The Space Enviroment and Its Effects on Materials and Component Parts

8/3/2019 The Space Enviroment and Its Effects on Materials and Component Parts

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2 4 I R E TRANSACTIoNS ON RELIABILITY AND QUALITY CONTROL A u g u s t

T h e S p a c e E n v i r o n m e n t a n d I t s E f f e c t s o n M a t e r i a l s a n d C o m p o n e n t P a r t s *S . N . L E H R t , S e n i o r Member, IRE a n d V . J . T R O N O L O N E t

Summary-The b e s t a v a i l a b l e p r e l i m i n a r y i n - s p a c e v e h i c l e i s d e c i d e d o n t h e b a s i s o f t h e r e l a -f o r m a t i o n h a s b e e n g a t h e r e d o n w h a t m a t e r i a l s can t i v e i m p o r t a n c e o f e a c h p i e c e o f e q u i p m e n t i nb e u s e d s u c c e s s f u l l y a n d how t h e s e m a t e r i a l s r e - t e r m s o f p r o g r a m o b j e c t i v e s . A t t h e same t i m e ,a c t i n v a r i o u s s p a c e e n v i r o n m e n t s . S u c h i n f o r m a - i t i s i m p o r t a n t t h a t r e l i a b i l i t y o b j e c t i v e s r e c e i v et i o n i s n e c e s s a r y a s a g u i d e t o s p a c e v e h i c l e d e - a p r i o r i t y i n e q u i p m e n t d e s i g n b e c a u s e o f t h es i g n e n g i n e e r s . g r e a t e x p e n d i t u r e o f t i m e , e f f o r t , a n d r e s o u r c e sI n a d d i t i o n t o t he f a c t or s p r e s e n t e d h e r e , s u c h i n v o l v e d i n a n y s p a c e p r o g r a m . To a c h i e v e t h ei te m s m u s t b e c o n s i d e r e d a s : t h e e x a c t n a t u r e o f l o w e s t p o s s i b l e f a i l u r e r a t e a n d t h e g r e a t e s t i n -t h e m i s s i l e o f a s p a c e v e h i c l e , t h e t y p e o f o r b i t , h e r e n t r e l i a b i l i t y , m a t e r i a l s a n d e l e c t r o n i c p a r t st he l e n g t h o f t i m e t h e v e h i c l e i s e x p e c t e d t o f u n c - m u s t b e s e l e c t e d w i t h u t m o s t c a r e .t i o n , t he r e l i a b i l i t y o b j e c t i v e , a n d s i m i l a r g o a l s , A l t h o u g h d a t a a r e r a p i d l y a c c u m u l a t i n g o n t h ea l t h o u g h r e g a r d l e s s o f t he m i s s i o n , c e r t a i n g e n e r a l n a t u r e a n d e f f e c t s o f s p a c e e n v i r o n m e n t , o n ma-e f f e c t s o f t h e s p a c e e n v i r o n m e n t p r e s e n t p r o b l e m s t e r i a l s a n d e l e c t r o n i c p a r t s , a n d o n t e c h n i q u e sw h i c h m u s t b e m e t i n t he d e s i g n i t s e l f . D a t a h a v e s u i t a b l e f o r s p a c e e q u i p m e n t d e s i g n , much r e -b e e n g a t h e r e d o n t h e s e g e n e r a l e f f e c t s , w h i c h i n - m a i n s t o b e l e a r n e d . M a j o r work c u r r e n t l y i nc l u d e h i g h v a c u u m , m a g n e t i c f i e l d s , g r a v i t a t i o n a l p r o g r e s s w i l l u n d o u b t e d l y r e s u l t i n t h e a d d i t i o nf i e l d s , m i c r o m e t e o r i t e s , c o s m i c r a y s , n e u t r o n s , o f s p e c i f i c i n f o r m a t i o n w h i c h c a n b e u s e d s u c c e s s -t r a p p e d c h a r g e d p a r t i c l e s , a n d e l e c t r o m a g n e t i c f u l l y b y t h e d e s i g n e n g i n e e r s f o r f u t u r e s p a c e a p -r a d i a t i o n , i n c l u d i n g u l t r a v i o l e t l i g h t , X r a y s , a n d p l i c a t i o n s .gamma r a y s . T h i s i n f o r m a t i o n i s s u m m a r i z e d i nT a b l e 1 . THE SPACE ENVIRONMENT

INTRODUCTION T h e s p a c e e n v i r o n m e n t i s d ef i ne d a s t h e c h a r -a c t e r i s t i c s o f s p a c e o u t s i d e t h e e a r t h ' s atmos-S e l e c t i o n o f m a t e r i a l s a n d e l e c t r o n i c p a r t s f o r p h e r e , o r t h a t r e g i o n b e y o n d 1 0 0 m i l e s a b o v e t h es p a c e a p p l i c a t i o n s r e q u i r e s a k n o w l e d g e o f b o t h e a r t h . The e n v i r o n m e n t i n c l u d e s :t h e known a n d t h e c a l c u l a t e d o r e s t i m a t e d c h a r a c - 1 ) H i g h vacuumt e r i s t i c s o f s p a c e e n v i r o n m e n t . B o t h t y p e s o f i n - 2 ) M a g n e t i c f i e l d sf o r m a t i o n a r e p r e s e n t e d i n t h i s d o c u m e n t , d e r i v e d 3 ) G r a v i t a t i o n a l f i e l d sf r o m e x p e r i e n c e a n d l i t e r a t u r e s u r v e y s . 4 ) M i c r o m e t e o r i t e sS i n c e d e s i g n r e q u i r e m e n t s a r e b a s e d u p o n s p e - 5 ) Cosmic r a y sc i f i c m i s s i o n o b j e c t i v e s , t h e c a p a b i l i t i e s o f t h e 6 ) E l e c t r o m a g n e t i c r a d i a t i o nl a u n c h i n g v e h i c l e , a n d c a p a b i l i t i e s o f r e l a t e d f a - a ) U l t r a v i o l e t r a y sc i l i t i e s , i n f o r m a t i o n o n e n v i r o n m e n t must b e c o n - b ) X r a y ss i d e r e d i n t h e l i g h t o f i t s r e l a t i o n s h i p t o c o n s i d e r - c ) Gam m a r a y sa t i o n s o f t h e v e h i c l e ' s s i z e , w e i g h t , r e l i a b i l i t y , 7 ) N e u t r o n s

p e r f o r m a n c e a n d m i s s i o n . For e x a m p l e , s p a c e 8 ) Charged e l e c t r o n a n d p r o t o n p a r t i c l e s .v e h i c l e d e s i g n i s l i m i t e d b y t h e c a p a b i l i t i e s o f t h e A l i t e r a t u r e s e a r c h i n d i c a t e s t h a t m a ny e x p e r i -l a u n c h i n g v e h i c l e ; t h e r e f o r e t h e r e q u i r e m e n t s o f m e n t e r s h a v e g a t h e r e d d a t a o n t h i s e n v i r o n m e n tl i g h t w e i g h t a n d mi n i mum s i z e become p a r a m o u n t . f o r ma n y y e a r s . The f o l l o w i n g summarizes someA l s o , a l l o t m e n t o f s p a c e a n d w e i g h t w i t h i n t h e o f t h e s e d a t a .* T h i s p a p e r was p r e s e n t e d a t t h e J o i n t R e l i a b i l i t y Semi- High Vacuumn a r , L o s A n g e l e s S e c t i o n , I R E , u n d e r t h e s p o n s o r s h i p o ft h e PGRQC, PGCP, AND PGED, L o s A n g e l e s , C a l i f . , D e - The p r e s s u r e a t d i f f e r e n t a l t i t u d e s i s c a l c u -c e m b e r 5 , 1 9 6 0 . l a t e d from d e n s i t y m e a s u r e m e n t s , assuming t h a tt S p a c e T e c h n o l o g y L a b s . , L o s A n g e l e s , C a l i f . t h e p e r f e c t g a s l a w h o l d s . Data from r o c k e t


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1 9 6 1 L E H R A N D TRONOLONE: SPACE E N V I R O N M E N T ; E F F E C T S ON M A T E R I A L S AND PARTS 2 5TAB L E I

E n v i r o n m e n t E f f e c t s D e s i g n F a c t o r sT e m p e r a t u r e T h e r m a l e n e r g y w i t h i n v e h i c l e p r o d u c e d b y D e s i g n f o r t e m p e r a t u r e c o n t r o l b y means o fs o l a r r a d i a t i o n , e a r t h s h i n e , e a r t h r a d i a t i o n , a b s o r p t i v e a n d r e f l e c t i v e s u r f a c e d ( c e r a t i o )a n d i n t e r n a l h e a t i n g . No c o n v e c t i o n h e a t i n g w i t h h e a t c o n t r o l s e r v o c i r c u i t s . I s o l a t e i n t e r -

o u t s i d e e a r t h a t m o s p h e r e . n a l e q u i p m e n t t h e r m a l l y f o r t e m p e r a t u r e s b e -t w e e n 0 ' a n d 6 0 ' C d e p e n d i n g o n r e q u i r e m e n t s .For h e a t t r a n s f e r , u s e r a d i a t i o n a n d c o n d u c t i o nh e a t s i n k s . S p i n s p a c e v e h i c l e t o e l i m i n a t et e m p e r a t u r e g r a d i e n t s a r o u n d s u r f a c eV i b r a t i o n U n i m p o r t a n t i n s p a c e ( e x c e p t f o r l a u n c h A n y v i b r a t i o n , a c c e l e r a t i o n , or s h o c k l e v e l s i ne n v i r o n m e n t ) . No a c o u s t i c , f r i c t i o n a l , o r s p a c e w h i c h may o c c u r w o u l d b e v e r y s m a l lc o m b u s t i o n v i b r a t i o n p r o b l e m s e x c e p t f o r c o m p a r e d w i t h t h o s e d u r i n g t h e b o o s t p h a s e .s p e c i a l a p p l i c a t i o n s . T h e e q u i p m e n t must b e d e s i g n e d t o w i t h s t a n dt h e l e v e l s d u r i n g b o o s t , a n d t h e r e f o r e t h e l o w e rA c c e l e r a t i o n U n i m p o r t a n t i n s p a c e e x c e p t f o r s p e c i a l l e v e l s e n c o u n t e r e d i n s p a c e s h o u l d p o s e n oa p p l i c a t i o n s . p r o b l e m s .S h o c k U n i m p o r t a n t i n s p a c e e x c e p t f o r m e t e o r i t ea n d m i c r o m e t e o r i t e i m p a c t s .H i g h Vacuum S u b l i m a t i o n a n d e v a p o r a t i o n o f m a t e r i a l s U s e m a t e r i a l s w i t h l o w s u b l i m a t i o n r a t e s . A l -o c c u r i n h i g h v a c u u m . l o w s u f f i c i e n t t h i c k n e s s f o r s u b l i m a t i o n an de v a p o r a t i o n o v e r e x p e c t e d o p e r a t i n g l i f e .

