Деградация полимерных пленок космических аппаратов при длительном воздействии потоков атомарного кислорода и вакуумного ультрафиолетового излучения

Рубрика: 
Космические материалы и технологии
1Шувалов, ВА, 1Токмак, НА, Резниченко, НП
1Інститут технічної механіки Нацiональної академії наук України i Державного космічного агентства України, Дніпропетровськ
Косм. наука технол. 2015, 21 ;(5):57–68
https://doi.org/10.15407/knit2015.05.057
Язык публикации: русский
Аннотация: 

Разработана процедура исследования деградации массовых и геометрических характеристик полимерных (полиимиды kapton-H, ПМ-1Э, тефлон FEP и полиэтилен) пленок — конструкционных материалов КА при длительном воздействия сверхзвуковых потоков атомарного кислорода и вакуумного ультрафиолетового излучения. Определены пороговые значения отношения потока энергии ультрафиолетового излучения к потоку атомарного кислорода при возникновении синергетического эффекта потери массы полимерными пленками kapton-H, ПМ-1Э и полиэтилена, для тефлона FEP синергетический эффект не выявлен.
Ключевые слова: атомарный кислород, вакуумное ультрафиолетовое излучение, деградация, космический аппарат, полимер, синергетический эффект.
 
Полный текст (PDF)
References: 
1. Акишин А.И., Гужова С.К. Взаимодействие ионосферной плазмы с материалами и оборудованием космических аппаратов // Физ.и хим.обработки материалов.— 1993.— № 3.— С.40 —47.
2. Ананьева О.А., Милинчук В.К., Загорский Д.Л. Исследование односторонне алюминированных полиимидных пленок, экспонированных на орбитальной космической станции «Мир » // Химия высок.энергий.— 2007.— 41, № 6.— С.445.
3. Верховцева Э.Т., Яременко В.И., Телепнев Д.Г. Газоструйный имитатор ВУФ и УМР-излучения Солнца и его воздействие на материалы // Космічна наука і технологія.— 1998.— 4, № 2/3.— С.102 —109.
4. Войценя В.С., Гужова С.К., Титов В.И. Воздействие низкотемпературной плазмы и электромагнитного излучения на материалы.— М.: Энергоатомиздат, 1991.— 224 с.
5. ГОСТ Р 25645.338-96. Материалы полимерные для космической техники. Требования к испытаниям на стойкость к воздействию вакуумного ультрафиолетового излучения.— Введ.03.12.96.— М.: Госстандарт России, 1996.— 16 с.
6. Гуревич А.В., Шварцбург А.В. Нелинейная теория распространения радиоволн в ионосфере.— М.: Наука, 1973.— 273 с.
7. Джонсон Ф.С. Солнечное излучение // Околоземное космическое пространство / Под ред.Ф.С.Джонсона.— М.: Мир, 1966.— 191 с.
8. Кувалдина Е.В., Любимов В.К., Максимов А.И. и др. Исследование температурных зависимостей скоростей травления полиимидной пленки в плазме // Химия высок.энергий.— 1990.— 24, № 5.— С.471 —474.
9. Кувалдина Е.В., Любимов В.К., Рыбкин В.В. Константа скорости и вероятность взаимодействия атомарного кислорода с полиимидной пленкой // Химия высок.энергий.— 1992.— 26, № 5.— С.475 —478.
10. Милинчук В.К., Клиншпонт Э.Р., Шелухов И.П. и др. Деградация полимерных материалов на орбитальной космической станции «Мир» // Изв. высш. учеб. заведений. Ядерная энергетика.— 2002.— №2.— С.108.
11. Никифоров А.П., Терновой А.И., Самсонов П.В. и др. Проблемы изучения механизма взаимодействия вакуумного УФ-излучения и гипертермического атомарного кислорода (5 эВ) с полимерными материалами космических летательных аппаратов // Хим.физика.— 2002.— 21, №5.— С.73 —82.
