrio. El resultado, ya sea después de una década o un millón de años, probablemente serán partes inorgánicas reconocibles cubiertas por partes orgánicas menos reconocibles acompañadas de una nube de pequeñas partículas orgánicas, en su mayoría astillas de pintura, dejando un objeto más materialmente degradado pero interesante orbitando alrededor del sol.

  • Ren dice:

    Vi una foto exterior de MIR antes de que fuera desmantelado y me sorprendió la cantidad de óxido en su piel.

    • Línea fantasma dice:

      Me encantaría ver estas fotos si no te importa 🙂

    • Jeffrey Kornvala dice:

      No hay óxido en órbita (o al menos formación de óxido de hierro) Los exteriores de los módulos fueron pintados o cubiertos con mantas de tela aislante. Más allá de la degeneración debida a la exposición a los rayos UV y al oxígeno atómico, cualquier mancha probablemente fue causada por la mecha hipergólica utilizada para la orientación de la estación de propulsión, la liquidez del refrigerante, etc.

  • zzkj dice:

    "Radio endurecimiento con software": ¿Dime?

    • Alan dice:

      Software escrito asumiendo que el hardware está mintiendo debido a impactos de radio.

    • PirateLabs dice:

      Endurecimiento virtual, ja, ja. Oye, funciona en simulaciones, ¿verdad?

    • AMS dice:

      El buen viejo, obtenga la respuesta de varias maneras y asegúrese de que coincidan. Además, no asuma que la memoria recuerda lo que puso allí. En caso de duda, vuelva a calcular.

    • Palmadita dice:

      No es solo software. Los FPGA son ridículamente útiles para el procesamiento de sensores personalizados para la ciencia (porque puede restablecerlos) pero los mejores FPGA no son nada difíciles. Por lo tanto, utiliza múltiples de ellos y tiene un sistema de rueda más simple para ver los resultados y averiguar qué es lo correcto votando.

    • Dan dice:

      Esto ya es bastante común. En lugar de un costoso hardware de computadora reforzado (generalmente muy desactualizado), ahora simplemente lleva varias computadoras y constantemente “vota” por ellas.

  • Galane dice:

    "Pero una serie de retrasos significó que permaneció allí durante 5,7 años". Los retrasos fueron la explosión y la investigación del Challenger.

  • Comentario aleatorio dice:

    "¿Qué pasa con la exposición que enfrenta el Tesla Roadster recién lanzado, un vehículo completamente no templado en el espacio en una órbita de un millón de años alrededor del sol?"

    Creo que la órbita de Tesla es mucho, mucho, mucho más corta que eso ...

    Dato curioso: ¡una órbita de un millón de años (circular) te pondría a unas 10.000 UA de distancia del sol! Como referencia, el Cinturón de Kuiper se extiende a solo alrededor de 50 AU, y el sistema solar en sí tiene solo alrededor de 120 AU de radio.

    • richfiles dice:

      No se refieren al período orbital. Significan la duración de una órbita antes de que finalice una supuesta colisión durante los días espaciales.

      • Comentario aleatorio dice:

        Otro dato curioso: lo que quieres decir y lo que dices no siempre coincide. "Órbita de un millón de años" no significa lo mismo que "órbita de un millón de años".

  • Richard Collins dice:

    Ojalá me hubieran disparado al espacio durante un millón de años. Aunque esté muerto, garantizará que seré el último hombre. 🙂

    • Jonathan dice:

      No apostaría por eso. La cabeza de Walt todavía podría estar alrededor.

  • Alan dice:

    ¿Dónde puedo conseguir una hoja Duratin?

    • Steven Dufresne dice:

      ¿Lo quieres en largo, medio o corto? Oh, espera, estamos agotados. 🙂
      Gracias. Reparado.

    • Martín dice:

      Aquí puede obtener una lista: http://buffalous.com/solventmedia/duratin-synth-roll-up-banner.html
      Pero generalmente parece que se usa para anzuelos de pesca: https://www.ebay.ie/sch/i.html?_sop=16&_nkw=duratin
      Encontré algo acerca de que se corroe más rápido que el acero en el agua de mar, por lo que un pez que arrancó un hilo de pescar con el anzuelo clavado en la boca lo quitará por corrosión.

  • jerga dice:

    ¿Alguien sabe si experimentó un dipolo magnético o un electrodo? Sería interesante saber si un cuerpo puede formar un escudo magnético lo suficientemente fuerte como para que su efecto de escudo tenga un efecto medible sobre la degradación del material de la fuente de iones o la radiación.

  • nilad dice:

    Oye, con el halcón pesado, podríamos reunirnos todos y enviar a un individuo al espacio vía satélite, todo en uno, que luego sería el vehículo de reentrada. Podrían piratear y hacer todo tipo de locuras sin temor a que la ley llame a su puerta hasta que regresen.

    • Ren dice:

      Laboratorio de metanfetamina?

      • Jonathan dice:

        Seguramente seguiría teniendo los mismos problemas de distribución a menos que lo envíe directamente desde la órbita mediante algún tipo de sistema de velocidad no terminal específico.

      • Herbert dice:

        anarquía radioespacial, pensé. Configúrelo también para permitir un acceso a Internet fácil y económico a través de la radio

  • Winston dice:

    "El vidrio puede ser destruido por meteoros"

    "Meteoroides" durante el espacio. "Meteoros" después de entrar en la atmósfera. "Meteoritos" después de llegar a la superficie.

    • Steven Dufresne dice:

      Lamento (por las múltiples definiciones).
      Entonces, ¿los dinosaurios fueron exterminados por un asterito después de pasar por la atmósfera como un asteroide después de que hubiera un asteroide en el espacio? 🙂 (Sé que lo mismo no se aplica a los asteroides).

      • Ren dice:

        Este hilo es tan degradante ...
        B ^)

      • Jonathan dice:

        él. No culpes a Winston.

        Culpe a los "académicos" que propusieron estas definiciones y a los otros "académicos" que aceptaron aceptarlas como "nomenclatura oficial" 🙂

        • Steven Dufresne dice:

          Oh, no culpé a Winston. Era consciente de un meteorito contra un meteoroide, pero no de la distinción entre meteoritos, por lo que la atención de Winston fue muy apreciada. Estoy seguro de que surgirán aún más distinciones a medida que tomemos valor y comencemos a recolectarlos para obtener recursos.

    • Sífilis dice:

      ¿Y metroid?

  • Al Williams dice:

    Una cosa en la que he aprendido a trabajar sobre las cosas espaciales es que el entorno en la órbita terrestre baja es en realidad mucho peor que en el espacio profundo, aunque hay algunos efectos exclusivos, o al menos peores, en el espacio profundo.

    Algunas cosas interesantes: https://www.nasa.gov/sites/default/files/files/NP-2015-03-015-JSC_Space_Environment-ISS-Mini-Book-2015-508.pdf

    Y

    https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20030053331.pdf

  • Mala respuesta dice:

    Apuesto a que Elon quería que eligiera la tapa inferior.

Miguel Vidal
Miguel Vidal

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