C h e m i c a l a t m o s p h e r e p r o d u c e d b y o u t g a s - S e l e c t m a t e r i a l w i t h c a r e t o a v o i d h a z a r d o u ss i n g a n d s u b l i m a t i o n may h a v e c o r r o s i v e , c o n d i t i o n s .p l a t i n g , o r c h e m i c a l e f f e c t s .E l e c t r i c a l a r c - o v e r o r c o r o n a d i s c h a r g e . P r o v i d e a d e q u a t e i n s u l a t i o n m a t e r i a l a n d i n s u -l a t i o n p a t h s .

M a g n e t i c f i e l d s No e f f e c t s e x c e p t f o r f i n e i n s t r u m e n t a t i o n . A v o i d u s e o f i n s t r u m e n t s n o t s h i e l d e d a g a i n s tv a r i a t i o n s o u t s i d e e a r t h ' s m a g n e t i c f i e l d s .G r a v i t a t i o n a l f i e l d s No e f f e c t o n m a t e r i a l s o r p a r t s . N o n e f o r m a t e r i a l s o r p a r t s . For mannedv e h i c l e s , p h y s i o l o g i c a l c o n s i d e r a t i o n s a r e i n -v o l v e d .M e t e o r i t e s a n d m i c r o m e t e o r i t e s C o l l i s i o n s w i t h p a r t i c l e s o f v a r y i n g s i z e s S t a t i s t i c a l l y c a l c u l a t e d r i s k i s i n v o l v e d . Us eo c c u r . p r e r o u g h e n e d s u r f a c e s o r o x i d e f i n i s h e s t om i n i m i z e c h a n g e s i n a / c r a t i o . Us e s u f f i c i e n to u t e r s k i n t h i c k n e s s o r s e c o n d a r y o u t e r s h e l lt o p r o v i d e p r o t e c t i o n a g a i n s t s m a l l p a r t i c l e s .U l t r a v i o l e t l i g h t I n c r e a s e s s u b l i m a t i o n r a t e s i n h i g h vacuum M i n i m i z e s u b l i m a t i o n b y s e l e c t i o n o f m a t e r i a l sa n d b y p r o v i d i n g s u f f i c i e n t m a t e r i a l t h i c k n e s sa l l o w a n c e s .X r a y s a n d gamma r a y s I o n i z a t i o n o f m a t e r i a l o c c u r s , p o s s i b l y I n t e n s i t y o f p r i m a r y r a d i a t i o n i s n e g l i g i b l e b u tc a u s i n g a t o m i c d i s p l a c e m e n t s w h i c h p r o - s h i e l d i n g w i t h h e a v y m a t e r i a l may b e c o n -d u c e c h a n g e s i n m a t e r i a l c h a r a c t e r i s t i c s o r s i d e r e d f o r s e c o n d a r y i o n i z i n g r a d i a t i o nc o m p o s i t i o n . e f f e c t s .N e u t r o n s I n t e n s i t y t o o l o w t o r e q u i r e c o n s i d e r a t i o n o f No s p e c i a l p r e c a u t i o n s n e c e s s a r y b e c a u s e o fa t o m i c d i s p l a c e m e n t e f f e c t s . l o w i n t e n s i t y .T r a p p e d e l e c t r o n s I o n i z i n g r a d i a t i o n o c c u r s p r i m a r i l y i n Va n P r o t e c t i o n r e q u i r e d f o r e x t e r n a l l y m o u n t e dA l l e n b e l t s , p o s s i b l y c a u s i n g a t o m i c e q u i p m e n t s u c h a s s o l a r c e l l s . S p a c e v e h i c l ed i s p l a c e m e n t s w h i c h p r o d u c e c h a n g e s i n s h e l l n o r m a l l y p r o v i d e s p r o t e c t i o n f o r i n t e r n a lm a t e r i a l c h a r a c t e r i s t i c s o r c o m p o s i t i o n . e q u i p m e n t .T r a p p e d p r o t o n s I o n i z i n g r a d i a t i o n o c c u r s p r i m a r i l y i n Va n For l o w - e n e r g y p r o t o n s i n o u t e r Va n A l l e nA l l e n b e l t s , p o s s i b l y c a u s i n g a t o m i c d i s - b e l t s , p r o t e c t i o n r e q u i r e m e n t s a r e s i m i l a r t op l a c e m e n t s w h i c h p r o d u c e c h a n g e s i n m a t e - t h o s e f o r t r a p p e d e l e c t r o n s . F o r h i g h - e n e r g yr i a l c h a r a c t e r i s t i c s o r c o m p o s i t i o n . p r o t o n s i n i n n e r Va n A l l e n b e l t s , t h e r e i s n oknown a d e q u a t e p r o t e c t i o n . .B i o l o g i c a l o r g a n i s m s C o n t a m i n a t i o n o f s p a c e e n v i r o n m e n t . S t e r i l i z a t i o n o f v e h i c l e a n d c o n t e n t s n o w r e -q u i r e d b y i n t e r n a t i o n a l a g r e e m e n t t o p r e v e n tp o s s i b l e b i o l o g i c a l c o n t a m i n a t i o n o f l u n a r o rp l a n e t a r y e n v i r o n m e n t .


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2 6 IRE TRANSACTIONS ON RELIABILITY AND QUA LIT Y CONTROL A u g u s tf l i g h t s u p t o 7 0 0 km ( 4 2 5 m i l e s ) h a v e b e e n r e d u c e d R e s u l t s o f E x p l o r e r V I a n d P i o n e e r V e x p e r i -a n d s e v e r a l m o d e l s h a v e b e e n assumed from t h e ments v e r i f y t h a t a r e g i o n o f i o n i z e d p a r t i c l e sa v e r a g e m o l e c u l a r w e i g h t o f t h e a t m o s p h e r e . Be- e x i s t s a t an a l t i t u d e o f 5 t o 7 e a r t h r a d i i a n d t h a tc a u s e o f t h e i n a b i l i t y t o measure p r e s s u r e s i n t h e a n o t h e r d i s t u r b e d r e g i o n o f t h e m a g n e t i c f i e l dr a n g e o f i n t e r e s t , d i r e c t measurements are n o t e x i s t s a t 1 0 t o 1 4 e a r t h r a d i i .p o s s i b l e . R e a d i n g s i n t h e 5 t o 7 e a r t h r a d i i area v a r i e dT h e r e h a v e b e e n a number o f c a l c u l a t i o n s o f t h e from 1 5 0 t o 1 0 m i c r o g a u s s . I n t h e 1 0 t o 1 4 e a r t ha m b i e n t p r e s s u r e s a t v a r i o u s a l t i t u d e s ( F i g . 1 ) . r a d i i a r e a , t h e m a g n e t i c f i e l d i s i r r e g u l a r d u e t or e a c t i o n s b e t w e e n t h e e a r t h ' s m a g n e t i c f i e l d a n do - ^ t h e s o l a r w i n d s . Beyond t h i s d i s t a n c e , t h e r e i se v i d e n c e o f a m a g n e t i c f i e l d g r e a t e r t h a n 1 0

1 o 5 m i c r o g a u s s [ 8 ]6 _ _ l _ G r a v i t a t i o n a l F i e l d7__ \ \ .The a c c e l e r a t i o n o f g r a v i t y d u e t o t he e a r t h' sAI 10 X g r a v i t a t i o n a l f i e l d i s g i v e n b y

\ A R D C 1 9 5 6 where g 0 i s t h e a c c e l e r a t i o n o f g r a v i t y a t a d i s -o ~ ~ t l - - -~~~ | 1 0 0 t a n l c e r 0 from t h e c e n t e r o f t h e e a r t h , a n d Z i s t h e0 Z 0 0 4 0 0 6 0 8 0 0 1 0 0 a l t i t u d e a b o v e r . A t t h e s u r f a c e o f t h e e a r t h r 0V)8ATTD(TTTMLS

