بررسی خوردگی اکسیژن اتمی پوشش اجزای ماهواره در شرایط معادل مدار LEO

ضوئی, مائده السادات; گورابی, هادی; اشرف خراسانی, محمدرضا; اصغری‌ورزنه, سعید; میراحمدی, سید جاوید

doi:10.22034/jssta.2021.249059.1006

بررسی خوردگی اکسیژن اتمی پوشش اجزای ماهواره در شرایط معادل مدار LEO

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

مائده السادات ضوئی ¹

هادی گورابی ²

محمدرضا اشرف خراسانی ²

سعید اصغری‌ورزنه ³

سید جاوید میراحمدی ⁴

¹ پژوهشکده مواد و انرژی، پژوهشگاه فضایی ایران، اصفهان، ایران

² پژوهشکده مواد و انرژی، پژوهشگاه فضایی ایران، اصفهان،

³ پژوهشکده مواد و انرژی، پژوهشگاه فضایی ایران،

⁴ گروه پژوهشی مولدهای انرژی، پژوهشکده مواد و انرژی، پژوهشگاه فضایی ایران، اصفهان، ایران

10.22034/jssta.2021.249059.1006

چکیده

سامانه‌های فضایی که در مدار نزدیک زمین (LEO) قرار می‌گیرند، در معرض عامل مخرب اکسیژن اتمی هستند. در مأموریت‌های طولانی مدت، نرخ تخریب مواد حاصل از واکنش با اکسیژن اتمی قابل توجه بوده و موجب افت عملکرد سازه می‌شود. با توجه به اثرات زیان‌بار اکسیژن اتمی بر روی مواد، انتخاب مواد مقاوم به اکسیژن اتمی یا استفاده از پوشش‌های مقاوم سطحی بسیار متداول است. در این پژوهش، مقاومت به خوردگی اکسیژن اتمی قطعه اینترکانکتور از یک سلول خورشیدی با اعمال پوشش پایه سیلیکونی مورد مطالعه قرار می‌گیرد. به‌منظور بررسی رفتار خوردگی اکسیژن اتمی، از روش تست زمینی با شرایط معادل مدار LEO توسط تجهیز پلاسمای DC استفاده شده و در ابتدا پارامترهای تست زمینی خوردگی اکسیژن اتمی در شرایط معادل مدار LEO تعیین می‌شود. نتایج اعمال اکسیژن اتمی در این مطالعه نشان می‌دهد که مقدار حد فرسایش اکسیژن اتمی پوشش سیلیکونی در مقایسه با مقدار حد فرسایش اکسیژن اتمی زیرلایه نقره، به میزان قابل توجهی کمتر است. همچنین، بررسی سطح پوشش پس از اعمال اکسیژن اتمی توسط تصاویر SEM، منجر به تعیین ضخامت بهینه پوشش می‌شود. نتایج EDX نشان می‌دهد که پس از اعمال اکسیژن اتمی، تغییر قابل توجهی در ترکیب شیمیایی پوشش حاصل نشده است

