Коррозия в космосе — это коррозия материалов, происходящая в открытом космосе . Вместо того, чтобы влага и кислород выступали в качестве основных причин коррозии, материалы, подвергающиеся воздействию открытого космоса, подвергаются воздействию вакуума , бомбардировке ультрафиолетовыми и рентгеновскими лучами , солнечными энергичными частицами (в основном электронами и протонами солнечного ветра ) и электромагнитным излучением. [1] В верхних слоях атмосферы (между 90–800 км) главную роль играют атмосферные атомы, ионы и свободные радикалы , в первую очередь атомарный кислород . Концентрация атомарного кислорода зависит от высоты и солнечной активности , поскольку всплески ультрафиолетового излучения вызывают фотодиссоциацию молекулярного кислорода. [2] Между 160 и 560 км атмосфера состоит примерно на 90% из атомарного кислорода. [3]
Коррозия в космосе оказывает наибольшее влияние на космические аппараты с движущимися частями. Ранние спутники имели тенденцию к возникновению проблем с заклиниванием подшипников. Теперь подшипники покрываются тонким слоем золота .
Различные материалы по-разному противостоят коррозии в космосе. Электролиты в батареях или охлаждающих контурах могут вызывать гальваническую коррозию, общую коррозию и коррозию под напряжением. [1] Алюминий медленно разрушается атомарным кислородом, в то время как золото и платина обладают высокой коррозионной стойкостью. Поэтому для защиты космического корабля от суровых условий используются фольга с золотым покрытием и тонкие слои золота на открытых поверхностях. Тонкие слои диоксида кремния, нанесенные на поверхности, также могут защищать металлы от воздействия атомарного кислорода; например, алюминиевые передние зеркала спутника Starshine 3 были защищены таким образом. Однако защитные слои подвержены эрозии микрометеоритами .
Серебро образует слой оксида серебра, который имеет тенденцию отслаиваться и не имеет защитной функции; было обнаружено, что такая постепенная эрозия серебряных соединений солнечных элементов является причиной некоторых наблюдаемых отказов на орбите. [4]
Многие пластмассы весьма чувствительны к атомарному кислороду и ионизирующему излучению. Покрытия, устойчивые к атомарному кислороду, являются распространенным методом защиты, особенно для пластмасс. Часто используются краски и покрытия на основе силикона , благодаря их превосходной устойчивости к радиации и атомарному кислороду. [5] Однако долговечность силикона несколько ограничена, поскольку поверхность, подвергающаяся воздействию атомарного кислорода, преобразуется в кремний , который является хрупким и имеет тенденцию к растрескиванию.
Процесс космической коррозии активно исследуется. Одна из попыток направлена на разработку датчика на основе оксида цинка , способного измерять количество атомарного кислорода вблизи космического корабля; датчик полагается на падение электропроводности оксида цинка по мере того, как он поглощает больше кислорода. [ необходима цитата ]
Выделение летучих силиконов на низкоорбитальных аппаратах приводит к появлению облака загрязняющих веществ вокруг космического аппарата. Вместе с бомбардировкой атомарным кислородом это может привести к постепенному осаждению тонких слоев углеродсодержащего диоксида кремния. Их плохая прозрачность вызывает беспокойство в случае оптических систем и солнечных панелей . Отложения размером до нескольких микрометров наблюдались после 10 лет эксплуатации на солнечных панелях космической станции «Мир» . [6]
Другими источниками проблем для конструкций, подвергающихся воздействию открытого космоса, являются эрозия и повторное осаждение материалов из-за распыления, вызванного быстрыми атомами и микрометеоритами . Другой важной проблемой, хотя и не коррозионного характера, является усталость материала, вызванная циклическим нагревом и охлаждением и связанными с этим механическими напряжениями теплового расширения.