A L T I T U D E R ( S A T U T E : n M I L E S ) d = 6 , 3 5 7 , 0 0 0 meters ( 3 9 5 1 m i l e s ) , a n d g r = 9 . 8 0 7F i g . 1 . P r e s s u r e v s a l t i t u d e ( f o r s e v e r a l m e t e r s / s e c 2 ( 3 2 . 1 7 f t /s ec 2 ) a t 4 5 N l a t i t u d e [ 1 ] .a t m o s p h e r i c m o d e l s ) . M i c r o m e t e o r i t e sTh e A R D C 19A56odel a t m o s p h e r e e s t i m a t e s d a t au p t o 3 0 0 m i l e s [ 1 1 . S i c i n s k i a r t d i s a s s o c i a t e s C l o u d s o f p a r t i c l e s o r m i c r o m e t e o r i t e s a p -h a v e made f u r t h e r c a l c u l a t i o n s . Two p o s s i b l e p r e c i a b l y l a r g e r t h a n m o l e c u l a r s i z e e x i s t i n t h em o d e l s o f t h e u p p e r a t m o s p h e r e h a v e r e s u l t e d o u t e r s p a c e . They a r e presumably t h e d e b r i sfrom s t u d i e s p u b l i s h e d b y t h e R A N D C o r p o r a t i o n from o t h e r b o d i e s i n t h e s o l a r s y s t e m a n d f o r t h ei n 1 9 5 8 [ = 3 ] . most p a r t a r e v e r y s m a l l . These p a r t i c l e s a r eT h e l a t e s t a n d p r o b a b l y t h e most a u t h o r i t a t i v e o b s e r v e d b y r e f l e c t e d l i g h t i n t h e o u t e r s o l a rmodel o f t h e a t m o s p h e r e i s t h e r e s u l t o f ARDC c o r o n a and from z o d i a c a l l i g h t i n t h e r e g i o n o f t h e1 9 5 9 s t u d i e s [ 4 ] T h i s l a t e s t m o d e l g i v e s d e n s i t i e s e a r t h , a n d t h e o b s e r v a t i o n s i n d i c a t e t h a t t h e y a r e2 0 t i m e s h i g h e r t h a n t h e 1 9 5 6 model a t 6 0 0 k m a n d g e n e r a l l y l a r g e r t h a n o n e m i c r o n a n d i n t h e r e g i o no n l y h a l f t h a t o f t h e 1 9 5 6 model a t 1 2 0 k m . T h e o f t h e e a r t h ' s o r b i t ma y b e l a r g e r t h a ne x i s .d a t a a r e e x t r a p o l a t e d b e y o n d 7 0 0 k m ( 4 2 5 m i l e s ) . T h e v e l o c i t y o f t h e s e p a r t i c l e s r e l a t i v e t o t h eI f r e e s p a c e , remote f r o m t h e s o l a r s y s t e m , t h e e a r t h v a r i e s from 1 1 t o 7 3 km/sec a n d t he a v e r -p r e s s u r e ma y b e a s l o w a s 1 0 - 1 6 mm o f m e r c u r y , a g e d e n s i t y i s a p p r o x i m a t e l y 3 . 4 g / c m 3 [ 9 ] , a l -w h i c h c o r r e s p o n d s t o o n e h y d r o g e n atom/cm3 o f t h o u g h s e v e r a l e x p e r i m e n t e r s b e l i e v e t h a t a d u s ts p a c e . b a l l s " ma y h a v e d e n s i t i e s a s l o w a s 0 . 0 5g / c m 3 [ 9 ] - [ 1 2 ] .M a g n e t i c F i e l d s T h e b e s t f i t t o t h e d a t a o b t a i n e d i n d i c a t e s t h ef o l l o w i n g p a r t i c l e f l u x , w h i c h i s p l o t t e d o n F i g . 2 .T h e m axim u m h o r i z o n t a l c o m p o n e n t o f t h ee a r t h ' s m a l e t i c f i e l d i s 0 . 3 g a u s s a t t h e m a g n e t i c N = number o f p a r t i c l e s l a r g e r t h a n R/cm2sece q u a t o r [ 5 ] , [ L 6 ] . T h e o r e t i c a l l y , t h i s f i e l d v a r i e si n v e r s e l y a s t h e c u b e o f t h e d i s t a n c e from t h e c e n - = e x p o n e n t [ - i o f ( s 4 l+iot e r o f t h e e a r t h . T h i s i s t r u e u p t o a n a l t i t u d e o f Larie+o g R]a b o u t 3 0 0 , 0 0 0 f e e t ( 6 0 m i l e s ) . ) Above 3 0 0 , 0 0 0 f e e ta s h a r p d e c r e a s e i s n o t e d [6a , [ 7 ] i n t h e measured where R - p a r t i c l e r a d i u s i n c e n t i m e t e r s .f i e l d i n t e n s i t y , w h i c h i s a s s o c i a t e d w i t h t h e p r e s - Ma yo 1 3 e ] c a l c u l a t e d t h e h o u r s b e t w e e n h i t s o ne n c e o f i o n i z e d p a r t i c l e s , a 3 - i n - d i a m e t e r v e h i c l e v s m e t e o r i t e d i a m e t e r .


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1 9 6 1 L E H R A N D TRONOLONE: SPACE ENVIRONMENT; E F F E C T S ON M AT ER IA LS A N D PARTS 2 7T A B L E l lRELATIVE PERCENTAGE OF COSMICFLUX CONSTITUENTS1 0 \_

2 0 -- - ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ R e l a t i vumberD : f f X X L X P a r t i c l e P e r c e n t a g e l o t N c e o n s_ _ _ _ _ _ - -___ ___ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ P r o t o n s 8 0 0 . 4 6 5 0A l p h a 1 9 0 . 4 4 1 9___ ___ L i , B e , B N e g l i g i b l e N e g l i g i b l eC , N , 0 0 . 6 6 0 . 0 5 3 5N a , M g , A l , S i 0 . 1 2 0 . 0 1 8 6I , 5 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ , A ,a. 0 4 0 . 0 0 8 1F e 0 . 0 2 0 . 0 0 6 3

1 1 1 - z IO I -FAl.2) la -I1 0 - S 10 n - ,- 1030F i g . 2 . I n t e g r a t e d f l u x d e n s i t y (number o f p a r ti c l es Z - ----- .l a r g e r t h a n i n d i c a t e d s i z e / c m 2 / s e c . 0 P e 6

t i J O 1 . 0 1 . 5 . 2 I) 2 . s 3 . 0 3 . 5H ALTITUDNF 1 N EARTH RADIIX 1 n e l \ F i g . 4 . M ax i m u m i o n i z a t i o n i n 2 4 h o u r s a t s e v e r a l

g e o m a g n e t i c l a t i t u d e s .o 0~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~0

X \ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ D a t an e x t e n s i v e e x p e r i m e n t s c o v e r i n g t h eo l o 2 p e r f o r m a n c e o f complex e l e c t r o n i c e q u i p m e n t a to I \ h i g h a l t i t u d e s a r e a l r e a d y a v a i l a b l e [4]h [ 1 6 ] - [ 1 8 ]X t o o~~~~~~ \ ~~In n o c a s e h a s e q u i p m e n t f a i l u r e b e e n c o m p e t e n t l yO \ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ a t t r i b u t e dt o e f f ec ts o f c o s m i c r a d i a t i o n .11

M E T ' F . O R [ r E i I J ! ' A M E r E R ( I N C H s E S ) U l tr a v i o le t L i g ht a n d X R a y s : T h e t o t a l r a d i a -t i o n from t h e s u n i n t h e s e v e r a l - t h o u s a n d - m i l eF i g . 3 . F r e q u e n c y o f h i t s b y m e t e o r i t e s o f v a r i o u s r a n g e a b o v e t h e e a r t h i s 7 . 3 8 B t u / f t 2 - m i n [ i ] , [ 1 9 ] , *d i a m e t e r s o n a 3 - i n - d i a m e t e r v e h i c l e . T h i s e n e r g y c o u l d b e d i v i d e d i n t o f o u r r a n g e s o fr a d i a t i o n , e a c h w i t h t h e f o l l o w i n g p e r c e n t a g e o f t h eT h e s e d a t a a r e p r e s e n t e d i n F i g . 3 . t o t a l e n e r g y :Cosmic R a y s I n f r a r e d 7 0 0 0 A a n d i u p 5 1 . 0 p e r c e n tV i s i b l e 3 8 0 0 A t o 7 0 0 0 A 4 1 . 0 p e r c e n tT he p ri ma ry c o s m i c f l u x c o n s i s t s o f p a r t i c l e s t ew h o s e e n e r g y r a n g e s f r o m a f e w Mev upwards o f Near u l t r a v i o l e t 2 0 0 0 A t o 3 8 0 0 A 7 . 5 p e r c e n t1 0 9 B e v . E x c l u d e d from t h i s c a t e g o r y a r e t h e r m a l , Far u l t r a v i o l e t 1 A t o 2 0 0 0 A 0 . 2 p e r c e n tX - r a y , a n d o p t i c a l r a d i a t i o n s . The r e l a t i v e p e r - L 8c e n t a g e o f c o s m i c f l u l x c o n s t i t u e n t s i s g i v e n i n ( A = a n g s t r o m u n i t s - 1 0 - 8 c m ) .T a b l e 1 1 [ E 1 4 ] - [ N 1 7 ] E .T h e maximum p a r t i c l e i n t e n s i t y i s a b o u t t w o The t o t a l e n e r g y i n t h e u l t r a v i o l e t r e g i o n i sp a r t i c l e s c m 2 s e e c , a n d i s a f u n c t i o n o f t h e geomag- a b o u t 0 . 5 B t u / f t 2 - m h i n sThe e n e r g y i n t h e X-rayn e t i c l a t i t u d e [ 1 4r r e g i o n ( o 1 A t o l 0 0 A) i s n e g l i g i b l e .T h e maximum i o n i z a t i o n i n a n y m a t er i a l d u e t o Gam m a R a y s : O b s e r v a t i o n s o f c o s m i c r a yc o s m i c r a y s i s o n e m i l l i r o e n t g e n p e r h o u r . F i g 4 f l u c t u a t i o n s a s s o c i a t e d w i t h s o l a r f l a r e s accom-p l o t s t h e maximum i o n i z a t i o n i n 2 4 h o u r s a s a p a n i e d b y i n t e n s e g e o m a g n e t i c s t o r m s i n d i c a t ef u n c t i o n o f a l t i t u d e a n d g e o m a g n e t i c l a t i t u d e [ 1 4 ] . t h a t i n t e n s e p u l s e s o f gamma r a y s a r e i n j e c t e d


