Como o aço se deteriora no espaço translunar?
Para confirmar a identidade de um impulsionador Centaur 1966 retornando perto da Terra em 2020, a NASA fez algumas observações de espectroscopia. Eles não combinavam com os do mesmo metal (aço inoxidável 301) na terra, aparentemente devido aos 54 anos do propulsor em espaço "hostil". Mas eles se aproximaram mais das observações de um impulsionador semelhante de 1971 que ficou perto da Terra.
Como / por que a assinatura espectral do aço mudou? Algo mais sobre radiação do que reações químicas? Ciclos de aquecimento / resfriamento? Desgaseificação de traços de carbono e nitrogênio?
Ele realmente mudou tanto que poderia ser confundido com algo como um asteróide com metal? O aço com alto teor de cromo, de qualquer tipo e em qualquer condição, é bem diferente do material de níquel-ferro usual que vemos por aí.
(Adendo: isso torna o aço inoxidável uma escolha ruim para missões com mais de uma década ou mais?)
Respostas
Os dados espectrais vieram da superfície do material com apenas alguns átomos de espessura que é exposto ao vácuo. O vento solar possui íons de diversos materiais. É principalmente hidrogênio, que como íon é apenas um próton. Ou átomos de hidrogênio. Qualquer um pode reagir. O vento solar não é muito energético, mas contém pequenas quantidades de outros elementos como oxigênio e nitrogênio, além de partículas alfa que neste caso são apenas íons de hélio.
O hidrogênio é tão pequeno que pode deslizar entre o ferro, o cromo, o níquel e o carbono do aço inoxidável e causar fragilização que o enfraquece, entre outros efeitos (razão pela qual dutos de hidrogênio não são comuns). Coisas que mudam as propriedades de um material mudam seu espectro e também podem mostrar um efeito de longo prazo do vento solar que não é o mesmo que reações de superfície ou coleções.
Com tempo suficiente, o Vento Solar deve manchar ou de alguma forma afetar quimicamente a superfície do aço. Além disso, os ciclos extremos de aquecimento e resfriamento também podem alterar a estrutura de aço com a migração atômica.
A luz interage com superfícies de metal frescas apenas nas primeiras camadas atômicas. O que torna os metais "metais" é a densidade de elétrons muito alta, e podemos pensar nesse "plasma" de elétrons como tendo uma frequência de plasma tão alta que a luz mal penetra uma pequena fração de um comprimento de onda antes de ser re-irradiada para trás por todos aqueles elétrons vibrando junto com o campo elétrico incidente.
Veja o efeito de pele da Wikipedia . No gráfico abaixo, podemos ver que mesmo em uma frequência de rádio de 1 MHz os campos de uma onda eletromagnética terão caído 1 / e em apenas 10 mícrons quando incidentes em uma superfície lisa e polida de aço inoxidável 304 (podemos supor que 301 seja semelhante). Cai como$1/ \sqrt{f}$então, para luz vermelha de 600 nm ou 5E + 14 Hz, essa linha alcançaria cerca de 1 Angstrom. Não podemos fazer isso porque temos que levar em consideração os efeitos da densidade plasmática microscópica e outras vantagens, mas funciona da maneira certa. Se quiséssemos uma resposta mais precisa, teríamos que procurar o índice complexo de refração $n + ik$ e então calcular o coeficiente de atenuação.
- por exemplo https://refractiveindex.info/?shelf=3d&book=metals&page=iron
Mas eu divago
porque a superfície de um foguete não é uma superfície polida atomicamente lisa mesmo antes do lançamento. Mesmo para o aço inoxidável, alguns contaminantes serão adsorvidos na superfície e algumas das impurezas serão oxidadas, aqueles "recantos" de superfícies realistas terão efeitos de espalhamento dependentes do comprimento de onda.
Coloque-o no espaço profundo por 50 anos e os efeitos dos micrometeoritos irão modificar a superfície e a da luz ultravioleta e o ataque contínuo de partículas carregadas e neutras do Sol terá implantado e modificado as várias dezenas de nanômetros da superfície tanto para tornar a estrutura eletrônica e a resposta óptica muito diferente do inoxidável que permaneceu na Terra.
O conceito operativo aqui
é "as várias dezenas de nanômetros", que é praticamente tudo o que o vento solar afetará.
Isso não tem efeito sobre as propriedades estruturais do aço inoxidável 304.
Se fosse um espelho telescópico frontal ou mesmo uma antena para um radiotelescópio submilímetro, teria importância óptica , mas não estruturalmente.
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