Химия высоких энергий, 2021, T. 55, № 1, стр. 54-59
Моделирование физико-химического воздействия атомарного кислорода ионосферы земли на полимеры
В. А. Шувалов a, *, Н. И. Письменный a, Н. П. Резниченко a, Г. С. Кочубей a
a Институт технической механики Национальной академии наук Украины
49005 Днепропетровск, ул. Лешко-Попеля, 15, Украина
* E-mail: vashuvalov@ukr.net
Поступила в редакцию 24.07.2020
После доработки 02.09.2020
Принята к публикации 03.09.2020
Аннотация
Разработана процедура моделирования длительного воздействия атомарного кислорода (АК) ионосферы Земли на полимеры космических аппаратов в потоке разреженной плазмы с использованием полиимида kapton-H как эталонного материала. Условие эквивалентности воздействия АК на полимеры в ионосфере и на стенде – равенство потери массы. При облучении полиимида kapton-H ионами АК с энергиями 30–80 эВ потери массы, обусловленные химическим травлением, на два порядка выше, чем при кинетическом распылении, а флюенс АК и коэффициент ускорения испытаний на стенде на два порядка выше, чем в потоке АК с энергией 5 эВ.
Полимерные материалы широко используется как конструкционные материалы космических аппаратов (КА). Околоспутниковая среда на высотах 200–700 км агрессивна по отношению к полимерам КА. Экспозиция полимеров на орбитальных станциях МКС, “Мир”, на КА “Space Shuttle” и др. [1–3], показала, что унос массы, уменьшение толщины плeнок пропорциональны флюенсу АК. Появился термин “полиимидный эквивалентный флюенс АК”. В качестве эталона принят полиимид kapton-H.
На высотах 200–700 км АК ионизован [4]. Физико-химическое воздействие АК на полимеры в атмосфере Земли характеризуют взаимосвязанные процессы обмена энергией, массой и зарядом между частицами окружающей среды с поверхностью, включая химические реакции в адсорбированном и поверхностном слоях. Положительные ионы АК с энергией от 5 до 10 эВ выполняют роль радиационного-химического активатора поверхности [5–7]. Исследования кинетики процесса взаимодействия плазмы атомарно-молекулярного кислорода с полиамидом kapton-H [5, 8] свидетельствует о том, что молекулярный кислород инертен и участия в химических реакциях не принимает. Определяющим является процесс окислительной деструкции полимеров с участием АК [6]. Механизм разрушения полимеров связан, как минимум, с двумя видами воздействия: кинетическим распылением и химическим травлением. Следствием воздействия АК на полимеры являются: унос массы, изменение термо-оптических и физико-механических свойств.
Информация об изменениях свойств полимеров КА при длительной эксплуатации в ионосфере Земли может быть получена только экспериментально – по результатам летных или стендовых испытаний. Одним из путей решения задачи является физическое моделирование или имитация воздействия АК на материалы на специализированных стендах. Условия экспозиции полимеров на высотах 700–200 км при среднем уровне солнечной активности и скорости КА ${{U}_{{KA}}}$ ≈ 7.5–7.8 км/с характеризуют значения параметров АК [4, 9, 10]:
энергия частиц ${{E}_{{AK}}}$ ≈ 4.7–5.0 эВ;
концентрация атомов ${{N}_{{AK}}}$ ≈ 1 × 106–4 × 109 см–3;
поток частиц ${{\Phi }_{{AK}}} = {{N}_{{AK}}}{{U}_{{KA}}}$ ≈ 8 × 1011–3 × × 1015 атомО/см2с;
годовой флюенс ${{F}_{{AK}}} = {{\Phi }_{{AK}}}t$ ≈ 2.5 × 1019–9 × × 1022 атомО/см2, $t$ – время экспозиции.
На стендах генераторы АК синтезируют, как правило, импульсные и стационарные потоки с энергией частиц 5–10 эВ и ${{\Phi }_{{AK}}}$ ≈ 1015–1016 атомО/см2 с [7–9]. Исследования на КА показали: деградация полимеров продолжается в течение всего времени эксплуатации [1, 2, 5, 7]. Время экспозиции при стендовых исследованиях воздействия АК должно соответствовать орбитальным флюенсам АК. Реализация таких условий при энергиях частиц ${{E}_{{AK}}}$ ≈ 5 эВ на стендах затруднительна. Для решения задачи моделирования длительного воздействия АК на полимеры могут быть использованы ионы с концентрацией ${{N}_{{iAK}}}$ ≈ 109–1010 см–3 и энергией ${{E}_{{iAK}}}$ ≈ 5 эВ или ионы АК с энергией ${{E}_{{iAK}}}$ ≈ 30–80 эВ и потоки частиц ${{\Phi }_{{iAK}}}$ ≥ 1016 атомО/см2 с.