کلیدواژه‌ها

خوردگی اکسیژن اتمی# مدار LEO# پوشش سیلیکونی

20.1001.1.27834557.1400.1.1.10.3

موضوعات

P. Howard, “Handbook of environmental degradation rates,” CRC Press ed, 1991.
Kutz, “Handbook of environmental degradation of materials,” William Andrew, 2018.
H. Hansen, J. V. Pascale, T. De Benedictis, and P. M. Rentzepis, “Effect of atomic oxygen on polymers,” Journal of Polymer Science Part A: General Papers, vol. 3, no.6, pp. 2205-2214, 1965.
Semprimoschnig, .O. A. Christophe, “Challenges for Components/Materials in the Space Environment, European Space Agency (Esa),” European Space Research and Technology Centre (ESTEC), 2008.
A. Banks, A. Snyder, S. K. Miller, K. K. De Groh, and R. Demko, “Atomic-oxygen undercutting of protected polymers in low earth orbit,” Journal of spacecraft and rockets, vol. 41, no.3, pp.335-339, 2004.
A. Banks, J. A. Backus, M. V. Manno, D. L. Waters, K.C. Cameron, and K. K. deGroh, “Atomic oxygen erosion yield prediction for spacecraft polymers in low earth orbit,” In Proceedings of the International Symposium on Materials in a Space Environment (ISMSE-11), 2009.
H. Stambler, K. E. Inoshita, L. M. Roberts, C. E. Barbagallo, K. K. deGroh, and B. A. Banks, “Ground-Laboratory to In-Space Atomic Oxygen Correlation for the Polymer Erosion and Contamination Experiment (PEACE) Polymers,” 2011.
Yokota, S. Abe, M. Tagawa, M. Iwata, E. Miyazaki, J. I. Ishizawa, Y. Kimoto, and R. Yokota, “Degradation property of commercially available Si-containing polyimide in simulated atomic oxygen environments for low earth orbit,” High Performance Polymers, vol. 22, no.2, pp.237-251, 2010.
De Rooy, “The degradation of metal surfaces by atomic oxygen,” In Proceedings of the 3ed European Symposium on Spacecraft Materials in a Space Environment, pp. 99-108, 1985.
A. Banks, and R. Demko, “Atomic oxygen protection of materials in low Earth orbit,” In INTERNATIONAL SAMPE SYMPOSIUM AND EXHIBITION, pp. 820-832, 2002.
A. Banks, K.K. de Groh, and S. K. Miller, “Low earth orbital atomic oxygen interactions with spacecraft materials,” In MRS Online Proceedings Library Archive, vol. 851, 2004.
Remaury, J. C. Guillaumon, and P. Nabarra, “Behavior thermal control coatings under oxygen and ultraviolet radiation,” Protection of materials and structures from space environment, Vol. 5, JI Kleiman, Z. Iskanderova, 2003.
Guillaumon, S. Remaury, P. Nabarra, P. Guigue-Joguet, and H. Combes, “Development of a new silicone adhesive for space use: MAPSIL® QS 1123,” In Proceedings of the 11th ISMSE meeting, Aix en Provence, France, vol. 1087, pp. 1-6, 2009.
W. Samwel, “Low earth orbital atomic oxygen erosion effect on spacecraft materials,” Space Research Journal, vol. 7, no.1, pp.1-13, 2014.
Chen, Z. Li, C. H. Lee, and W. Jiahong, “Unified model for low-Earth-orbital atomic-oxygen and atomic-oxygen/ultraviolet induced erosion of polymeric materials,” Aerospace Science and Technology, vol. 53, pp.194-206, 2016.
Allegri, S. Corradi, M. Marchetti, and S. Scaglione, “Analysis of the effects of simulated synergistic LEO environment on solar panels,” Acta astronautica, vol. 60, no. 30, pp.175-185, 2007.
Heynderickx, B. Quaghebeur, J. Wera, E. J. Daly, and H. D. R. Evans, “New radiation environment and effects models in the European Space Agency's Space Environment Information System (SPENVIS),” Space Weather, vol. 2, no. 10, 2004.
Hooshangi, S. A. H. Feghhi, and R. Saeedzadeh, “The effects of low earth orbit atomic oxygen on the properties of Polytetrafluoroethylene,” Acta Astronautica, vol. 119, pp.233-240, 2016.
Heynderickx, B. Quaghebeur, E. Speelman, and E. Daly, “ESA's Space Environment Information System (SPENVIS)-A WWW interface to models of the space environment and its effects,” In 38th Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, p. 371, 2000.
Calders, N. Messios, E. Botek, E. De Donder, M. Kruglanski, H. Evans, and D. Rodgers, “Modeling the space environment and its effects on spacecraft and astronauts using SPENVIS,” In 2018 SpaceOps Conference, p. 2598, 2018.
A. K. A Nishikawa, K. A. T. S. U. M. I Sonoda, and K. Nakanishi, “Effect of atomic oxygen on polymers used as surface materials for spacecrafts,” In Proceedings of the Twenty-First Symposium on Electrical Insulating Materials, pp. 191-194, 1988.
A. Banks, J. A. Backus, and K. K. de Groh, “Atomic oxygen erosion yield predictive tool for spacecraft polymers in low earth orbit,” NASA TM, 2008.
A. Banks, and R. Demko, 2002, “Atomic oxygen protection of materials in low Earth orbit,” In INTERNATIONAL SAMPE SYMPOSIUM AND EXHIBITION, pp. 820-832, 1999.
ASTM, “2089-00 Standard Practices for Ground Laboratory Atomic Oxygen Interaction Evaluation of Materials for Space Applications,” Annual book of ASTM standards, 2000.