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2 8 IRE TRANSACTIONS ON RELIABILITY A N D QUALITY CONTROL A u g u s ti n t o s p a c e [ 2 0 ] . T h e s e p u l s e s a r e d i f f i c u l t t o d e - 1 6t e c t d u e t o t h e s h i e l d i n g e f f e c t s o f t h e a t m o s p h e r e .T h e r e i s n o e v i d e n c e t h a t t h e s e e v e n t s o c c u ro f t e n e n o u g h t o b e s i g n i f i c a n t , a n d i t c o u l d b e a s -sumed t h a t t h e gamma-ray c o n t r i b u t i o n t o r a d i a t i o n R -i n t e n s i t y i s n e g l i g i b l e . T h e y w o u l d b e s i g n i f i c a n t 8i n c o m m u n i c a t i o n , h o w e v e r , b e c a u s e o f t h e b u r s t s ,4o f r a d i o n o i s e . 4 7N e u t r o n s 7 r ( 0 X i , 0 ( 0 ? 2 , 5 0 OD ) I ' T A N C ; E FROM I ' J I E ' . FURFACE O E ' THE E A R T r H - j ( k i n )A p p a r e n t l y t h e r e a r e n o n e u t r o n s i n t h e p r i m a r yc o s m i c f l u x [ 1 7 ] . T h i s i s c o n s i s t e n t w i t h t h e 1 2 - F i g . 5 . I o n i z a t i o n r a d i a t i o n m e a s u r e m e n t o f t h em i n u t e h a l f - l i f e o f t he n e u t r o n . Any n e u t r o n s r a d i a t i o n z o n e .e m i t t e d b y a s o u r c e w o u l d h a v e a d e q u a t e t i m e t od e c a y t o a p r o t o n a n d e l e c t r o n b e f o r e r e a c h i n g t h ee a r t h ' s f i e l d . The n e u t r o n s p r e s e n t i n t h e v i c i n i t yu n d e r c o n s i d e r a t i o n a r e d u e t o t h e u p w a r d m o v i n g 0 2( a l b e d o ) c o m p o n e n t s o f t h e n e u t r o n s f o r m e d b y r e - Ma c t i o n s o f p r i m a r y c o s m i c r a d i a t i o n w i t h t h e u p p e r u . f _a t m o s p h e r e . ZThe c o s m i c r a d i a t i o n i n t e n s i t y i s r o u g h l y t w op a r t i c l e s / c m 2 s e c . T h e i n t e n s i t y o f a l b e d o neu- 0 , 4t r o n s p r o b a b l y d o e s n o t e x c e e d t h i s q u a n t i t y b e - ,c a u s e t h e c r o s s s e c t i o n o f t h e cosmic p a r t i c l e - 2 2 6 Z 8 3 0n e u t r o n r e a c t i o n i s n o t h i g h [ 2 1 ] . The a l b e d o D E G R I E E S N O R ' r T l L A T I 1 ' I J D En e u t r o n f l u x w i l l d e c r e a s e i n v e r s e l y a s t h e s q u a r eo f t h e d i s t a n c e a b o v e t h e a t m o s p h e r e . I t i s s a f e t o F i g . 6 . V a r i a t i o n o f r a d i a t i o n w i t h l a t i t u d e .assume t h a t t h e n e u t r o n f l u x a b o v e t h e a t m o s p h e r ew o u l d n o t e x c e e d o n e n e u t r o n / c m 2 s e c . S i n c e t h e n o t b e e x a c t , t h e g e n e r a l t e n d e n c y o f d e c r e a s e i nt h r e s h o l d o f n e u t r o n d a m a g e t o a n y m a t e r i a l o r i o n i z a t i o n w i t h i n c r e a s i n g l a t i t u d e i s s t i l l e x -c o m p o n e n t i s a t l e a s t 1 0 1 1 NVT ( t o t a l i n t e g r a t e d p e c t e d .n e u t r o n f l u x ) , e v e n a f t e r y e a r s o f e x p o s u r e t o t h i s P i o n e e r s ma n d I V g a v e t h e f i r s t i n d i c a t i o nl e v e l ( 3 . 5 x 1 0 7 NVT e a c h y e a r ) , t h e t o t a l i n t e - t h a t t w o o r more i o n i z e d r e g i o n s e x i s t . P i o n e e rg r a t e d f l u x d u e t o t h e a l b e d o n e u t r o n i n a n y e q u i p - I V s h o w e d a l a r g e i n c r e a s e i n r a d i a t i o n i n t h ement s h o u l d b e i n s i g n i f i c a n t . o u t e r z o n e o v e r t h e v a l u e s measured b y P i o n e e rI I I w i t h o u t a c o r r e s p o n d i n g i n c r e a s e i n t h e i n n e rC h a r g e d P a r t i c l e s - E l e c t r o n s a n d P r o t o n s z o n e [ 2 8 ] , [ 2 9 ] . T h i s s u g g e s t e d t h e p o s s i b i l i t y o fa d i f f e r e n t o r i g i n o f t h e p a r t i c l e s i n t h e t w o z o n e s .T h e f i r s t e x p e r i m e n t a l e v i d e n c e o f t r a p p e d The o r b i t o f E x p l o r e r V I p r o v i d e d e x c e l l e n tr a d i a t i o n a r o u n d t h e e a r t h r e s u l t e d from t h e e x - o p p o r t u n i t y f o r o b s e r v i n g t h e c h a n g e s i n t h e t w op e r i m e n t o f Van A l l e n a n d h i s a s s o c i a t e s o n E x - r e g i o n s o v e r a p e r i o d o f t i m e . The d a t a c o n -p l o r e r L A d d i t i o n a l d a t a were r e c e i v e d f r o m f i r m e d t h e r e l a t i v e s t a b i l i t y o f t h e i n n e r z o n e a n dE x p l o r e r s M, I V , a n d VI a n d P i o n e e r s I , I I , I I I , t h e l a r g e t i m e v a r i a t i o n o f t h e o u t e r z o n e [ 2 8 ] .a n d I V [ 2 2 ] - [ 2 8 ] . P i o n e e r I t r a v e r s e d t h e r a d i a - F i g . 7 p l o t s E x p l o r e r V I i s o i n t e n s i t y c o n t o u r s .t i o n z o n e r a d i a l l y , a n d t h e i o n i z a t i o n r a d i a t i o n Fro m t h e s e d a t a , i t i s r e a s o n a b l e t o d e d u c emeasured a s a f u n c t i o n o f d i s t a n c e a b o v e t h e s u r - t h a t t h e r e a r e t w o s o u r c e s f o r t h e t r a p p e d p a r -f a c e o f t h e e a r t h i s p l o t t e d i n F i g . 5 . T h i s c u r v e t i c l e s [ 3 0 ] , [ 3 1 ] . The i n n e r b e l t , c o n t a i n i n g l a r g e -i n d i c a t e s t h a t t h e l e v e l e x c e e d s t w o r o e n t g e n s p e r l y h i g h - e n e r g y p r o t o n s , p r o b a b l y r e s u l t s from t h eh o u r b e t w e e n 4 0 0 0 a n d 2 4 , 0 0 0 km a l t i t u d e a n d b e - d e c a y o f t h e a l b e d o n e u t r o n s , w h i l e t h e o u t e r b e l t ,t w e e n 3 0 N l a t i t u d e a n d 1 0 0 N l a t i t u d e . I t p e a k s a t c o n t a i n i n g l a r g e l y l o w - e n e r g y e l e c t r o n s , i s p r o b -a b o u t 1 0 r o e n t g e n s / h r a t 1 0 , 0 0 0 km a n d 2 0 N l a t i - a b l y o f s o l a r o r i g i n . T h i s w o u l d e x p l a i n t h e t i m et u d e . v a r i a n c e o f t h e o u t e r z o n e a s a f u n c t i o n o f s o l a rP i o n e e r J l i n d i c a t e d t h e v a r i a t i o n o f t h e f i e l d s t o r m s .w i t h l a t i t u d e a t a n a l t i t u d e o f 1 5 2 5 k m . T h i s i s S u m m a r i z i n g t h e d a t a r e p o r t e d b y Van A l l e n ,s h o w n i n F i g . 6 . R o s e n , a n d o t h e r s , a n a p p r o x i m n a t e p l o t o f e l e c -A l t h o u g h a t h i g h e r a l t i t u d e s t h i s c u r v e w o u l d t r o n i n t e n s i t y a b o v e 2 0 K e y c a n b e d e d u c e d f o r a n


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1 9 6 1 L E H R AN D TRONOLONE: SPACE ENVIRONMENT; E F F E C T S ON MATERIALS A N D PARTS 2 9I l ) N I A ( ' N J - 1CA X X ; S |(

E A R T H 45 0 0 k 1 0 0 k O k 1 0 0 0 1 0 0 t()01kIo

/~~~~~~~~~~~~~( C o n t a u r s i n a g t c a t ep a r t i c l e c o u n ti n t e n s i t y . ) u

4a1

F i g . 7 . E x p l o r e r V I i s o i n t e n s i t y c o n t o u r s . E n e r e s

I A Xi n ten r f r o mta e lU A I

8

T h e _ i n t e n s i t y _ a t _ t h e _ 2 0 - m e v _ $ h r e s h o l d _ i s _ e s t i m a t e d F i g . 9 . P r o t o n i n t e n s i t y a t t h e g e o m a g n e t i c e q u a t o r .0 1 0 k 20 kA L T I T U I C E : EI i ) r a d i a t i o n s o u r c e s c h a n g e w i t h d i s t a n c e f r o m t h eF i g . 8 . E l e c t r o n i n t e n s i t y a b o v e 2 0 Key ( e q u a t o r i a l o r b i t ) . e a r t h . For e x a m p l e , a f e w hundred mles a b o v et h e e a r t h t h e i n s t a n t a n e o u s power i n c i d e n t on a2 0 - i n c h s p h e r i c a l s a t e l l i t e i s a p p r o x i m a t e l y 6 7e q u a t o r i a l o r b i t ( F i g . 8 ) . c a l / s e c from d i r e c t s u n l i g h t , f r o m 0 t o 2 5 c a l / s e cAn a p p r o x i m a t e p l o t o f t h e p r o t o n i n t e n s i t y f o r f r o m e a r t h s h i n e , a n d o f t h e o r d e r o f 1 2 c a l / s e cs e v e r a l t h r e s h o l d e n e r g i e s i s p r e s e n t e d i n F i g . 9 . f r o m d i r e c t e a r t h r a d i a t i o n . C o n t r i b u t i o n s f r o mT h e i n t e n s i t y a t t h e 2 0 - m e vr i e s , da i e s t i m a t e d e a r t h s h i n e a n d f r o m d i r e c t e a r t h r a d i a t i o n f a l l o f ffrom t h e b e s t a v a i l a b l e d a t [ L 1 7 , L [ 2 0 ] , L 3 0 ] 3 1 ] . w i t h a l t i t u d e a b o v e t he e a r t h. For i n s t a n c e , t h ec o n t r i b u t i o n a t 4 0 0 0 m i l e s i s o n l y 2 0 p e r c e n t o ft h a t a t 2 0 0 m i l e s . T h e c o n t r i b u t i o n from d i r e c tEFFECTS OF THE SPACE ENVIRONMENT s o l a r r a d i a t i o n d o e s n o t c h a n g e s i g n i f i c a n t l y f o rON MATERIALS AND COMPONENT PARTS a n y e a r t h s a t e l l i t e e x c e p t f o r p e r i o d s o f e c l i p s eb y t h e e a r t h , b u t m a y c h a n g e d r a s t i c a l l y f o r s p a c eE f f e c t s O t h e r t h a n R a d i a t i o n p r o b e s w h o s e d i s t a n c e f r o m t h e sun may d i f f e r

a p p r e c i a b l y f r o m t h a t o f t he e a r t h .B e s i d e s r a d i a t i o n , s u c h f a c t o r s as t e m p e r a t u r e ' , Two t e c h n i q u e s f o r t h e r m a l c o n t r o l o f e l e c -h i g h v a c u u m , m i c r o m e t e o r i t e s , a n d g r a v i t a t i o n a l t r o n i c p a c k a g e s i n s p a c e v e h i c l e s are u s e d , p a s -a n d m a g n e t i c f i e l d s a f f e c t m i s s i l e a n d s p a c e s i v e t e m p e r a t i n l r e c o n t r o l a n d a c t i v e t e m p e r a t u r ev e h i c l e d e s i g n . c o n t r o l .T e m p e r a t u r e E f f e c t s a n d C o n t r o l : T e m p e r a - P a s s i v e t e m p e r a t u r e c o n t r o l r e l i e s on s e l e c -t u r e e f f e c t s i n s p a c e e n v i r o n m e n t are t h e r e s u l t o f t i o n o f a p a c k a g e s u r f a c e m a t e r i a l w i t h t h e p r o p e rt h e r m a l r a d i a t i o n from d i r e c t s u n l i g h t . , from sun- r a t i o o f s ol a r h e a t a b s o r p t i v i t y t o i n f r a r e d e m i s -