Цель данной работы – разработка процедуры моделирования длительного (при высоких флюенсах) воздействия АК ионосферы Земли на полимеры в высокоскоростных потоках разреженной плазмы
КРИТЕРИАЛЬНЫЕ СООТНОШЕНИЯ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ДЛИТЕЛЬНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ АК НА ПОЛИМЕРЫ КА
При моделировании длительного воздействия АК на полимеры в качестве критерия эквивалентности экспозиции в ионосфере и на стенде принято равенство потери массы $\Delta {{M}_{W}}$ (уменьшения толщины $\delta {{x}_{W}}$) материала
(1)
$\Delta M_{W}^{{(N)}} = \Delta M_{W}^{{(M)}}\,\,\,\,{\text{или}}\,\,\,\,\delta x_{W}^{{(N)}} = \delta x_{W}^{{(M)}},$(2)
$F_{{AK}}^{{(N)}}\left( {E_{{AK}}^{{(N)}}} \right) = F_{{AK}}^{{(M)}}\left( {E_{{iAK}}^{{(M)}}} \right){{{{R}_{e}}\left( {E_{{iAK}}^{{(M)}}} \right)} \mathord{\left/ {\vphantom {{{{R}_{e}}\left( {E_{{iAK}}^{{(M)}}} \right)} {{{R}_{e}}\left( {E_{{AK}}^{{(N)}}} \right)}}} \right. \kern-0em} {{{R}_{e}}\left( {E_{{AK}}^{{(N)}}} \right)}},$(3)
${{k}_{y}} = \frac{{{{t}^{{(N)}}}}}{{{{t}^{{(M)}}}}} = \frac{{N_{{iAK}}^{{(M)}}}}{{N_{{AK}}^{{(N)}}}}{{\left( {\frac{{E_{{iAK}}^{{(M)}}}}{{E_{{AK}}^{{(N)}}}}} \right)}^{{0.5}}}\frac{{{{R}_{e}}\left( {E_{{iAK}}^{{(M)}}} \right)}}{{{{R}_{e}}\left( {E_{{AK}}^{{(N)}}} \right)}}.$Если $E_{{iAK}}^{{(M)}} = E_{{AK}}^{{(N)}} = 5\,\,{\text{эB}}$ и ${{R}_{e}}\left( {E_{{iAK}}^{{(M)}}} \right) = {{R}_{e}}\left( {E_{{AK}}^{{(N)}}} \right)$ – режим 1, то
(4)
${{k}_{{1y}}} = \frac{{{{t}^{{(N)}}}}}{{{{t}^{{(M)}}}}} = \frac{{N_{{iAK}}^{{(M)}}}}{{N_{{AK}}^{{(N)}}}} \gg 1.$Когда $E_{{iAK}}^{{(M)}} > E_{{AK}}^{{(N)}}$ и ${{R}_{e}}\left( {E_{{iAK}}^{{(M)}}} \right) > {{R}_{e}}\left( {E_{{AK}}^{{(N)}}} \right)$ – режим 2, то
гдеИз (4), (5) следует ${{k}_{{2y}}} \gg {{k}_{{1y}}},$ т.е. процесс испытаний в режиме 1 “ускоряется” пропорционально $\xi $ [10–12]. По результатам стендовых измерений потери массы полимера $\Delta {{M}_{W}}\left( {E_{{iAK}}^{{(M)}}} \right)$ и (или) уменьшения толщины $\delta {{x}_{W}}\left( {E_{{iAK}}^{{(M)}}} \right)$ для известных значений параметров $E_{{AK}}^{{(M)}},$ $E_{{iAK}}^{{(M)}},$ ${{t}^{{(M)}}},$ характеризующих условия тестирования, вычисляется объемный коэффициент потери массы