12. Новиков Л.С. Современное состояние и перспектива исследований взаимодействия космических аппаратов с окружающей средой // Модель космоса: Научно-информационное издание. В 2 т. Т.2 /Под ред. М.И.Панасюка, Л.С.Новикова.— М.: КДУ, 2007.— С.10 —38.
13. Новые наукоемкие технологии в технике: В 24 т. Т.17. Воздействие космической среды на материалы и оборудование космических аппаратов/ Под ред. К.С.Касаева.— М: ЗАО НИИ ЭНЦИТЕХ, 2000.— 280 с.
14. Переверзев Е.С. Модели накопления повреждений в задачах долговечности.— Киев: Наук.думка, 1995.— 360 с.
15. Черник В.Н., Наумов С.Ф., Демидов С.А. и др. Исследования полиимидных пленок с защитными покрытиями для космических аппаратов // Перспективные матер.— 2000.— № 6.— С.14 —20.
16. Шишацкая Л.П., Яковлев С.А., Волкова Г.А. Газоразрядные лампы для вакуумной УФ-области спектра // Оптич.журн.— 1995.— № 7 — С.72 —74.
17. Шувалов В.А., Кочубей Г.С., Приймак А.И. и др. Контактная диагностика высокоскоростных потоков разреженной плазмы // Теплофиз.высоких температур.— 2005.— 43, № 3.— С.343—351.
18. Шувалов В.А., Кочубей Г.С., Приймак А.И. и др. Изменение свойств материалов панелей солнечных батарей КА под воздействием атомарного кислорода // Космич.исслед.— 2007.— 45, № 4.— C.314 —324.
19. Шувалов В.А., Письменный Н.И., Кочубей Г.С., Токмак Н.А. Потери массы полиимидных пленок космических аппаратов при воздействии атомарного кислорода и вакуумного ультрафиолетового излучения // Космич.исслед.— 2014.— 52, № 2.— С.106 —112.
20. Шувалов В.А., Чурилов А.Е., Быстрицкий М.Г. Диагностика потоков импульсной плазмы зондовыми, СВЧ-и фотометрическим методами // Теплофиз.высоких температур.— 2000.— 38, № 6.— С.877—885.
21. Allegri G., Corradi S., Marchetti M., et al. On the Degradation on Polymeric Thin Films in LEO Space Environment // Proc.9 th Int.Symp.on Materials in a Space Environment.— Noordwijk, 2003.— ESA SP-540.— P.255 —262.
22. Banks B.S., Backus J.A., Manno M.V. Prediction of atomic oxygen erosion yield for spacecraft polymers // J.Spacecraft and Rockets.— 2011.— 48, N 1.— P.14 —22.
23. Chernic V.N., Novikov L.S., Akishin A.I. About adequacy of ground-based tests of polymers at higher atomic oxygen energy (20 —30 eV)// Proc.10 th Int.Symp.on Materials in a Space Environment and 8 th Int.Conf.on Protection of Materials and Structures in a Space Environment (Collioure, France, 2006).— Noordwijk: ESTEC, 2006.— P.127—132.
24. De Groh K. Investigation of Teflon FEP embrittlement on spacecraft in low earth orbit// Proc.7 th Intern.Symp.on Materials in Environment.Toulouse, France, 1997.— Noordwijk: ESTEC, 1997.— P.255 —266.
25. De Groh K., Smith D. Analysis of metallized teflon thin film materials performance on satellites// J.Spacecraft and Rockets.— 2004.— 41, N 3.— P.322 —325.
26. ECSS-E-10-04A. Параметры космического пространства.— Действует с 21 января 2000 г.— Noordwijk: ESTEC, 2000.— 219 p.
27. Grossman E., Gouzman I. Space environment effects on polymers in low earth orbit // Nucl. Instrum. and Meth. in Phys. Res.— 2003.— B208.— P.48 —57.
28. Grossman E., Gouzman I., Lempert G., et al. Assessment of atomic — oxygen flux in low — Earth orbit ground simulation facilities // J.Spacecraft and Rockets.— 2004.— 41, N3.— P.356 —368.
