Au cours des six prochains mois, un système de caméra à l'extérieur de la Station spatiale internationale (ISS) prendra des photos de plus d'une douzaine d'échantillons de matériaux différents, rassemblant des informations détaillées qui aideront les chercheurs à déterminer comment et pourquoi les conditions difficiles de l'espace affectent ces matériaux. Parmi les problèmes à étudier figurent les changements de couleur qui peuvent indiquer la dégradation causée par l'exposition à l'environnement dans l'espace.

L'un des principaux objectifs de la recherche sera de corréler les changements de couleur qui se produisent sous l'exposition à l'orbite terrestre basse (LEO) avec les variations des propriétés des matériaux, telles que la résistance structurelle, la composition chimique et la conductivité électrique, afin de déterminer comment ces changements spectraux pourrait permettre aux scientifiques et aux ingénieurs d'évaluer visuellement la détérioration. L'environnement spatial LEO expose les matériaux aux effets nocifs de l'oxygène atomique, du rayonnement ultraviolet et des électrons à haute énergie.

"Nous voulons savoir non seulement comment l'espace affecte les matériaux, mais aussi pourquoi cela se produit", a déclaré Elena Plis, ingénieure de recherche senior au Georgia Tech Research Institute (GTRI) qui dirige l'équipe de recherche multi-organisations. "Par exemple, nous savons qu'un matériau couramment utilisé par DuPont, le film de polyimide Kapton, est sujet à des changements de sa conductivité dans l'espace, mais nous voulons savoir pourquoi, comment nous pourrions empêcher cela ou comment nous pouvons l'utiliser à notre avantage. ."

Photographier régulièrement les matériaux dans les gammes spectrales visible et infrarouge fournira un enregistrement dynamique de ce qui se passe avec les propriétés optiques dans l'espace, améliorant les connaissances qui ont souvent été limitées aux mesures avant et après l'exposition à l'espace. L'équipe de recherche analysera en profondeur les matériaux renvoyés sur Terre afin de mieux comprendre comment la dégradation de l'espace peut affecter d'autres propriétés matérielles et utilisera ces informations pour la planification de missions spatiales à long terme.

"Je m'intéresse à la dynamique des dommages causés aux matériaux dans l'espace", a expliqué Plis. "Jusqu'à présent, nous n'avions généralement que deux points de données pour évaluer les effets de l'espace :les matériaux vierges que nous lancions et les effets cumulatifs que nous pouvons voir lorsque les matériaux sont retournés. La particularité de cette expérience est de nous permettre de regarder le les dommages se produisent au fil du temps."

Au-delà du GTRI, l'équipe de recherche comprend des chercheurs de l'Air Force Research Laboratory (AFRL), de la NASA, de l'Université du Texas à El Paso et de DuPont, une société multi-industrielle basée à Wilmington, Del. Utilizing the Materials International Space Station Experiment ( MISSE) Flight Facility, la recherche est également soutenue par Aegis Aerospace Inc., la société qui possède et exploite la plate-forme MISSE installée sur l'ISS.

L'analyse des données spectrales obtenues par l'expérience pourrait également permettre aux observateurs de déterminer si un morceau de déchet spatial provient d'une couverture isolante légère ou d'un circuit imprimé plus lourd qui pourrait endommager le vaisseau spatial en orbite. En plus de fournir une nouvelle façon d'évaluer à distance la santé structurelle des matériaux et d'évaluer les risques liés aux débris spatiaux, l'expérience aidera également les ingénieurs à évaluer de nouveaux matériaux qui pourraient offrir aux concepteurs de futurs engins spatiaux de nouvelles options.

"Le film polyimide DuPont Kapton HN, par exemple, est un matériau utilisé depuis les missions Apollo, ce qui en fait la référence", a déclaré Plis. "Mais il existe de nombreux autres matériaux qui peuvent offrir des propriétés améliorées, nous allons donc voir comment certains exemples de ceux-ci sont affectés par l'espace."

Bon nombre des matériaux étudiés sont utilisés pour protéger les systèmes et les équipages des engins spatiaux contre les effets des changements thermiques rapides qui se produisent en orbite et contre les effets de charge électrique dommageables. La sélection de matériaux MISSE-16 comprend différents types de polyimides, de polymères à cristaux liquides (LCP), de silsesquioxane oligomère polyédrique (POSS), de polymères renforcés de fibres de carbone et de verre et de films de polyester polyéthylène téréphtalate (PET).

Les échantillons ont été installés à l'extérieur de l'ISS à l'aide d'un bras robotisé et seront récupérés de la même manière dans environ six mois. Les échantillons seront placés sur trois faces différentes de l'ISS pour recevoir des expositions préférentielles à l'oxygène atomique, au rayonnement ultraviolet et aux électrons de haute énergie. Les échantillons ont été livrés à l'ISS par un vaisseau spatial cargo SpaceX Dragon qui a été lancé le 16 juillet.

Pour faciliter l'observation à long terme en orbite, le banc d'essai MISSE a été amélioré avec une caméra et un système d'éclairage pour couvrir une gamme spectrale plus large, y compris l'infrarouge, ce qui est important pour observer certains aspects de la dégradation. Le matériel mis à niveau continuera de faire partie de l'instrumentation MISSE après la fin de l'expérience dirigée par le GTRI.

Les échantillons, qui sont des carrés d'un pouce, devraient être renvoyés sur Terre au printemps prochain. Les matériaux transportés dans l'espace seront examinés en détail pour comprendre la dégradation et comparés à des échantillons identiques soumis à des conditions spatiales simulées en laboratoire. Au total, les échantillons seront soumis à 10 techniques de caractérisation différentes, dont la microscopie à force atomique, la caractérisation optique de la réflexion et de l'absorbance, et les mesures de transfert de charge électrique.

"Nous allons essayer de relier les propriétés optiques aux changements de surface et aux changements chimiques", a déclaré Plis. "Grâce à nos expériences au sol, nous espérons comprendre ces changements et la physique qui les sous-tend."

Pour Plis, qui étudie les effets de l'exposition à l'espace sur les matériaux depuis 2015, voir le lancement de la recherche dans l'espace est le résultat d'un processus d'application et de développement de plusieurs années.

"Pour moi, le lancement des matériaux a été très émouvant", a-t-elle déclaré. "C'est comme un rêve devenu réalité d'envoyer mes recherches dans l'espace et d'obtenir des données de l'espace. C'est mon premier projet d'aller dans l'espace, et j'espère qu'il y en aura d'autres." + Explorer plus loin

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