Bagaimana kerusakan baja di ruang translunar?
Untuk mengkonfirmasi identitas penguat Centaur 1966 yang kembali ke dekat bumi pada tahun 2020, NASA melakukan beberapa pengamatan spektroskopi. Mereka tidak cocok dengan logam yang sama (baja tahan karat 301) di bumi, tampaknya karena booster itu 54 tahun berada di ruang yang "keras". Tapi mereka mencocokkan pengamatan yang lebih dekat dengan pendorong serupa tahun 1971 yang tinggal di dekat Bumi.
Bagaimana / mengapa tanda spektral baja berubah? Sesuatu tentang radiasi daripada reaksi kimia? Siklus pemanasan / pendinginan? Keluargassing jejak karbon dan nitrogen?
Apakah itu benar-benar berubah begitu banyak sehingga bisa membingungkan dengan sesuatu seperti asteroid bantalan logam? Baja kromium tinggi, apapun jenis dan kondisinya, sangat berbeda dari besi nikel biasa yang kita lihat di luar sana.
(Tambahan: apakah ini membuat baja tahan karat menjadi pilihan yang buruk untuk misi yang lebih dari satu dekade atau lebih?)
Jawaban
Data spektral berasal dari permukaan material yang tebalnya hanya beberapa atom yang terkena vakum keras. Angin matahari memiliki ion dari banyak material. Ini sebagian besar adalah hidrogen, yang sebagai ion hanyalah proton. Atau atom hidrogen. Salah satu dari mereka dapat bereaksi. Angin matahari tidak terlalu energik tetapi mengandung sejumlah kecil elemen lain seperti oksigen dan nitrogen, serta partikel alfa yang dalam hal ini hanya ion helium.
Hidrogen sangat kecil sehingga dapat menyelinap di antara besi dan kromium dan nikel dan karbon dari baja tahan karat dan menyebabkan penggetasan yang melemahkannya, di antara efek lainnya (itulah sebabnya jaringan pipa hidrogen tidak umum). Hal-hal yang mengubah sifat suatu material akan mengubah spektrumnya, dan mungkin juga menunjukkan efek jangka panjang dari angin matahari yang tidak sama dengan reaksi permukaan atau kumpulan.
Diberikan waktu yang cukup, Angin Surya akan menodai atau secara kimiawi mempengaruhi permukaan baja. Selain itu, siklus pemanasan dan pendinginan yang ekstrim juga dapat mengubah struktur baja dengan migrasi atom.
Cahaya berinteraksi dengan permukaan logam baru hanya dalam beberapa lapisan atom pertama. Apa yang membuat logam "logam" adalah kerapatan elektron yang sangat tinggi, dan kita dapat menganggap bahwa elektron "plasma" memiliki frekuensi plasma yang tinggi sehingga cahaya hampir tidak menembus sebagian kecil dari panjang gelombang sebelum diradiasikan kembali ke belakang oleh semua itu. elektron bergetar seiring dengan datangnya medan listrik.
Lihat Efek kulit Wikipedia . Dalam plot di bawah ini kita dapat melihat bahwa bahkan pada frekuensi radio 1 MHz, medan gelombang elektromagnetik akan turun 1 / e hanya dalam 10 mikron ketika terjadi pada permukaan baja tahan karat 304 yang halus dan dipoles (kita dapat mengasumsikan 301 menjadi serupa). Itu turun sebagai$1/ \sqrt{f}$jadi untuk lampu merah 600 nm atau 5E + 14 Hz garis itu akan mencapai sekitar 1 Angstrom. Kami tidak dapat melakukan itu karena kami harus mempertimbangkan efek kerapatan plasma mikroskopis dan barang lainnya, tetapi hasilnya benar. Jika kita menginginkan jawaban yang lebih akurat, kita harus mencari indeks bias kompleks $n + ik$ dan kemudian hitung koefisien atenuasi.
- misalnya https://refractiveindex.info/?shelf=3d&book=metals&page=iron
Tapi saya ngelantur
karena permukaan kapal roket bukanlah permukaan yang dipoles halus secara atom bahkan sebelum diluncurkan. Bahkan untuk baja tahan karat akan ada beberapa kontaminan yang terserap di permukaan dan beberapa kotoran akan teroksidasi, "celah dan celah" dari permukaan realistis akan memiliki efek hamburan yang bergantung pada panjang gelombang.
Menempatkannya di ruang angkasa selama 50 tahun dan efek mikrometeorit akan mengubah permukaan dan sinar ultraviolet dan serangan terus menerus dari partikel bermuatan dan netral dari Matahari akan menanamkan dan memodifikasi beberapa puluh nanometer atas permukaan begitu banyak. untuk membuat struktur elektronik dan respons optik sangat berbeda dari stainless yang tersisa di Bumi.
Konsep operasi di sini
adalah "beberapa puluh nanometer teratas" yang hampir sama dengan pengaruh angin matahari.
Ini tidak berpengaruh pada sifat struktural baja tahan karat 304.
Jika itu adalah cermin teleskop permukaan depan atau bahkan piringan untuk teleskop radio sub-milimeter, itu akan menjadi masalah secara optik , tetapi tidak secara struktural.
Berkas Wikimedia Skin_depth_by_Zureks.png