29. Grossman E., Lifshits Y., Wolan J., et al. In situ erosion study of kapton using novel hyperthermal oxygen atom source // J.Spacecraft and Rockets.— 1999.— 36, N1.— P.75 —86.
30. Koontz S., King G., Dunnet A., Kirkendahl T. Intelsat solar array coupon atomic oxygen flight experiment // J.Spacecraft and Rockets.— 1994.— 31, N 3.— P.475 —481.
31. Koontz S., Leger L., Albyn K., Cross J. Vacuum ultraviolet radiation / Atomic oxygen synergism in materials reactivity // J.Spacecraft and Rockets.— 1990.— 27, N 3.— P.346 —355.
32. Koontz S.L., Leger L.J., Rickman S.L., et al. Oxygen Interactions with material. III.Mission and induced environments // J.Spacecraft and Rockets.— 1995.— 32, N 3.— P.475 —482.
33. Koontz S., Leger L., Visentine J. EOIM-III Mass spectrometry and polymer chemistry: STS-46, July — August 1992 // J.Spacecraft and Rockets.— 1995.— 32, N 3.— P.483 —494.
34. Miller S., Banks B., Waters D. Investigation into the differences in atomic oxygen erosion yields of materials in ground based facilities compared to those in LEO // Proc. 10 th Int.Symp.on Materials in a Space Environment and 8 th Int.Conf.on Protection of Materials and Structures in a Space Environment (Collioure, France, 2006).— Noordwijk: ESTEC, 2006.— P.120 —126.
35. Naddaf M., Balasubramanian C., Alegaonkar P.S., et al. Surface interaction of polyimide with oxygen ECR plasma // Nucl.Instrum.and Meth.in Phys.Res.— 2004.— B222 .— P.135 —144.
36. Paillons A. Spacecraft surface exposure to atomic oxygen in LEO // Technol.Environment spatial.— Toulous: ESA, 1987.— P.353 —375.
37. Pippin H.G. Final report of analysis of Boeing specimens from on the effects of space environment on materials experiment. Appendix B.— Hampton: NASA Langley Research Center, 2008.— VA 23681 –2199.— 10 p.
38. Shimamura A., Miyazaki E. Investigation into synergistic effects of atomic oxygen and vacuum ultraviolet // J.Spacecraft and Rockets.— 2009.— 46, N 2.— P.241 —254.
39. Tagawa M. Atomic Oxygen — Induced polymer degradation phenomena in simulated LEO.space environments: How do polymers react in a complication space environment // Acta Astron.— 2008.— N62.— Р.203 —210.
40. Tagawa M., Yokota K., Ohmae N. Synergistic study on atomic oxygen-induced erosion of polyethylene with vacuum ultraviolet // J.Spacecraft and Rockets.— 2004.— 41, N 3.— P.345 —349.
41. Yokota K., Ikeda K., Tagawa M., et al. Synergistic effect of vacuum ultraviolet on a atomic oxygen-induced erosion of fluorinated polymer // Proc.10 th Int. Symp. on Materials in a Space Environment Colloure and 8 th Int.Conf.on Protection of Materials and Structures in a Space Environment.— Noordwijk: ESTEC, 2006.— P.127 —132.
42. Yokota K., Seikyu S., Tagawa M., et al. A quantitative study in synergistic effects of atomic oxygen and ultraviolet regarding polymer erosion in LEO space environment // Proc.9 th Int.Symp.on Materials in a Space Environment.— Noordwijk: ESTEC, 2003.— P.265 —273.
43. Yokota K., Tagawa M. Comparison polyethylene and polyimid as a fluence monitor of atomic oxygen // J.Spacecraft and Rockets.— 2007.— 44, N 2.— P.434 —439.
44. Zimcik D.G., Maag C.R. Results of apparent atomic oxygen reactions with spacecraft materials during Shuttle flight STS-41g // J.Spacecraft and Rockets.— 1988.— 25, N 2.— P.162 —168.

45. Zimcik D.G., Wertheimer M.R., Balmain K.B., et al. Plasma-deposited protective coating for spacecraft applications // J.Spacecraft and Rockets.— 1991.— 28, N 6.— P.652 —657.