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3 0 IRE TRANSACTIONS ON RELIABILITY AND QUALITY CONTROL A u g u s tw i t h t h e s p a c e v e h i c l e s k i n , a n d h e a t t r a n s f e r from w h e r e G i s t h e r a t e o f l o s s p e r u n i t area o f e x -e l e c t r o n i c e q u i p m e n t , Over a p e r i o d o f t i m e , t h e p o s e d s u r f a c e , M i s t h e m o l e c u l a r w e i g h t o f t h es p a c e v e h i c l e s u r f a c e w i l l b e s u f f i c i e n t l y c h a n g e d m a t e r i a l , T i s i t s a b s o l u t e t e m p e r a t u r e , P i s i t sb y t h e e f f e c t s o f m i c r o m e t e o r i t e s p u t t e r i n g , u l t r a - v a p o r p r e s s u r e a t t e m r p e r t u r e T , a n d R i s t h ev i o l e t r a d i a t i o n , a n d p a r t i c l e r a d i a t i o n s o t h a t t h e u n i v e r s a l g a s c o n s t a n t L 3 5 ] ,a b s o r p t i v i t y - t o - e m i s s i v i t y r a t i o w i l l b e a l t e r e d By a p p l y i n g t h i s f o r m u l a t o e l e m e n t a l m e t a l s ,s i g n i f i c a n t l y , a n d must b e c o m p e n s a t e d f o r i n i t w i l l b e seen t h a t i n n o case i s t h e l o s s o f s t r u c -e q u i p m e n t d e s i g n . t u r a l s i g n i f i c a n c e e x c e p t a t h i g h l y e l e v a t e d tem-The s e c o n d t e c h n i q u e , a c t i v e t e m p e r a t u r e c o n - p e r a t u r e s ( w h i c h a r e n o t l i k e l y t o b e e n c o u n t e r e dt r o l , r e l i e s o n c o n t r o l l e d h e a t e r s o r t h e r m o e l e c - b y s p a c e c r a f t ) . H o w e v e r , some m e t a l s ( e . g . ,t r i c c o o l e r s t o m a i n t a i n t h e d e s i r e d t e m p e r a t u r e s . c a d m i u m , z i n c , a n d m a g n e s i u m ) s u b l i m e e n o u g hH e a t i s t r a n s f e r r e d from e l e c t r o n i c c o m p o n e n t s t o a t r e l a t i v e l y l o w t e m p e r a t u r e t o w a r r a n t a t t e n t i o nr a d i a t i n g s u r f a c es t h r o u gh p r e s e l e c t e d c o n d u c t i o n when u s e d f o r n o n s t r u c t u r a l a p p l i c a t i o n s s u c h a sp a t h s . H e a t g a i n s o r l o s s e s f r o m o t h e r e q u i p m e n t p l a t i n g s o r o p t i c a l f i l m s .s u r f a c e s n o t s el e c t ed a s r a d i a t o r s a r e v i r t u a l l y The h i g h - t e m p e r a t u r e , c r e e p - r u p t u r e , a n de l i m i n a t e d b y u s e o f a m u l t i l a y e r aluminum f o i l f a t i g u e p r o p e r t i e s o f m e t a l s a r e a p p r e c i a b l y a f -t h e r m a l r a d i a t i o n s h i e l d w i t h a n e f f e c t i v e t h e r m a l f e c t e d u n d e r vacuum t e s t s [ 3 6 ] . A t h i g h t e m p e r a -c o n d u c t i v i t y i n vacuum o f 2 . 5 x 1 0 - 5 B t u / h r - f t 2 - F . t u r e s a n d l o w s t r e s s e s , c r e e p - r u p t u r e s p e c i m e n sAn a l t e r n a t i v e t y p e o f a c t i v e t e m p e r a t u r e c o n t r o l a r e s t r o n g e r i n a i r t h a n i n v a c u u m , b u t a t l o wu s e s m e c h a n i c a l l y o p er a te d t e m p e r a t u r e - s en s o r - t e m p e r a t u r e s a n d h i g h s t r e s s e s t h e r e i s a r e v e r -c o n t r o l l e d r a d i a t i o n l o u v e r s w h i c h b a l a n c e t h e s a l a n d t h e y a r e s t r o n g e r i n vacuum. A l t h o u g ha b s o r p t i v i t y - t o - e m i s s i v i t y r a t i o . l i m i t e d f a t i g u e d a t a s h o w a s i m i l a r b e h a v i o r ,H i g h - V a c u u m E f f e c t s : Tw o i m p o r t a n t e f f e c t s o n t e s t s a r e n o t s u f f i c i e n t l y c o m p l e t e t o b e c o n c l u -s o l i d m a t e r i a l s r e s u l t from h i g h v a c u u m . F i r s t , s i v e . A mechanism t o e x p l a i n t h i s r e v e r s a l i n -s u b l i m a t i o n a n d e v a p o r a t i o n a r e e n h a n c e d b y t h e v o l v e s t w o c o m p e t i n g p r o c e s s e s , : 1 ) s t r e n g t h e n i n ga b s e n c e o f a n a t m o s p h e r e b e c a u s e m o l e c u l e s l e a v - b y o x i d a t i o n , a n d 2 ) r e d u c t i o n i n s t r e n g t h b y l o w -i n g t h e s u r f a c e o f a m a t er i a l d o n o t make c o l l i s i o n s e r i n g o f s u r f a c e e n e r g y . B y d e f i n i t i o n , s u r f a c et h a t r e t u r n them t o t h e s u r f a c e . T h e r e f o r e , i f a e n e r g y i s t h e work r e q u i r e d t o p r o d u c e a u n i ts p a c e v e h i c l e i s h i g h e n o u g h s o t h a t t h e mean f r e e a r ea - o f - f r a c t u r e s u r f a c e i n a b r i t t l e m a t e r i a lp a t h o f t h e m o l e c u l e s i s l o n g c o m p a r e d t o t h e s i ze w i t h n o p l a s t i c d e f o r m a t i o n .o f t h e c r a f t , a n y m o l e c u l e t h a t l e a v e s t h e s u r f a c e The h i g h e r t h e v a p o r p r e s s u r e s o f a m a t e r i a l ,c a n b e assumed n o t t o r e t u r n . S e c o n d , a p a r t i a l o r t h e more r a p i d l y i t s u b l i m e s f 3 7 ] , A p l o t o f v a p o rc o m p l e t e r e m o v a l o f t h e s u r f a c e f i l m o f g a s w h i c h p r e s s u r e a g a i n s t t e m p e r a t u r e ( F i g . 1 0 ) i n d i c a t e sc o v e r s a l l m a t e r i a l i n t h e s e a l e v e l a t m o s p h e r e i s t h e s e v e r i t y o f t h e problem f o r a number o f ma-a f f e c t e d . T h i s d e p l e t i o n o f s ur f a c e g a s l a y e r s h a s t e r i a l s . T h e m e t a l s o n t h e r i g l t p o r t i o n o f t h ea n e f f e c t o n t h e p r o p e r t i e s o f m a t e r i a l s [ 3 7 ] . f i g u r e , i n c l u d i n g t he l i g ht w ei g ht s t r u c t u r a l m e t a l sP l a s t i c s : The e f f e c t s o f h i g h vacuum o n p l a s t i c t i t a n i u m , b e r y l l i u m , a l u m i n u m , a n d g o l d , w o u l dm a t e r i a l s a r e v a r i e d . I n g e n e r a l , i t c a n b e s a i d n o t s u b l i m e a t s i g n i f i c a n t r a t e s a t t h e i r e x p e c t e dt h a t t h e b a s i c p o l y m e r o f t h e p l a s t i c i s n o t l i k e l yt o h a v e a h i g h e n o u g h v a p o r p r e s s u r e t o c a u s e as i g n i f i c a n t l o s s o f m a t e r i a l . H o w e v e r , p l a s t i c i z e r s T E M P E R A T 0 0 R E 0 0 C 0u s e d i n many p l a s t i c s h a v e r e l a t i v e l y h i g h v a p o r Ip r e s s u r e s a n d t h e r e f o r e may c a u s e t h e l o s s o fl a r g e a m o u n t s o f m a t e r i a l . As c a n b e e x p e c t e d , 1 0 - 4t h e r a t e o f d i f f u s i o n o f t h e p l a s t i c i z e r w i t h i n t h e 2 5 0 Dp l a s t i c p l a y s a n i m p o r t a n t p a r t i n t h e o v e r - a l l l o s s . I G ' - B U T Y L R O B O f

T e s t s c o n d u c t e d o n s e v e r a l s a m p l e s i n d i c a t e 0 O O O O O O R /t h a t e x p o s u r e d o e s n o t h a v e s i g n i f i c a n t e f f e c t o nt h e w e i g h t l o s s a n d f l e x u r a l s t r e n g t h f o r p e r i o d s , / /u p t o 5 0 0 h o u r s , t o u l t r a v i o l e t i n t h e r a n g e o f 2 0 0 0 M L A Rt o 6 0 0 0 A , a n d p r e s s u r e s i n t h e 1 0 - 6 mm Hg r a n g e , P O L Y E T H Y L E N E /M e t a l s : The e f f e c t s o f h i g h vacuum o n m e t a l s 0 a O O J O L fj / i I ic a n b e c a l c u l a t e d from k i n e t i c t h e o r y / I j i / 1 1 1 / l lPM 20 0 ) 40 0 SO O 800 1 0 0 0 2000

X J ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ F i g .0 . S u b l i m a t i o n o f m e t a l s i n s p a c e ( F . J . C l a u s s ) .