(6)
${{R}_{{{{e}_{W}}}}}\left( {E_{{iAK}}^{{(M)}}} \right) = \frac{{\Delta M_{W}^{{(M)}}}}{{{{\rho }_{W}}F_{{iAK}}^{{(M)}}}} = \frac{{\delta {{x}_{W}}}}{{F_{{iAK}}^{{(M)}}}}.$Для оценки параметров ${{F}_{{AK}}}\left( {E_{{AK}}^{{(N)}}} \right)$ и ${{R}_{e}}\left( {E_{{AK}}^{{(N)}}} \right)$ в ионосфере для соотношения (2) в качестве эталонного материала может быть использован полиимид kapton-H. Из отношения ${{\Delta {{M}_{W}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{\Delta {{M}_{W}}} {\Delta {{M}_{k}}}}} \right. \kern-0em} {\Delta {{M}_{k}}}}$ = = ${{{{\rho }_{W}}{{R}_{{{{e}_{W}}}}}{{F}_{W}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{{{\rho }_{W}}{{R}_{{{{e}_{W}}}}}{{F}_{W}}} {{{\rho }_{k}}{{R}_{{{{e}_{k}}}}}{{F}_{k}}}}} \right. \kern-0em} {{{\rho }_{k}}{{R}_{{{{e}_{k}}}}}{{F}_{k}}}}$ = ${{{{\rho }_{W}}\delta {{x}_{W}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{{{\rho }_{W}}\delta {{x}_{W}}} {{{\rho }_{k}}\delta {{x}_{k}}}}} \right. \kern-0em} {{{\rho }_{k}}\delta {{x}_{k}}}}$ для фиксированных значений флюенса АК следует
(7)
${{R}_{{{{e}_{W}}}}}\left( {E_{{AK}}^{{(N)}}} \right) = {{R}_{{{{e}_{k}}}}}\left( {E_{{AK}}^{{(N)}}} \right)\frac{{\delta {{x}_{W}}\left( {{{E}_{{iAK}}}} \right)}}{{\delta {{x}_{k}}\left( {{{E}_{{iAK}}}} \right)}},$Величина флюенса ${{F}_{{AK}}}\left( {E_{{AK}}^{{(N)}}} \right)$ в ионосфере, соответствующая условиям стендовых испытаний, определится из (2) после подстановки ${{R}_{e}}\left( {{{E}_{{iAK}}}} \right)$ и ${{R}_{e}}\left( {E_{{AK}}^{{(N)}}} \right)$ из (6), (7). Область допустимых нагрузок при стендовых испытаниях определяется условием $\Phi _{{AK}}^{{(N)}} \leqslant \Phi _{{AK}}^{{(M)}} \leqslant \Phi _{{AK}}^{{(\max )}}$ [13]. Это соответствует требованию: процессы на поверхности материала, инициированные одним соударением, не должны перекрываться во времени. Должны выполняться условия: полимеры $\Phi _{{AK}}^{{(\max )}}$ ≤ 1020 атомО/см2 с; металлы – $\Phi _{{AK}}^{{(\max )}}$ ≤ 1027 атомО/см2 с [13].
ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Экспериментальные исследования проводились на стенде Института технической механики НАН Украины. Детали проведения экспериментов приведены в [11]. В качестве испытуемых материалов использовались пленки толщиной ${{x}_{W}}$ ≈ ≈ 50.7 мкм: полиамид kapton-H (объемная плотность ${{\rho }_{W}}$ ≈ 1.42 г/см3) и тефлон FEP-100A (${{\rho }_{W}}$ ≈ 2.15 г/см3). Образцы – диски с диаметром облучаемой поверхности 45 мм – размещены на подложке из сплава АМг-6М толщиной 3 × 10–1 см. Подложка служила термостатом. Измерение и контроль температуры пленки и подложки осуществлялись термопарами диаметром 0.1 мм. При облучении образцов АК температура пленок не превышала ~350 К. Весовые характеристики материалов вне вакуумной камеры за 1 ч до и 1 ч после экспозиции в плазме измерялись на аналитических весах с погрешностью не более 1 × 10–4 г. Взвешивание вне вакуумной камеры с интервалом 1 ч до и после вакуумирования и облучения плазмой обеспечивает идентичные условия определения массы $\delta {{M}_{W}} = {{M}_{1}} - {{M}_{2}},$ где ${{M}_{1}},$ ${{M}_{2}}$ – масса образца до и после экспонирования в плазме и в вакууме. Вклад адсорбированных газов $\delta {{M}_{a}}$ в воздухе при атмосферном давлении до и после вакуумирования и облучения плазмой определяется по формуле $\delta {{M}_{W}} = \left( {{{M}_{1}} + \delta {{M}_{a}}} \right)$ – $\left( {{{M}_{2}} + \delta {{M}_{a}}} \right).$
В качестве источника высокоскоростных ионов потоков плазмы атомарно-молекулярного кислорода $\left( {{{{\text{O}}}^{{\text{ + }}}}{\text{ + O}}_{{\text{2}}}^{{\text{ + }}}} \right)$ использовался газоразрядной ускоритель с “саморазгоном” плазмы [10, 11]. В струе с равномерным распределением параметров получены потоки: ${{N}_{{iAK}}}$ ≈ 108–1010 см–3 и ${{E}_{{iAK}}}$ ≈ ≈ 5–100 эВ. Для диагностики разреженной плазмы служит СВЧ-интерферометр, работающий на частоте 5.45 ГГц, и система электрических зондов. Состав остаточного газа в вакуумной камере стенда контролируется масс-спектрометром МХ 7307 [12]. Соответствие зондовых и СВЧ-измерений концентрации ионов ${{N}_{i}}$ и электронов ${{N}_{e}}$ позволяет при условии квазинейтральности ${{N}_{e}} \approx {{N}_{i}}$ оценить наличие отрицательных ионов $N_{i}^{ - }$ в плазме ${{\left( {{{N}_{e}} + N_{i}^{ - }} \right)}_{{{\text{зонд}}}}} \approx {{N}_{{e{\text{СВЧ}}}}}$ и суммарную концентрацию ${{N}_{e}} \approx {{N}_{{i\sum }}} = {{N}_{{ia}}} + {{N}_{{im}}}$ атомарных ${{N}_{{ia}}}$ и молекулярных ${{N}_{{im}}}$ ионов.
Степень диссоциации ионного компонента потока плазмы кислорода ${{\xi }_{{{{d}_{i}}}}}$ контролируется электрическими зондами [12]
(8)
${{\xi }_{{d{}_{i}}}} \approx 2.5\left[ {{{{{I}_{{i\Sigma }}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{{{I}_{{i\Sigma }}}} {\left( {{{I}_{{0i}}}\sqrt {1 + \frac{{2e{{\varphi }_{W}}}}{{{{M}_{i}}U_{{im}}^{2}}}} } \right)}}} \right. \kern-0em} {\left( {{{I}_{{0i}}}\sqrt {1 + \frac{{2e{{\varphi }_{W}}}}{{{{M}_{i}}U_{{im}}^{2}}}} } \right)}} - 1} \right],$Остаточное давление в вакуумной камере стенда 1 × 10–5 Па. При натекании рабочего газа – кислорода высшей очистки 5 × 10–3 Па. Основными компонентами в плазменной струе являются быстрые ионы ${{{\text{O}}}^{{\text{ + }}}}$ и ${\text{O}}_{{\text{2}}}^{{\text{ + }}}.$ В камере ионизации и на срезе ускорителя плазма практически полностью ионизована. В рабочем сечении струи размером ~0.3 м ${{N}_{e}} \approx {{N}_{{i\sum }}}$ ≈ 6 × 109 см–3, степень диссоциации ${{\xi }_{{{{d}_{i}}}}}$ ≈ 0.7, концентрация ионов: ${{N}_{{{{{\text{O}}}^{ + }}}}}$ ≈ 4 × 109 см–3 и ${{N}_{{{\text{O}}_{2}^{ + }}}}$ ≈ 2 × 109 см–3.
