Les scientifiques ont découvert pourquoi les satellites solaires se corrodent

Les engins spatiaux surveillant le Soleil à la recherche de tempêtes solaires potentiellement mortelles se sont dégradés – et maintenant les scientifiques pensent avoir compris pourquoi.

Boffins du National Institute of Standards and Technology (NIST) américain et du Laboratoire de physique atmosphérique et spatiale (LASP) de l’Université du Colorado à Boulder ont passé des années à essayer de comprendre pourquoi les filtres UV de ces sondes se dégradent avec le temps.

Les filtres permettent aux engins spatiaux d’analyser le spectre lumineux de la lumière du soleil sur des longueurs d’onde spécifiques. L’équipement utilisé pour diriger la lumière UV de 100 nanomètres à 10 nanomètres vers les détecteurs a tendance à se détériorer. En quelques années après avoir été dans l’espace, les filtres de certains satellites envoyés pour étudier les éruptions solaires ou les filtres d’éjection de masse coronale se dégradent considérablement.

Le seul satellite que nous ayons étudié est l’Observatoire de la dynamique solaire”, a déclaré Charles Tarrio, un physicien du NIST directement impliqué dans la recherche. Le registre. “Nous ne pouvons pas dire si c’est ou non le seul satellite qui a connu ce mécanisme de dégradation, mais je serais surpris que ce soit le seul.”

La performance d’un filtre qui laisse passer 50 % de la lumière UV de 30 nanomètres jusqu’au détecteur, par exemple, pourrait chuter à 25 % en un an, et même à 10 % en cinq ans. Maintenant, une équipe de chercheurs qui étudient la question pense avoir découvert la cause du problème.

La vapeur d’eau dégagée par les couvertures thermiques, utilisées pour contrôler la température des instruments à bord des satellites, adhère à la surface du filtre UV. La vapeur d’eau est décomposée par la lumière du soleil, laissant des molécules d’hydroxyde à la surface de l’instrument. Les rayons de lumière UV libèrent des électrons des composants en aluminium du filtre, qui ionisent les molécules d’hydroxyde.

L’ion négatif tire l’ion aluminium positif du filtre et interagit pour créer de l’oxyde d’aluminium. Selon une étude publiée dans la revue Solar Physics, des couches d’oxyde d’aluminium se déposent à la surface du filtre au fil du temps, les rendant troubles et moins efficaces pour absorber la lumière UV.

Robert Berg, co-auteur de l’article et physicien au NIST, a déclaré dans un communiqué que l’eau était la cause de la corrosion des satellites orientés vers le soleil “était en quelque sorte un coup de poing”.

“Le premier coup de poing montrait physiquement que ce processus chimique impliquant de l’eau pouvait provoquer quelque chose de comparable à ce que nous voyons réellement se produire dans le satellite”, a-t-il déclaré.

“Et le numéro deux dit qu’une fois que vous créez un modèle théorique qui prend tout en compte, les chiffres s’alignent quantitativement avec ce que nous voyons dans les satellites. En mettant tout ensemble, je suis convaincu que l’eau est responsable de la dégradation du filtre. “

L’équipe pense que les futurs satellites devraient avoir des filtres contenant des tubes qui bloquent la vapeur d’eau de leurs surfaces et être construits avec des couches de carbone pour empêcher les ions aluminium d’interagir avec les molécules d’hydroxyde.

Ils ont découvert que l’eau était à l’origine du problème en exposant des échantillons de filtres à la lumière UV à l’aide de l’installation de rayonnement ultraviolet synchrotron du NIST. Le rayonnement créé par l’accélérateur de particules synchrotron simule l’activité solaire et la météo spatiale.

Ils ont découvert que de l’oxyde d’aluminium commençait à se former sur les filtres UV après les avoir soumis à la lumière, et pensent que des niveaux d’oxydation similaires rencontrés par de vrais satellites auraient été reproduits dans leurs échantillons s’ils les avaient laissés exposés aux radiations pendant dix mois.

L’oxydation nécessite de l’oxygène et de l’eau, ont déclaré les chercheurs. “Ce devait être quelque chose qui peut émettre de l’eau pendant cinq ans en continu à des taux raisonnablement constants”, a déclaré Tarrio. Ils ont identifié la source d’humidité sous forme de couvertures thermiques à l’intérieur du satellite.

“Nous pensons que la source de la vapeur d’eau est constituée de couvertures isolantes près des ouvertures d’entrée des instruments. Les couvertures sont constituées de plusieurs couches de Mylar aluminisé et de polyéthylène téréphtalate (PET). Le PET est connu pour absorber environ la vapeur d’eau dans l’atmosphère, ” nous a-t-il expliqué.

“Lorsque la lumière du soleil le frappe et le réchauffe, il dégaze la vapeur d’eau, et comme l’eau est stockée dans le volume du matériau plutôt qu’à la surface, elle peut continuer à dégazer à un rythme raisonnablement constant pendant de nombreuses années.”

L’équipe travaille actuellement à tester différents matériaux pour les filtres qui seront moins susceptibles de s’oxyder dans l’espace. ®