Durante los próximos seis meses, un sistema de cámara en el exterior de la Estación Espacial Internacional (ISS) tomará fotos de más de una docena de muestras de materiales diferentes, reuniendo información detallada que ayudará a los investigadores a determinar cómo y por qué las duras condiciones de espacio afectan a estos materiales. Entre los temas a estudiar están los cambios de color que pueden indicar la degradación causada por la exposición al medio ambiente en el espacio.

Un objetivo clave de la investigación será correlacionar los cambios de color que ocurren bajo la exposición de la órbita terrestre baja (LEO) con variaciones en las propiedades de los materiales, como la resistencia estructural, la composición química y la conductividad eléctrica, para determinar cómo estos cambios espectrales podría permitir a los científicos e ingenieros evaluar visualmente el deterioro. El entorno espacial LEO expone los materiales a los efectos dañinos del oxígeno atómico, la radiación ultravioleta y los electrones de alta energía.

"Queremos saber no solo cómo el espacio afecta los materiales, sino también por qué sucede eso", dijo Elena Plis, ingeniera de investigación sénior en el Instituto de Investigación Tecnológica de Georgia (GTRI) que dirige el equipo de investigación de varias organizaciones. "Por ejemplo, sabemos que un material de uso común de DuPont, la película de poliimida Kapton, está sujeto a cambios en su conductividad en el espacio, pero queremos saber por qué, cómo podemos evitarlo o cómo podemos usarlo para nuestro beneficio. ."

Fotografiar regularmente los materiales en rangos espectrales visibles e infrarrojos proporcionará un registro dinámico de lo que sucede con las propiedades ópticas en el espacio, mejorando el conocimiento que a menudo se ha limitado a las mediciones antes y después de la exposición espacial. El equipo de investigación analizará exhaustivamente los materiales devueltos a la Tierra para comprender mejor cómo la degradación espacial puede afectar otras propiedades materiales y utilizará esta información para la planificación de misiones espaciales a largo plazo.

"Estoy interesado en la dinámica del daño causado a los materiales en el espacio", explicó Plis. "Hasta ahora, en general, solo hemos tenido dos puntos de datos para evaluar los efectos del espacio:los materiales prístinos que lanzamos y los efectos acumulativos que podemos ver cuando se devuelven los materiales. La singularidad de este experimento es que nos permite ver el el daño ocurre con el tiempo".

Más allá de GTRI, el equipo de investigación incluye investigadores del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea (AFRL), la NASA, la Universidad de Texas en El Paso y DuPont, una empresa multiindustrial con sede en Wilmington, Del. Utilizando el Experimento de la Estación Espacial Internacional de Materiales ( MISSE), la investigación también cuenta con el apoyo de Aegis Aerospace Inc., la empresa propietaria y operadora de la plataforma MISSE instalada en la ISS.

El análisis de los datos espectrales obtenidos por el experimento también podría permitir a los observadores determinar si una pieza de basura espacial proviene de una manta aislante liviana o de una placa de circuito más pesada que podría dañar la nave espacial en órbita. Más allá de proporcionar una nueva forma de evaluar la salud estructural de los materiales de forma remota y evaluar los riesgos de los desechos espaciales, el experimento también ayudará a los ingenieros a evaluar materiales novedosos que podrían brindar nuevas opciones a los diseñadores de futuras naves espaciales.

"La película de poliimida DuPont Kapton HN, por ejemplo, es un material que se ha utilizado desde las misiones Apolo, lo que lo convierte en el estándar de oro", dijo Plis. "Pero hay muchos más materiales que pueden ofrecer propiedades mejoradas, así que vamos a ver cómo algunos ejemplos de estos se ven afectados por el espacio".

Muchos de los materiales que se están estudiando se utilizan para proteger los sistemas y las tripulaciones de las naves espaciales de los efectos de los cambios térmicos rápidos que tienen lugar en órbita y de los efectos dañinos de la carga eléctrica. La selección de materiales de MISSE-16 incluye diferentes tipos de poliimidas, polímeros de cristal líquido (LCP), silsesquioxano oligomérico poliédrico (POSS), polímeros reforzados con fibra de vidrio y carbono y películas de poliéster de tereftalato de polietileno (PET).

Las muestras se instalaron en el exterior de la ISS mediante un brazo robótico y se recuperarán de la misma manera en unos seis meses. Las muestras se colocarán en tres caras diferentes de la ISS para recibir exposiciones preferenciales al oxígeno atómico, la radiación ultravioleta y los electrones de alta energía. Las muestras fueron entregadas a la ISS por una nave espacial de carga SpaceX Dragon que se lanzó el 16 de julio.

Para facilitar la observación a largo plazo en órbita, el banco de pruebas MISSE se actualizó con una cámara y un sistema de iluminación para cubrir un rango espectral más amplio, incluido el infrarrojo, que es importante para observar ciertos aspectos de la degradación. El hardware actualizado seguirá siendo parte de la instrumentación de MISSE después de que termine el experimento dirigido por GTRI.

Se espera que las muestras, que son cuadrados de una pulgada, sean devueltas a la Tierra la próxima primavera. Los materiales transportados en el espacio se examinarán en detalle para comprender la degradación y se compararán con muestras idénticas sujetas a condiciones espaciales simuladas en el laboratorio. En total, las muestras se someterán a 10 técnicas de caracterización diferentes, que incluyen microscopía de fuerza atómica, caracterización óptica de reflexión y absorbancia y mediciones de transferencia de carga eléctrica.

"Intentaremos conectar las propiedades ópticas con los cambios en la superficie y los cambios químicos", dijo Plis. "Con nuestros experimentos en tierra, esperamos comprender estos cambios y la física que se esconde detrás de ellos".

Para Plis, que ha estado estudiando los efectos de la exposición espacial en los materiales desde 2015, ver el lanzamiento de la investigación al espacio fue el resultado de un proceso de aplicación y desarrollo de años.

"Para mí, el lanzamiento de los materiales fue muy emotivo", dijo. "Es como un sueño hecho realidad enviar mi investigación al espacio y obtener datos del espacio. Este es mi primer proyecto para ir al espacio y espero que haya más". + Explora más

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