Поверхность полимера в плазме приобретает равновесный отрицательный потенциал φf ~ ~ $ - \left( {{{k{{T}_{e}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{k{{T}_{e}}} e}} \right. \kern-0em} e}} \right)\ln \left( {{{{{j}_{e}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{{{j}_{e}}} {{{j}_{i}}}}} \right. \kern-0em} {{{j}_{i}}}}} \right),$ где ${{j}_{{e,i}}}$ – плотность электронного (e) и ионного (i) тока; k – постоянная Больцмана. В слое пространственного заряда ионы АК ускоряются. Кинетическая энергия ионов, направленная по нормали к поверхности, увеличивается: $e\left( {{{\varphi }_{f}} - {{\varphi }_{0}}} \right)$ ≈ 1–2 эВ. Флюенс АК запишется
(9)
$\begin{gathered} {{F}_{{AK}}} \approx {{F}_{{{{{\text{O}}}^{{\text{ + }}}}}}} + {{F}_{{\text{O}}}} = {{N}_{{{{{\text{O}}}^{{\text{ + }}}}}}}{{U}_{{{{{\text{O}}}^{{\text{ + }}}}}}}t + {{N}_{{\text{O}}}}{{U}_{{\text{O}}}}t \approx \\ \approx {{\xi }_{{{{d}_{i}}}}}{{N}_{{i\sum }}}{{U}_{{{{{\text{O}}}^{{\text{ + }}}}}}}t\left( {1 + \frac{{{{N}_{{\text{O}}}}{{U}_{{\text{O}}}}}}{{{{N}_{{{{{\text{O}}}^{ + }}}}}{{U}_{{{{{\text{O}}}^{ + }}}}}}}} \right), \\ \end{gathered} $ПОТЕРЯ МАССЫ ПОЛИМЕРАМИ ПРИ ОБЛУЧЕНИИ ИОНАМИ АК
На рис. 1 приведены зависимости потери массы $\Delta {{M}_{W}}$ от флюенса ${{F}_{{AK}}}$ (${{E}_{{AK}}}$ ≈ 5 эВ) для полиимида kapton-H и тефлона FEP-100A. Зависимости объемного коэффициента потери массы ${{R}_{e}}$ полимеров от энергии ионов АК представлены на рис. 2. Для фиксированных значений ${{E}_{{iAK}}}$ и ${{F}_{{AK}}}$ из зависимостей $\Delta {{M}_{W}}\left( {{{F}_{{iAK}}}} \right)$ и ${{R}_{e}}\left( {{{E}_{{iAK}}}} \right),$ приведенных на рис. 1, 2, следует ${{\Delta {{M}_{W}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{\Delta {{M}_{W}}} {\Delta {{M}_{k}}}}} \right. \kern-0em} {\Delta {{M}_{k}}}} = {\text{const}}$ и ${{{{R}_{{{{e}_{{_{W}}}}}}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{{{R}_{{{{e}_{{_{W}}}}}}}} {{{R}_{{{{e}_{k}}}}}}}} \right. \kern-0em} {{{R}_{{{{e}_{k}}}}}}} = {\text{const}}{\text{.}}$ Аналогичные данные при ${{E}_{{AK}}}$ = = 5 эВ (спутниковые измерения) и ${{E}_{{iAK}}}$ = 20 эВ (стендовые испытания) для широкого ряда полимеров ${{\Delta {{M}_{W}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{\Delta {{M}_{W}}} {\Delta {{M}_{k}}}}} \right. \kern-0em} {\Delta {{M}_{k}}}} \approx {\text{const}}$ и ${{{{\rho }_{W}}{{R}_{{{{e}_{W}}}}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{{{\rho }_{W}}{{R}_{{{{e}_{W}}}}}} {{{\rho }_{k}}{{R}_{{{{e}_{k}}}}}}}} \right. \kern-0em} {{{\rho }_{k}}{{R}_{{{{e}_{k}}}}}}} = {\text{const}}$ приведены в [27].
