Ion Beam-Treated Space Polymers: Long-Term Stability in GEO-Simulated Environments

As part of a large program conducted between years 2010 and 2018, a number of ion beam surface treatments and proprietary coatings formed on advanced space polymers by direct ion beam deposition were developed at Integrity Testing Laboratory (ITL) Inc, in Canada. Thistechnology allowed producing surfaces with controlled surface resistivity in a wide range of charge dissipation values, with negligibly low additional RF losses and other important functional properties, that allowed using such treated materials and products in modern space antennae, solar arrays and other external applications on spacecrafts in GEO environment. This paper will present an overview of results achieved throughout the years on enhancement of radiation stability of space polymers that were ion beam treated and coated with special multifunctional thin coatings by direct ion beam deposition. The treated/coated subjects have been ground-based tested in a range of radiation conditions, simulating the GEO radiation environment, conducted in three world-recognized GEO simulation facilities

Процеси поверхневих модифікацій плоских кабельник провідників:шлях, щоб видалити агресивне космічне середовище.

A novel ion-beam surface treatment process with simultaneous surface renewal (IB/SSR) providing charge-dissipative properties to the treated surfaces was developed at ITL and successfully used for treatment of both sides of variously shaped and sized flat conductor cables (FCC) that are being used in various applications in aerospace, space and commercial programs. The results of surface resistivity (SR) measurements of the front side of FCC’s  used as interconnects in solar panel arrays on satellites in Geostationary (GEO) orbit averaged around 10 MΩ/sq for short FCC units and around 8 MΩ/sq for long units. The SR values for back sides averaged around 18 MΩ/sq for both short and long FCCs. These values remained unchanged during ~ 1 month storage of the treated FCCs at lab conditions, and after a following 2-2.5 year’s storage. Extended long-term ground-based GEO environment simulation testing experiments (15 years space equivalent) that involved simultaneous exposure to all three GEO environmental factors, i.e. protons, electrons, and UV have been performed on two specially selected FCC sets. These sets included pristine and IB/SSR-treated FCCs, with both front and back FCC surfaces being exposed. It was demonstrated that the surface conductivity obtained on the insulating space polymer films is almost insensitive to space radiation during the 15 years in GEO. It was also shown that the long-term influence of GEO radiation on thermal optical characteristics of both FCCs sides does not significantly differ for pristine and ion-beam treated samples.Новый процесс ионно-лучевой обработки поверхности с одновременным обновлением поверхности (IB / SSR), обеспечивающий рассеивающие заряд свойства обрабатываемых поверхностей, был разработан в ITL и успешно использован для обработки обеих сторон плоских проводников разной формы и размеров (FCC), которые используются в различных приложениях в аэрокосмических, космических и коммерческих программах. Результаты измерений удельного поверхностного сопротивления (SR) передней стороны панелей FCC, используемых в качестве межсоединений в массивах солнечных панелей на спутниках на геостационарной (GEO) орбите, составили в среднем около 10 МОм / кв. Для коротких блоков FCC и около 8 МОм / кв. Для длинных блоков. Значения SR для задней стороны в среднем составляют около 18 МОм / кв как для коротких, так и для длинных FCC. Эти значения оставались неизменными в течение ~ 1 месяца хранения обработанных FCC в лабораторных условиях и после следующих 2-2,5 лет хранения.На двух специально отобранных наборах FCC были проведены расширенные долгосрочные эксперименты по моделированию среды на ГСО (космический эквивалент 15 лет), которые включали одновременное воздействие всех трех факторов окружающей среды ГСО, то есть протонов, электронов и УФ-излучения. Эти наборы включали первичные и обработанные IB / SSR FCC, с открытыми как передняя, так и задняя поверхности FCC. Было продемонстрировано, что поверхностная проводимость, полученная на изоляционных космических полимерных пленках, практически нечувствительна к космическому излучению за 15 лет работы в GEO. Также было показано, что долговременное влияние излучения GEO на теплооптические характеристики обеих сторон ГЦК существенно не различается для исходных и обработанных ионным пучком образцов. Новий процес обробки поверхні іонно-променевою поверхнею з одночасним оновленням поверхні (IB / SSR), що забезпечує дисипативні властивості заряду оброблених поверхонь, був розроблений в ITL і успішно використаний для обробки обох сторін різної форми та розміру плоских провідних кабелів використовуються для різних застосувань в аерокосмічній, космічній та комерційній програмах. Результати вимірювань поверхневого опору (SR) на лицьовій стороні FCC, що використовуються як взаємозв'язки в масивах сонячних панелей на супутниках на геостаціонарній орбіті (GEO), складали в середньому близько 10 МОм / кв. Для коротких блоків FCC та близько 8 МОм / кв. Для довгих блоків. Значення SR для тильних сторін у середньому становили близько 18 МОм / кв. Для коротких і довгих FCC. Ці значення залишались незмінними протягом ~ 1 місяця зберігання оброблених FCC у лабораторних умовах та після наступного 2-2,5 року зберігання.Розширені довготермінові експерименти з моделювання навколишнього середовища GEO (15-річний космічний еквівалент), які передбачали одночасний вплив усіх трьох факторів середовища GEO, тобто протонів, електронів та УФ, були проведені на двох спеціально підібраних наборах FCC. Ці набори включали незаймані та оброблені IB / SSR FCC, причому як передня, так і задня поверхня FCC були виставлені. Було продемонстровано, що поверхнева провідність, отримана на ізолюючих космічних полімерних плівках, майже не чутлива до космічного випромінювання протягом 15 років у ГЕО. Було також показано, що довгостроковий вплив ГЕО-випромінювання на теплооптичні характеристики обох сторін ФКК суттєво не відрізняється для зразків, що обробляються первинними та обробленими іонним пучком