Воздействие космического вакуума на элементы космического аппарата

Главной особенностью космического пространства является его способность к «поглощению» неограниченного количества газов и паров, которые могут выделяться с космического аппарата в открытый космос. Следовательно, массопотери являются первейшим и наиболее характерным видом воздействия космического вакуума на материалы и элементы устройства космических аппаратов. Особенностью массопотерь в космосе является то, что из общего числа газовых частиц, улетающих (испаряющихся) с поверхностей космического аппарата, весьма мало возвращается к этим поверхностям. Это явление характеризуется, как уже говорилось, коэффициентом возврата Z.

В условиях космического вакуума испарение поверхностных слоев материалов космического аппарата (металлов, неметаллов и т. п.) происходит весьма эффективно в процессе сублимации -при переходе молекул и атомов вещества из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое. Именно такой переход характерен для вакуумных условий. Этот процесс сопровождается такими последствиями, как потеря массы материалами, нарушение их поверхностных свойств и т. д.

Скорость сублимации зависит от состояния поверхности (поверхностных напряжений, загрязнения) и многих других факторов, расчеты ее очень сложны и имеют точность до порядка величины явления, происходящего в действительности в космосе. А ведь всегда требуется более точное знание этих скоростей, и поэтому их оценку осуществляют экспериментально в земных лабораториях, где моделируются условия космического вакуума.

В результате сублимации в том числе изменяется шероховатость поверхности, в частности терморегулирующих покрытий космического аппарата, что приводит к ухудшению оптических характеристик поверхности.

В космическом пространстве одновременно с вакуумом на материалы воздействуют электромагнитные и корпускулярные излучения космоса. Поскольку энергия связи материалов может быть более низкой, чем энергия квантов или частиц соответствующих видов излучений, то совместное воздействие вакуума и космических излучений может усиливать эффект сублимации 1. Это особенно следует учитывать для таких материалов, которые весьма интенсивно поглощают излучение (например, терморегулирующих покрытий из оксидов железа и цинка, интенсивно поглощающих ультрафиолетовое излучение).

Одновременное воздействие различных физических условий космоса (синэргетическое воздействие) является предметом современного изучения космического материаловедения.

К характерным результатам воздействий космического вакуума относится и ряд других необычных поверхностных явлений. В первую очередь возрастает эффективность адгезии и когезии — процессов, вызванных межмолекулярным взаимодействием и приводящих к прилипанию и сцеплению материалов на поверхности. Эти процессы увеличивают трение и износ материалов, изменяют оптические и механические характеристики поверхности, приводят к распылению поверхности набегающими потоками ионов и нейтральных газовых частиц и т. д.

Космический вакуум является и причиной различных специфических объемных теплофизических и электрофизических явлений. Это, во-первых, касается характера теплообмена, когда практически отсутствуют теплопроводность и теплопередача конвекцией (любая теплопередача в космосе затруднена). Преимущественный тип теплообмена в космосе — это теплообмен излучениями.

Хотя наличие космического вакуума обеспечивает естественные защитные условия от возникновения различного рода электрических пробоев и разрядов в электрических цепях (так называемая вакуумная изоляция), однако процессы массопотерь (испарение, десорбция) могут в местах расположения электрических цепей вызвать условия, способствующие возникновению электрических пробоев и разрядов в парах и газах, к появлению поверхностных токов утечки. Это приводит к повреждению электрических цепей бортовых приборов и нарушению их нормального функционирования.

К числу других отрицательных воздействий космического вакуума можно отнести возможность утечки газов и паров как через неплотности в конструкциях, так и путем проникновения через стенки космического аппарата, изменение механических характеристик материалов и т. д. Однако основными и наиболее существенными воздействиями космического вакуума являются массопотери, адгезия, трение в вакууме, а также некоторые тепло- и электрофизические явления.