鋼は弾道空間でどのように劣化しますか？

Dec 03 2020

2020年に地球の近くに戻ってきた1966年のセントールブースターの正体を確認するために、NASAはいくつかの分光観測を行いました。明らかに「過酷な」空間でのブースターの54年間のせいで、それらは地球上の同じ金属（301ステンレス鋼）のものと一致しませんでした。しかし、彼らは地球の近くにとどまった同様の1971年のブースターの観測とより密接に一致しました。

鋼のスペクトルシグネチャがどのように/なぜ変化したのですか？化学反応ではなく放射線について何か？加熱/冷却サイクル？微量炭素と窒素のガス放出？

それは本当に大きく変化したので、金属を含む小惑星のようなものと混同される可能性がありましたか？高クロム鋼は、種類や状態を問わず、私たちが目にする通常のニッケル鉄のものとはまったく異なります。

（補遺：これにより、ステンレス鋼は10年以上のミッションに適していませんか？）

回答

27 C.TowneSpringer Dec 03 2020 at 06:26

スペクトルデータは、ハード真空にさらされているわずか数原子の厚さの材料の表面から得られました。太陽風には多くの物質のイオンがあります。それは主に水素であり、イオンとしては単なる陽子です。または水素原子。どちらも反応できます。太陽風はそれほどエネルギー的ではありませんが、酸素や窒素などの他の元素や、この場合はヘリウムイオンであるアルファ粒子が少量含まれています。

水素は非常に小さいため、ステンレス鋼の鉄とクロム、ニッケルと炭素の間に滑り込み、脆化を引き起こしてそれを弱める可能性があります（これが水素パイプラインが一般的でない理由です）。材料の特性を変えるものはそのスペクトルを変えるでしょう、そしてまた表面反応またはコレクションと同じではない太陽風からの長期的な影響を示すかもしれません。

十分な時間が与えられれば、太陽風は鋼の表面を変色させるか、何らかの方法で化学的に影響を与えるはずです。また、極端な加熱と冷却のサイクルも、原子の移動によって鋼の構造を変化させる可能性があります。

18 uhoh Dec 03 2020 at 06:42

光は最初の数原子層でのみ新鮮な金属表面と相互作用します。金属を「金属」にするのは非常に高い電子密度であり、その電子「プラズマ」はプラズマ周波数が非常に高いため、光が波長のごく一部をほとんど透過せずに、それらすべてによって後方に再放射されると考えることができます。入射電場とともに振動する電子。

ウィキペディアの表皮効果を参照してください。以下のプロットでは、1 MHzの無線周波数でも、304ステンレス鋼の滑らかで研磨された表面に入射すると、電磁波の電界がわずか10ミクロンで1 / e低下することがわかります（301は同様）。それは$1/ \sqrt{f}$したがって、600nmまたは5E + 14 Hzの赤色光の場合、その線は約1オングストロームに達します。微視的なプラズマ密度の影響などを考慮しなければならないので、それはできませんが、うまくいきます。より正確な答えが必要な場合は、複雑な屈折率を調べる必要があります。 $n + ik$ 次に、減衰係数を計算します。

例えば https://refractiveindex.info/?shelf=3d&book=metals&page=iron

しかし、私は逸脱します

ロケット船の表面は、打ち上げ前でも原子的に滑らかな研磨面ではないからです。ステンレス鋼の場合でも、表面に吸着された汚染物質や酸化された不純物がありますが、現実的な表面のこれらの「隙間や隙間」には、波長に依存する散乱効果があります。

それを深宇宙に50年間置くと、微小隕石の影響で表面と紫外線の影響が変化し、太陽からの荷電粒子と中性粒子の継続的な猛攻撃により、表面の上部数 十ナノメートルが埋め込まれ、変化します。電子構造と光学応答を、地球に残っているステンレスとは大きく異なるものにすることに関して。

ここでの運用コンセプト

は「上位数十ナノメートル」であり、これは太陽風が影響を与えるほとんどすべてです。

これは、304ステンレス鋼の構造特性には影響しません。

それが前面望遠鏡の鏡、あるいはサブミリメートルの電波望遠鏡の皿でさえあれば、それは光学的には重要ですが、構造的には重要ではありません。