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1 9 6 1 L E H R A N D TRONOLONE: SPACE ENVIRONMENT; E F F E C T S O N M AT E RI AL S A N D PARTS 3 1u s e t e m p e r a t u r e s . T h e s e m a t e r i a l s s h o u l d n o t V e h i c l e p u n c t u r e i s , t h e r e f o r e , a s t a t i s t i c a lp r e s e n t a p r o b l e m i n h i g h vacuum d u e t o t h e i r l o w - p r o b a b i l i t y a n d t h e o u i t e r s h e l l t h i c k n e s s e s o r t h ee r v a p o r p r e s s u r e s . M e t a l s w h i c h h a v e h i g h e r v a - p o s s i b i l i t y o f u s i n g a s e c o n d a r y o u t e r s h e l l s h o u l dp o r p r e s s u r e s w o u l d b e a p o t e n t i a l s o u r c e o f b e a f u n c t i o n o f t h i s p r o b a b i l i t y .t r o u b l e . For e x a m p l e , magnesium a n d a l s o l i t h i - E r o s i o n a n d g e n e r a l r o u g h e n i n g o f t h e o u t e ru m r , w i t h w h i c h magnesium i s sometimes a l l o y e d , s h e l l w il l e f f ec t t h e t h e r m a l c o n s i d e r a t i o n s , a n dc o u l d l o s e a p p r e c i a b l e a m o u n t s . Z i n c a n d c a d - t h e s e e f f e c t s s h o u l d b e t a k e n i n t o a c c o u n t i n t h em i u m , b o t h o f t e n u s e d f o r e l e c t r o p l a t i n g p a r t s , t h e r m a l d e s i g n .h a v e h i g h e r v a p o r p r e s s u r e s t h a n m a g n e s i u m . O t h e r E n v i r o n m e n t a l F a c t o r s : S e v e r a l f a c t o r sT he i r u s e w i t h i n s a t e l l i t e s c o u l d c a u s e s h o r t - i n t h e s p a c e e n v i r o n m e n t r e q u i r e c o n s i d e r a t i o nc i r c u i t i n g p r o b l e m s , d u e t o e v a p o r a t i o n a n d t h e n f o r s p e c i a l a p p l i c a t i o n s b u t d o n o t g e n e r a l l y a f f e c tp l at in g o ut o n e x p o s e d e l e c t r i c a l s u r f a c e s . A s p a c e t h e d e s i g n o f e q u i p m e n t .v e h i c l e t h u s c a n a c t u a l l y b e t h o u g h t o f a s a vacuum V i b r a t i o n , a c c e l e r a t i o n , a n d s h o c k l e v e l s en-p l a t i n g c h a m b e r , s i n c e a n y v o l a t i l e m a t e r i a l w o u l d c o u n te r ed b y a n o r b i t i n g s p a c e v e h i c l e o r a s p a c el e a v e t h e w a r m s u r f a c e s a n d p l a te o ut o n t h e c o o l e r p r o b e a r e v e r y s m a l l i n c o m p a r i s o n w i t h t h o s es u r f a c e s . e x p e r i e n c e d d u r i n g l a u n c h i n g o r b o o s t p h a s e s .T h e phenomenon o f s u b l i m a t i o n from m e t a l s c a n S i n c e t h e e q u i p m e n t m u s t b e d e s i g n e d t o w i t h s t a n db e r e t a r d e d b y i n o r g a n i c s u r f a c e c o a t i n g s , s u c h a s t h e l e v e l s d u r i n g l a u n c h i n g a n d b o o s t , t h e l o w e ro x i d e s , w h i c h o f t e n h a v e l o w e r v a p o r p r e s s u r e s l e v e l s e n c o u n t e r e d i n s p a c e s h o u l d p o s e n o p r o b -t h a n t h e m e t a l s f r o m w h i c h t h e y a r e f o r m e d . l e m s . F o r o t h e r s p a c e v e h i c l e a p p l i c a t i o n s i n -

V a p o r p r e s s u r e s f o r p l a s t i c a n d e l a s t o m e r ma - v o l v i n g r e - e n t r y , r e c o v er y , l a n di ng s , o r o t h e r r e -t e r i a l s a t room t e m p e r a t u r e ( t h e l e f t p o r t i o n o f l a t e d m i s s i o n s , t h e e f f e c t s o f v i b r a t i o n ,F i g . 1 0 ) a r e q u i t e h i g h i n c o m p a r i s o n t o t h e a c c e l e r a t i o n , \ l a n d s h o c k may become m a j o r c o n -m e t a l s . s i d e r a t i o n s i n e q u i p m e n t d e s i g n .M i c r o m e t e o r i t e E f f e c t s : M i c r o m e t e o r i t e p a r - G r a v i t a t i o n a l f i e l d s a n d m a g n e t i c f i el d s t o d a t et i c l e damage t o a s p h e r i c a l s p a c e v e h i c l e w i t h a h a v e r e q u i r e d l i t t l e c o n s i d e r a t i o n i n t h e s e l e c t i o nd i a m e t e r o f 3 m n e a r t h e e a r t h c a n b e e st i m a t e d o f p a r t s o r m a te r i a l s f o r s p a c e v e h i c l e s . Thef r o m t h e f o l l o w i n g c u r v e . d e c r e a s e d g r a v i t a t i o n a l f i e l d s e n c o u n t e r e d w i t ht h e i n c r e a s e i n d i s t a n c e from t h e e a r t h , h o w e v e r ,d o h a v e e f f e c t s w h i c h w o u l d r e q u i r e c o n s i d e r a t i o no i n t h e c a s e o f manned s p a c e v e h i c l e s .1 0 ; \ M a g n e t i c e f f e c t s , w h i c h a r e u n i m p o r t a n t f o rP r o b a b i l i t y 1 0 t h e d e s i g n o f s p a c e e q u i p m e n t a t p r e s e n t , m i g h to f a h i t 0 n 1 0 \ become i m p o r t a n t i n s p a c e v e h i c l e s d e s i g n e d f o rs p h e r e 1 0 - 3 a d v a n c e d a p p l i c a t i o n s . A t p r e s e n t , t h e o n l y s e r i -( p e r h o u r ) 1 0 - 4 ous c o n s i d e r a t i o n o f m a g n e t i c e f f e c t s i s f o r f i n e1 0 - 5 \ B i n s t r u m e n t a t i o n w h i c h ma y n e e d s h i e l d i n g t o p r e -i o - 6 \ D v e n t e x c e s s i v e v a r i a t i o n s o u t s i d e t h e e a r t h ' s1 0 - 7 m a g n e t i c f i e l d s .1 1 0 - 3 l - 2 l - l 1 0 Effects of Radiation Environment in Space1 0 1 0 10P a r t i c l e Diameter ( c m ) B a c k g r o u n d a n d D e f i n i t i o n s : B o t h e l ec t r o m a g -C u r v e s A a n d C r e p r e s e n t t h e u p p e r a n d l o w e r n e t i c ( z e r o r e s t m a s s ) a n d p a r t i c u l a t e ( f i n i t eb o u n d s o f t h e e s t i m a t e s f r o m [ 3 9 ] : c u r v e s C a n d D r e s t m a s s ) r a d i a t i o n w i l l b e c o n s i d e r e d . E l e c t r o -t h e u p p e r a n d l o w e r b o u n d s from [ 3 8 ] . C u r v e B m a g n e t i c r a d ia t io n i n c l u de s u l t r a v i o l e t l i g h t , Xi s p r o b a b l y t h e b e s t e s t i m a t e t o d a t e a n d summa- r a y s , a n d gamma r a y s ( p h o t o n s ) . P a r t i c u l a t er i z e s t h e l a t e s t a v a i l a b l e W h i p p l e d a t a . U s i n g t h i s r a d i a t i o n c o n s i s t s o f e l e c t r o n s , p r o t o ns , n e u t r o n s ,c u r v e , t h e b e s t e s t i m a t e o f p a r t i c l e damage t o a a l p h a p a r t i c l e s , a n d a s m a l l a m o u n t o f h i g h e r3-m s p h e r e i s shown b e l o w . a t o m i c number p a r t i c l e s [ 4 0 ] , [ 4 1 ] - [ 4 3 ] .R a d i a t i o n ma y a l s o b e c l a s s i f i e d a s i o n i z i n g o rP e n e t r a t i o n o f n o ni o n i z i n g . I o n iz i n g r a d i a ti o n i s c a p a b l e o f p r o -A l u m i n u m F r e q u e n c y o f P e n e t r a t i o n d u c i n g i o n s i n t h e m a t e r i a l t h r o u g h w h i c h i tn O 5 p a s s e s . O f t he t y p e s o f r a d i a t i o n i n w h i c h we a r e0 . 1 2 c m ( /in O n c e i n 5 0 0 d a y s i n t e r e s t e d , o n l y n e u t r o n s a r e n o n i o n i z i n g i n t h e i r1 . 0 c m O n c e i n 1 0 0 y e a r s I n a d d i t i o n t o i o n i z a t i o n , w h i c h i s t he l o s s o f a n