На рис. 3 приведены зависимости потери массы kapton-H от флюенса высокоэнергичных ионов О+, ${\text{N}}{{{\text{e}}}^{{\text{ + }}}},$ ${\text{X}}{{{\text{e}}}^{{\text{ + }}}}$ и ${{{\text{N}}}^{ + }}{\text{ + N}}_{{\text{2}}}^{{\text{ + }}}.$ Унос массы полимера при облучении ионами ${{{\text{O}}}^{{\text{ + }}}}{\text{ + }}\,\,{\text{O}}_{{\text{2}}}^{{\text{ + }}}$ определяют кинетическое распыление и химическое травление. При облучении полимера ионами ${\text{N}}{{{\text{e}}}^{{\text{ + }}}}$, ${\text{X}}{{{\text{e}}}^{{\text{ + }}}}$ и ${{{\text{N}}}^{ + }}{\text{ + }}\,{\text{N}}_{{\text{2}}}^{{\text{ + }}}$ унос массы обусловлен только кинетическим распылением. По данным рис. 3 унос массы полиимида kapton-H за счет кинетического распыления практически на порядок меньше $\Delta {{M}_{k}}$ из-за химического травления О+. Измеренная величина $\delta {{x}_{W}}$ полимера в потоке АК при фиксированных значениях ${{E}_{{iAK}}},$ ${{F}_{{iAK}}}$ и рассчитанные значения ${{\delta {{x}_{W}}\left( {{{E}_{{iAK}}}} \right)} \mathord{\left/ {\vphantom {{\delta {{x}_{W}}\left( {{{E}_{{iAK}}}} \right)} {\delta {{x}_{k}}\left( {{{E}_{{iAK}}}} \right)}}} \right. \kern-0em} {\delta {{x}_{k}}\left( {{{E}_{{iAK}}}} \right)}}$ = = ${{\delta {{x}_{W}}\left( {5\,\,{\text{эВ}}} \right)} \mathord{\left/ {\vphantom {{\delta {{x}_{W}}\left( {5\,\,{\text{эВ}}} \right)} {\delta {{x}_{k}}\left( {5\,\,{\text{эВ}}} \right)}}} \right. \kern-0em} {\delta {{x}_{k}}\left( {5\,\,{\text{эВ}}} \right)}}$ позволяют оценить величину объемного коэффициента уноса массы испытуемого полимера ${{R}_{{{{e}_{W}}}}}\left( {5\,\,{\text{эВ}}} \right)$ = ${{R}_{{{{e}_{k}}}}}\left( {5\,\,{\text{эВ}}} \right){{\delta {{x}_{W}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{\delta {{x}_{W}}} {\delta {{x}_{k}}}}} \right. \kern-0em} {\delta {{x}_{k}}}}$ = = ${{R}_{{{{e}_{k}}}}}\left( {5\,\,{\text{эВ}}} \right){{\Delta {{M}_{W}}{{\rho }_{k}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{\Delta {{M}_{W}}{{\rho }_{k}}} {\Delta {{M}_{k}}{{\rho }_{W}}}}} \right. \kern-0em} {\Delta {{M}_{k}}{{\rho }_{W}}}}.$
Если при стендовых испытаниях: ${{E}_{{iAK}}}$ = 80 эВ, ${{N}_{{iAK}}} \simeq 4$ × 109 см–3, ${{t}^{{(M)}}} \simeq 3\,\,{\text{ч}}$ = 1.08 × 104 с, флюенс ${{F}_{{AK}}}\left( {{{E}_{{iAK}}}} \right)$ = 1.34 × 1020 см–2, то ${{R}_{{{{e}_{k}}}}}\left( {{{E}_{{iAK}}}} \right)$ ≈ 1.04 × × 10–22 см3/атомО и $F_{{AK}}^{{(N)}}\left( {E_{{AK}}^{{(N)}}} \right) \simeq 4.5$5 × 1021 см–2. В ионосфере флюенс $F_{{AK}}^{{(N)}}$ = 4.5 × 1021 см–2 ($E_{{AK}}^{{(N)}}$ = = 5 эВ) при среднем уровне солнечной активности соответствует годовой экспозиции полимера на высоте $h$ ≈ 380 км (МКС), коэффициент ускорения стендовых испытаний kapton-H равен ${{k}_{{2y}}}$ ≈ ≈ 3 × 103, а при облучении полимера ионами ${{E}_{{iAK}}}$ = = 5 эВ коэффициент ускорения – ${{k}_{{1y}}}$ ≈ 2 × 101.
ВЫВОДЫ
Разработана процедура физического моделирования длительного, при высоких флюенсах, воздействия АК на полимеры в ионосфере Земли. При реализации процедуры используются: высокоэнергичные ионы АК потока разреженной плазмы и полиимид kapton-H в качестве эталонного материала. Для оценки эквивалентности условий взаимодействия “АК–полимер” в ионосфере и на стенде принято условие равенства потери массы полимера. В обоснование процедуры получены зависимости уноса массы, объемного коэффициента потери массы полиимида kapton-H и тефлона FEP-100A от флюенса и энергии ионов АК. Показано, что при облучении полиимида kapton-H ионами АК с энергией 30–80 эВ унос массы из-за химического травления практически на порядок больше, чем потери массы из-за кинетического распыления, флюенс АК и коэффициент ускорения испытаний полиимида на два порядка больше, чем коэффициент ускорения в потоке ионов АК с энергией 5 эВ.
