相对论性星际航天器的星际介质撞击气体累积损伤
空间物理
2021-03-16 v1
摘要
作为 NASA Starlight 合作项目的一部分，我们研究了由与星际介质（ISM）撞击产生的辐射效应对定向能量驱动的相对论性航天器的影响。航天器沿前缘经历一股主要来自氢和氦核的 MeV/核子量级的撞击流。植入固体中缓慢扩散的气体原子的累积通过气泡形成、起泡和剥落的介观过程驱动损伤。这导致材料性能的宏观变化，并且在起泡和剥落的情况下，通过气泡破裂和分层造成材料侵蚀。根据 Bethe-Bloch 阻止本领及随后的注入分布模拟预测，恒定速度的相对论性氢和氦将在材料中相近的深度处停止，从而形成类似于在聚变面向等离子体部件（PFC）中观察到的混合氢氦体系。然而，近表面气体原子相对于暴露方向的位置差异意味着先前开发的起泡经验模型无法用于预测气泡形成或起泡起始。在这项工作中，我们提出了一种材料在相对论速度下暴露于 ISM 时起泡的局部气体浓度阈值模型。还讨论了航天器的预期影响及缓解策略。同样的考虑也适用于 Breakthrough Starshot 任务。
引用
@article{arxiv.2103.07517,
title = {Damage to Relativistic Interstellar Spacecraft by ISM Impact Gas Accumulation},
author = {Jon Drobny and Alexander N. Cohen and Davide Curreli and Philip Lubin and Maria G. Pelizzo and Maxim Umansky},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.07517},
year = {2021}
}