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3 2 IRE TRANSACTIONS ON RELIABILITY A N D QUALITY CONTROL A u g u s te l e c t r o n b y a n a t o m o r m o l e c u l e when i o n i z i n g a t o m i c n u c l e i , r a t h e r t h a n b y e l e c t r o n i n t e r a c t i o nr a d i a t i o n p a s s e s t h r o u g h m a t e r i a l , e x c i t a t i o n a l s o a s i s t h e c a s e w i t h gamma r a d i a t i o n , a h e a v y ma-r e s u l t s . E x c i t a t i o n i s t h e p r o c e s s i n w h i c h a n a t o m t e r i a l s u c h a s l e a d d o e s n o t v e r y e f f e c t i v e l yo r m o l e c u l e g a i n s e n e r g y w i t h o u t b e i n g e j e c t e d , s h i e l d a g a i n s t f a s t n e u t r o n s . V e r y l i t t l e e n e r g ya n d i n many c a s e s , i s a s i m p o r t a n t i n p r o d u c i n g l os s o c c u r s i n c o l l i s i o n s o f n e u t r o n s w i t h l e a ds e c o n d a r y r a d i a t i o n . T h e r e i s a l s o t h e e f f e c t i n a t o m s . H y d r o g e n o u s m a t e r i a l s s u c h a s w a t e r o rw h i c h a p a r t i c l e r a d i a t e s p a r t o f i t s e n e r g y i n t h e p l a s t i c s a r e most e f f e c t i v e i n s h i e l d i n g a g a i n s tf o r m o f e l e c t r o m a g n e t i c w a v e s when i t i n t e r a c t s f a s t n e u t r o n s , s i n c e h y d r o g e n n u c l e i a n d n e u t r o n sw i t h m a t t e r . T h i s p r o c e s s i s k n o w n a s brem- h a v e t h e same m a s s .s tr a h lu ng a n d i s u s u a l l y n o t a n i m p o r t a n t r a d i a t i o n F o r c h a r g e d p a r t i c l e s , t h e p e n e t r a t i o n r a n g es o u r c e f o r m a t e r i a l d a m a g e . T h e s e p r o c e s s e s a l - l i s t e d i n T a b l e I I I i s t h e t h i c k n e s s r e q u i r e d t o r e -w a y s o c c u r s i m u l t a n e o u s l y when i o n i z a t i o n r a d i a - d u c e t h e i n t e n s i t y e s s e n t i a l l y t o z e r o . For gam-t i o n i n t e r a c t s w i t h m a t t e r . m a r a y s a n d n e u t r o n s , t h e t h i c k n e s s i s t h a t r e -T h e b a s i c a s s u m p t i o n i n r a d i a t i o n e f f e c t s q u i r e d t o r e d u c e t h e i n t e n s i t y t o h a l f t h e i n c i d e n ts t u d i e s i s t h a t c h a n g e s t o a m a t e r i a l u n d e r i r r a d i - v a l u e .a t i o n r e s u l t o n l y f r o m t h e t r a n s f e r o f e n e r g y t o t h em a t e r i a l . R a d i a t i o n w h i c h p a s s e s t h r o u g h a ma- T A B L E I I I ,t e r i a l w i t h o u t t r a n s f e r r i n g a n y e n e r g y h a s n o e f f e c t COMPARATIVE PENETRATING POWERo n t h e m a t e r i a l . T o t a l r a d i a t i o n a f f e c t i n g a m a t e - OF TYPES OF RADIATIONr i a l i s d e s c r i b e d b y t h e e n e r g y f l u x , number f l u x ,o r e x p o s e d d o s e . E n e r g y a b s o r b e d i s d e s c r i b e db y t h e a b s o r b e d d o s e . R a d i a t i o n E n e r g y P e n e t r a t i n g R a n g eT h e a b s o r b e d d o s e i s u s e f u l i n e s t i m a t i n g r a d i - P a r t i c l e s ( m e v ) ( i n c h e s )a t i o n t o l e r a n c e , w i t h o u t r e g a r d t o t h e k i n d o f r a d i - W a t e r A l u m i n u ma t i o n , f o r m a t e r i a l s s u c h a s o r g a n i c c o m p o u n d s A l p h a 1 0 . 0 0 2 0 . 0 0 1a t i o n , ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 1 0. 0 1. 0 0 4( p l a s t i c s , e l a s t o m e r s , o i l s , g r e a s e s ) a n d many i n - 1 0 0 0 . 4 0 . 1 4o r g a n i c c o m p o u n d s . P r o t o n 1 0 . 0 0 1 0 . 0 0 0 4F o r o t h e r m a t e r i a l s ( m e t a l s , c e r a m i c s , o r 1 0 0 . 0 4 0 . 0 1 4s e m i c o n d u c t o r s , f o r e x a m p l e ) , t h e r a d i a t i o n e f - 1 0 0 2 . 3 0 . 7 4f e c t s a r e p r o p o r t i o n a l t o t h e e x p o s u r e d o s e r a t h e r 3 0 0 2 4 . 0 7 . 9t h a n a b s o r b e d d o s e . For a m e t a l i n a r e a c t o r , t h e E l e c t r o n s 1 0 . 1 4 0 . 0 5 5most d a m a g i n g c o m p o n e n t o f t h e r a d i a t i o n f i e l d i s 3 0 . 5 8 0 . 2 1t h e f a s t n e u t r o n ; t h e e f f e c t i s p r o p o r t i o n a l t o t h e G a m m a R a y 1 4 . 5 * 1 . 7 *t i m e - i n t e g r a t e d f a s t n e u t r o n f l u x ( n e u t r o n s / c m 2 ) . 5 9 . 1 * 3 . 7 *D i f f e r e n t u n i t s a r e t h e r e f o r e u s e d f o r d i f f e r e n t N e u t r o n s 2 3 . 0 * 3 . 5 *m a t e r i a l s . * T h i c k n e s s n e c e s s a r y t o r e d u c e t h e i n t e n s i t yP e n e t r a t i o n o f R a d i a t i o n i n M a t e r i a l : An i m p o r - b y 0 . 5 .t a n t e f f e c t o f r a d i a t i o n o n m a t e r i a l i n v o l v e s r a n g eo r p en et ra ti n g p o w e r . S i n c e a n a l p h a p a r t i c l e i s R a d i a t i o n D a m a g e M e c h a n i s m s : C h a n g e s i nr e l a t i v e l y m a s s i v e a n d h i g h l y c h a r g e d , i t i n t e r a c t s p r o p e r t i e s o f m a t e r i a l s r e s u l t i n g f r o m h i g h -s t r o n g l y a n d p e n e t r a t e s o n l y a s m a l l d i s t a n c e b e - e n e r g y r a d i a t i o n may b e i n t e r p r e t e d i n t e r m s o ff o r e s t o p p i n g c o m p l e t e l y . I n t h i s d i s t a n c e i t g i v e s s e v e r a l t y p e s o f d e f e c t s p r o d u c e d i n t h e m a t e r i a lu p a l a r g e a m o u n t o f e n e r g y , p r e d o m i n a n t l y b y i n - b y t h e r a d i a t i o n . T h e s e d e f e c t s a r e : v a c a n c i e s ,t e r a c t i n g w i t h a n d s c a t t e r i n g e l e c t r o n s , r e s u l t i n g i n t e r s t i t i a l a t o m s , i m p u r i t y a t o m s , r e p l a c e m e n ti n a v e r y h i g h d e n s i t y o f i o n i z a t i o n . S i m i l a r c o n - c o l l i s i o n s , t h e r m a l a n d d i s p l a c e m e n t s p i k e s , a n ds i d e r a t i o n s h o l d t r u e f o r p r o t o n s . E l e c t r o n s , a l - i o n i z a t i o n e f f e c t s .t h o u g h c h a r g e d , a r e l e s s m a s s i v e a n d p e n e t r a t e E f f e c t s o n M e t a l s : When a m e t a l i s e x p o s e d t of u r t h e r . i o n i z i n g r a d i a t i o n , t h e e n e r g y a b s o r b e d i n i o n i z a -E l e c t r o m a g n e t i c r a d i a t i o n , o n t h e o t h e r h a n d , t i o n a n d e x c i t a t i o n a p p e a r s a s h e a t a n d r e s u l t s i ni s h i g h l y p e n e t r a t i n g . S i m i l a r l y , a n e u t r o n , b e i n g t e m p e r a t u r e r i s e i n t h e m e t a l .e l e c t r i c a l l y n e u t r a l , c a n t r a v e l r e l a t i v e l y f a r b e - When t h e r a d i a t i o n c a u s e s a t o m i c d i s p l a c e -f o r e s l o w i n g d o w n . N e u t r o n s , X r a y s , a n d g a m m a m e n t s , v a c a n c i e s c r e a t e d i n t h e l a t t i c e s t r u c t u r er a d i a t i o n a r e a t t e n u a t e d e x p o n e n t i a l l y i n p a s s i n g a r e more s e r i o u s . S e c o n d a r y c o l l i s i o n s ma y p r o -t h r o u g h m a t t e r , a n d i t i s i m p o s s i b l e t o f i x a d e f i - d u c e a s many a s 1000 d i s p l a c e d a t o m s p e r i n c i -n i t e d i s t a n c e o f p e n e t r a t i o n l , a s i s p o s s i b l e f o r t h e d e n t p a r t i c l e w i t h 2 M e v n e u t r o n s 1 4 1 ] .c h a r g e d p a r t i c l e s . R a d i a t i o n c a n l c a u s e : 1 ) s t a b i l i z a t i o n o f p h a s e sS i n c e n e u t r o n s a r e a t t e n u a t e d b y c o l l i s i o n s w i t h i n a t e m p e r a t u r e r e g i o n w h i c h l i e s o u t s i d e t h e