Список литературы
Zimcik D.G., Maag C.R. // J. Spacecraft and Rockets. 1988. V. 25. № 2. P. 162.
Milinchuk V.K., Klinshpont E.R., Pasevich O.F. et al. // High Energy Chemistry. 2013. V. 47. № 6. P. 295.
Pippin H.G. // Final report NASA VA 23681 Langley Research Center. Hampton, 2008. 2199. 10 p.
Space environment. – Earth upper atmosphere. ISO 14222:2013 (R).
Gonzalez R.I., Tomczak S.J., Minton T.K. et al. // Proc. 9th ISMSE. Noordwijk: ESTEC, 2003. P. 113.
Kuvaldina E.V., Lubimov V.K., Rybkin V.V. // High Energy Chemistry. 1992. V. 26. № 5. P. 387.
Гужова С.К., Новиков Л.С., Черник В.Н. и др. // Модель космоса. В 2 т. Т.2 / Под ред. М.И. Панасюка, Л.С. Новикова. М: КДУ, 2007. С. 171.
Yokota K., Tagawa M. // J. Spacecraft and Rockets. 2007. V. 44. № 2. P. 434.
Kleiman J., Iskanderova Z., Dudimenko Y. et al. // Proc. of the 9th ISMSE. Noordwijk: ESTEC. 2003. P. 313.
Shuvalov V.A., Gorev N.B., Tokmak N.A. et al. // Acta Astronautica. 2017. №132. P. 97.
Shuvalov V.A., Reznichenko N.P., Tsokur A.G. et al. // High Energy Chemistry. 2016. V. 50. № 3. P. 171.
Shuvalov V.A., Pis’mennyi N.I., Lazuchenkov D.N. et al. // Instruments and Experimental Techniques. 2013. V. 56. № 4. P. 459.
Войценя В.С., Гужова С.К., Титов В.И. Воздействие низкотемературной плазмы и электромагнитного излучения на материалы. М.: Энергоатомиздат, 1991. 224 с.
Mitcner M., Kruger Ch.H. Partially ionized gases. Wiley: N.Y., 1973. 518 p.
Tagawa M., Yokota K. // Acta Astronautica. 2008. № 62. P. 203.
Grossman E., Gouzman I., Lempert G. et al. // J. Spacecraft and Rockets. 2004. V. 41. № 3. P. 356.
Skurat V.E. // High Energy Chemistry. 2016. V. 50. № 6. P. 478.
Banks B.A., Backus J.A., Manno M.V. et al. // J. Spacecraft and Rockets. 2011. V. 48. № 1. P. 14.
Miller S., Banks B.A., Waters D.L. // Proc. 10th ISMSE and 8 th ICPMSE. Collioure: France. 2006. Noordwijk. ESTEC. 2006. P. 120.
Никифоров А.П., Терновой А.И., Самсонов П.В. и др. // Химическая физика. 2002. Т. 21. № 5. С. 73.
Reddy M.R. // J. Materials Science. 1995. V. 3. P. 281.
Новые наукоемкие технологии в технике. В 24 т. Т. 17. / Под ред. К.С. Касаева. М: ЗАО НИИ ЭНЦИТЕХ, 2000. 280 с.
Grossman E., Gouzman I. // Nuclear instruments and methods in physical research. 2003. V. 208. № 1. P. 48.
Banks B., Waters D., Thorson S.D. et al. // NASA/TM – 2006-214363. 7 p.
Cazanbon B., Paillous A., Siffire J. et al. // J. Spacecraft and Rockets. 1998. V. 35. № 6. P. 797.
Vered R., Lempert G.D., Grossman E. et al. // Proc. 6th ISMSE. Noordwijk: ESA, 1994. P. 175.
Chernik V.N., Novikov L.S., Akishin A.I. // Proc. 10th ISMSE and 8 th ICPMSE. Collioure: France. 2006. Noordwijk. ESTEC. 2006. P. 127.
Дополнительные материалы отсутствуют.
Инструменты
Химия высоких энергий