Космические аппараты, наблюдающие за Солнцем в поисках потенциально смертоносных солнечных бурь, деградировали, и теперь ученые думают, что выяснили, почему.
Боффинс из Американского национального института стандартов и технологий (NIST) и Лаборатории физики атмосферы и космоса Колорадского университета в Боулдере (LASP) потратили годы, пытаясь выяснить, почему УФ-фильтры в этих зондах со временем деградируют.
Фильтры позволяют космическим аппаратам анализировать спектр солнечного света на определенных длинах волн. Оборудование, используемое для направления УФ-излучения от 100 нанометров до 10 нанометров на детекторы, имеет тенденцию к износу. В течение нескольких лет пребывания в космосе фильтры на некоторых спутниках, отправленных для изучения солнечных вспышек или выбросов корональной массы, значительно деградируют.
Единственный спутник, который мы изучили, — это Обсерватория солнечной динамики», — сказал Чарльз Таррио, физик из NIST, непосредственно участвующий в исследовании. Регистр. «Мы не можем сказать, является ли это единственным спутником, испытавшим этот механизм деградации, но я был бы удивлен, если бы он был единственным».
Производительность фильтра, пропускающего 50 % 30-нанометрового УФ-излучения к детектору, например, может упасть до 25 % через год и даже до 10 % через пять лет. Теперь команда исследователей, изучающих проблему, считает, что они выяснили, что вызывает проблему.
Водяной пар, выделяемый тепловыми одеялами, используемыми для контроля температуры приборов на борту спутников, прилипает к поверхности УФ-фильтра. Водяной пар расщепляется солнечным светом, оставляя молекулы гидроксида на поверхности инструмента. Лучи ультрафиолетового света высвобождают электроны из алюминиевых компонентов фильтра, которые ионизируют молекулы гидроксида.
Отрицательный ион вытягивает положительный ион алюминия из фильтра и взаимодействует с ним, образуя оксид алюминия. Согласно исследованию, опубликованному в журнале Solar Physics, на поверхность фильтра со временем осаждаются слои оксида алюминия, что делает их мутными и менее эффективными при поглощении ультрафиолетового излучения.
Роберт Берг, соавтор статьи и физик из NIST, сказал в своем заявлении, что обнаружение воды было виновником коррозии спутников, обращенных к солнцу, «было чем-то вроде удара раз-два».
«Первый удар физически показал, что этот химический процесс с участием воды может вызвать нечто, сравнимое с тем, что мы на самом деле наблюдаем на спутнике», — сказал он.
«И главный удар номер два заключается в том, что когда вы создаете теоретическую модель, которая учитывает все, то цифры количественно совпадают с тем, что мы видим на спутниках. Собирая все вместе, я убежден, что вода несет ответственность за деградацию фильтра. “
Команда считает, что будущие спутники должны иметь фильтры, содержащие трубки, которые блокируют водяной пар от их поверхностей, и должны быть построены из слоев углерода, чтобы предотвратить взаимодействие ионов алюминия с молекулами гидроксида.
Они обнаружили, что причиной проблемы была вода, подвергнув образцы фильтров воздействию ультрафиолетового света с помощью установки синхротронного ультрафиолетового излучения NIST. Излучение, создаваемое синхротронным ускорителем частиц, имитирует солнечную активность и космическую погоду.
Они обнаружили, что оксид алюминия начал формироваться на УФ-фильтрах после того, как они подвергли их воздействию света, и полагают, что аналогичные уровни окисления, наблюдаемые на реальных спутниках, были бы воспроизведены в их образцах, если бы они оставили их под воздействием радиации в течение десяти месяцев.
По словам исследователей, для окисления требуются кислород и вода. «Это должно было быть что-то, что могло бы непрерывно выбрасывать воду в течение пяти лет с достаточно постоянной скоростью», — сказал Таррио. Они определили источник влаги как тепловое одеяло внутри спутника.
«Мы думаем, что источником водяного пара являются изолирующие покрытия возле входных отверстий инструментов. Одеяла сделаны из нескольких слоев алюминированного майлара и полиэтилентерефталата (ПЭТ). Известно, что ПЭТ поглощает водяной пар из атмосферы, — объяснил он нам.
«Когда солнечный свет падает на него и нагревает, он выделяет водяной пар, а поскольку вода хранится в объеме материала, а не только на поверхности, он может продолжать выделять газ с достаточно постоянной скоростью в течение многих лет».
Сейчас команда работает над тестированием различных материалов для фильтров, которые с меньшей вероятностью будут окисляться в космосе. ®