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1 9 6 1 L E H R A N D TRONOLONE: SPACE ENVIRONMENT; E F F E C T S ON M AT E RI AL S AND PARTS 3 3n o r m a l s t a b i l i t y r e g i o n o f t h e p a r t i c u l a r p h a s e , 2 ) T y p i c a l o f t h e i o n i c - c o v a l e n t b o n d a r e ceram-f o r m a t i o n o f m e t a s t a b l e p h a s e i n s u p e r s a t u r a t e d i c s s u c h a s b e r y l l i u m o x i d e a n d aluminum o x i d e ,a l l o y s , 3 ) f o r m a t i o n o f F r e n k e l d e f e c t s ( v a c a n c y g l a s s e s s u c h a s t h e s i l i c a t e s a n d b o r a t e s , a n da n d i n t e r s t i t i a l ) w h i c h i n f l u e n c e d i f f u s i o n - c e r t a i n m i n e r a l s s u c h as m i c a . The p r i n c i p a lc o n t r o l l e d p h e n o m e n a 4 ) t h e r m a l s p i k e s , a n d d a m a g e mechanism occurs b y atom d i s p l a c e m e n t ,5 ) t r a n s m u t a t i o n s [ 4 5 1 . w i t h c h a n g e s i n d e n s i t y , t h e r m a l c o n d u c t i v i t y , a n dT h e f o l l o w i n g g en e r a l s u m m a t i o n s o f e x p e c t e d e l e c t r i c a l c o n d u c t i v i t y r e s u l t i n g from t h e i n -r a d i a t i o n e f f e c t s , a l t h o u g h n o t a c o m p l e t e q u a n t i t a - c r e a s e d l a t t i c e d i s o r d e r .t i v e e v a l u a t i o n f o r a l l m e t a l s a n d m e t a l s y s t e m s , T y p i c a l i n o r g a n i c m a t e r i a l s w h i c h a r e e s s e n -summarize many o f t h e e f f e c t s o f r a d i a t i o n o n t i a l l y c o v a l e n t i n s t r u c t u r e a r e t h e e l e m e n t s c a r -m e t a l s . b o n , s i l i c o n , a n d g e r m a n i u m , a n d c o m p o u n d s s u c hGamma o r X-ray r a d i a t i o n h a s p r i m a r i l y a n a s s i l i c o n c a r b i d e , i n d i u m a n t i m o n i d e , a n d z i n ci o n i z i n g e f f e c t w h i c h d o e s n o t c h a n g e t h e m e t a l o x i d e . B o t h t h e e l e c t r i c a l a n d t h e r m a l c o n d u c -p r o p e r t i e s . H i g h - e n e r g y s e c o n d a r y r a d i a t i o n t i v i t y o f g r a p h i t e d e c r e a s e u p o n i r r a d i a t i o n .( e l e c t r o n s ) , h o w e v e r , may h a v e a d d i t i o n a l e f f e c t s . S i l i c o n a n d g e r m a n i u m , a l o n g w i t h c o m p o u n d sE l e c t r o n s ( o r b e t a p a r t i c l e s ) d o n o t h a v e s u f f i - l i k e i n d i u m a n t i m o n i d e , a r e w e l l - k n o w n semicon-c i e n t mass t o c a u s e a n y a p p r e c i a b l e e f f e c t s , s i n c e d u c t o r s . I r r a d i a t i o n w i t h gamma r a y s r e s u l t s i nt h e e n e r g y r a r e l y e x c e e d s 1 M e v . F a s t n e u t r o n s a p p r e c i a b l e l e a k a g e c u r r e n t s ; t h i s e f f e c t q u i c k l ya p p e a r t o h a v e t h e g r e a t e s t e f f e c t s o n t h e p h y s i c a l d i s a p p e a r s u p o n r e m o v a l from t h e r a d i a t i o n f i e l d .a n d m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f s t r u c t u r a l m e t a l s . Permanent e f f e c t s , h o w e v e r , a r e p r o d u c e d t h r o u g hH i g h - e n e r g y p r o t o n s a n d t h e h e a v i e r c h a r g e d p a r - t h e p r o c e s s o f atom d i s p l a c e m e n t .t i c l e s a r e b o t h s i m i l a r i n e f f e c t s w i t h d a m a g e E f f e c t s o n O r g a n i c M a t e r i a l s : O r g a n i c m a t e -mechanisms m a i n l y i n t h e form o f a t o m i c d i s p l a c e - r i a l s a r e s u s c e p t i b l e t o d a m a g e f r o m a l l t y p e s o fm e n t s . I n a d d i t i o n , p r o t o n s may come t o r e s t a s n u c l e a r r a d i a t i o n .i n t e r s t i t i a l h y d r o g e n w h i c h may e f f e c t m e t a l p r o - R a d i a t i o n d a m a g e i n o r g a n i c m a t e r i a l s r e s u l t sp e r t i e s . from t h e f o r m a t i o n o f f o r e i g n c o m p o u n d s . AsN e u t r o n e f f e c t s o n v a r i o u s m e t a l s h a v e b e e n n u c l e a r p a r t i c l e s t r a v e r s e a m a t e r i a l , e n e r g y i ss t u d i e d a t i n t e g r a t e d f l u x e s b e t w e e n 1 0 1 5 a n d 1 0 2 2 t r a n s f e r r e d t o t h e e l e c t r o n s a n d n u c l e i o f i n d i -f a s t N V T , p r i m a r i l y a t t e m p e r a t u r e s b e t w e e n 3 0 v i d u a l a t o m s i n q u a n t i t i e s s u f f i c i e n t t o b r e a k t h ea n d 4 0 0 T C . P r o p e r t i e s o f m e t a l s c a n b e f u r t h e r b o n d s o r l i n k a g e s w h i c h b i n d t h e atoms i n t o mole-c h a n g e d e i t h e r b y i n c r e a s i n g t h e n e u t r o n d o s e o r c u l a r g r o u p s . A f t e r p a s s a g e o f t h e r a d i a t i o nb y d e c r ea s i n g t h e i r r a d i a t i o n t e m p e r a t u r e . S i m i - p a r t i c l e , f r a g m e n t s o f t h e d i s r u p t e d m o l e c u l e sl a r i t i e s b e t w e e n c o l d work a n d r a d i a t i o n damage r e a c t c h e m i c a l l y t o f o r m new c o m p o u n d s . C o n -h a v e b e e n n o t e d . I n g e n e r a l Y t h e p r o p e r t i e s o f c e n t r a t i o n o f t h e s e i m p u r i t y c o m p o u n d s i n c r e a s e sm e t a l s s u c h a s t h e r m a l c o n d uc t i vi t y , e l ec t r ic a l w i t h i n c r e a s i n g r a d i a t i o n a n d r e s u l t s i n c o r r e s -r e s i s t i v i t y , a n d d e n s i t y , d o n o t a p p e a r t o u n d e r g o p o n d i n g l y g r e a t e r c h a n g e s i n p h y s i c a l a n d me-a n y a p p r e c i a b l e c h a n g e s u p o n i r r a d i a t i o n , e v e n c h a n i c a l p r o p e r t i e s .w i t h f a s t n e u t r o n s . H o w e v e r , t h o s e p r o p e r t i e s o f E l a s t o m e r s a s a c l a s s o f m a t e r i a l s a r e amongm e t a l s w h i c h a r e s t r u c t u r e - s e n s i t i v e ( y i e l d t h o s e most s u s c e p t i b l e t o r a d i a t i o n d a m a g e . E n -s t r e n g t h , h a r d n e s s , d u c t i l i t y , e t c . ) u s u a l l y e x p e r i - e r g y a b s o r b e d b y e l a s t o m e r s f r o m i o n i z i n g r a d i -e n c e a c o n s i d e r a b l e c h a n g e u p o n p r o l o n g ed e x p o - a t i o n s d i s r u p t s t h e b o n d s b e t w e e n t h e a t o m s a n ds u r e t o f a s t n e u t r o n s . d e s t r o y s t h e b a l a n c e b e t w e e n t h e i n h e r e n t f r e e -E f f e c t s o n I n o r g a n i c M a t e r i a l s : I n o r g a n i c ma- dom o f m o t i o n o f t h e c h a i n - l i k e m o l e c u l e a n d t h et e r i a l s i n c l u d e b o n d t y p e s r a n g i n g from p u r e l y d e g r e e o f c r o s s - l i n k i n g o r c h e m i c a l b o n d i n g b e -i o n i c t h r o u g h i o n i c - c o v a l e n t ( c e r a m i c s , g l a s s e s , t w e e n t h e i n d i v i d u a l c h a i n s . As a r e s u l t , h a r d -m i c a ) t o p u r e c o v a l e n t ( s i l i c o n , g e r m a n i u m , c a r - n e s s a n d t e n s i l e s t r e n g t h a r e i n c r e a s e d a n d com-b o n ) . p r e s s i b i l i t y a n d e l o n g a t i o n a r e d e c r e a s e d .Fro m a n a t o m i c p o i n t o f v i e w , a t y p i c a l exam- M o s t e l a s t o m e r i c m a t e r i a l s a r e n o t s a t i s f a c -p l e o f a p u r e l y i o n i c compound ( a s a l t s u c h a s t o r y f o r u s e b e y o n d a gamma d o s a g e o f 1 0 8 e r g ssodium c h l o r i d e ) c o n s i s t s o f a f i x e d n e t w o r k o f g m - 1 ( b a s e d upon c a r b o n ) a n d a n e u t r o n f l u x o fp o s i t i v e l y a n d n e g a t i v e l y c h a r g e d i o n s h e l d t o g et h e r 1 0 1 5 n e u t r o n s c m - 2 s e c 4 1 . N a t u r a l r u b b e r i s t h eb y s t r o n g e l e c t r o s t a t i c f o r c e s . F a s t n e u t r o n s p r o - most r a d i a t i o n - r e s i s t a n t o f t h e e l a s t o m e r s .d u c e a t o m i c d i s p l a c e m e n t s b y c o l l i s i o n s w i t h t h e S t y r e n e - b u t a d i e n e r u b b e r i s t h e most r e s i s t a n t o fl a t t i c e i o n s , r e s u l t i n g i n t h e i n t e r s t i t i a l - v a c a n c y t h e s y n t h e t i c e l a s t o m e r s . S i l i c o n e s a n d f l u o r i n e -t y p e o f r a d i a t i o n d a m a g e . A l s o , e l e c t r o n s e j e c t e d b a s e d p o l y m e r s a r e b e l o w a v e r a g e i n r a d i a t i o nd u r i n g i o n i z a t i o n p r o c e s s e s ma y become t r a p p e d r e s i s t a n c e .i n t e r s t i t i a l l y , r e s u l t i n g i n " c o l o r a t i o n c e n - P l a s t i c m a t e r i a l s l i k e w i s e a r e s u s c e p t i b l e t ot e r s D [ 4 1 ] , [ 4 6 1 .


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3 4 IRE TRANSACTIONS ON RELIABILITY A N D QUALITY CONTROL A u g u s tdamage b y a l l t y p e s o f r a d i a t i o n b e c a u s e o f t h e .--e a s e w i t h w h i c h m o l e c u l a r s t r u c t u r e can b e r e - --=o r i e n t e d . S i n c e p l a s t i c s a r e a l s o p o l y m e r s , t h er e o r i e n t a t i o n c o n s i s t s o f t h e f o r m a t i o n o f n e wb o n d s b e t w e e n c h a i n s , t h e b r e a k i n g o f c h a l n s , t h e -2 0e v o l u t i o n o f g a s e s , t h e r e a c t i o n w i t h t h e e n v i r o n - 2m e n t , s u c h as t h e a b s o r p t i o n o f o x y g e n , a l l r e s u l t - t ' 0 to 3i n g i n c h a n g e s i n p h y s i c a l a n d m e c h a n i c a l p r o p e r -t i e s . F i g . 1 1 . C o n d u c t i v i t y o f i n s u l a t i o n s a s f u n c t i o n o f doseAmong t h e p l a s t i c s , m a t e r i a l s s u c h a s m i n e r a l - r a t e s .f i l l e d p o l y e s t e r , m i n e r a l - f i l l e d p h e n o l i c s , p o l y e t h y -l e n e , p o l y e t h y l e n e t e r a p h t h a l a t e ( M y l a r ) , p o l y s t y - d o s e r a t e i s s h o w n i n F i g . 1 1 . O b v i o u s l y , h i g h e rr e n e , p o l y v i n y l c h l o r i d e , a n d p o l y v i n y l f o r m a l w i l l d o s e r a t e s i n c r e a s e t h e l e a k a g e o f t h e m a t e r i -p e r f o r m s a t i s f a c t o r i l y t o 1 0 9 e r g s g m - 1 gamma a l s [ 4 8 ] , [ 4 9 ] ,f l u x ( b a s e d u p o n c a r b o n ) a n d 1 0 1 8 n e u t r o n s cm-2 P r i m a r y a t o m i c d i s p l a c e m e n t s a s w e l l a s d i s -s e c - 1 . Some u n f i l l e d p o l y e s t e r s a r e b e l o w a v e r - p l a c e m e n t s d u e t o s e c o n d a r y r a d i a t i o n u s u a l l y r e -a g e i n r a d i a t i o n r e s i s t a n c e a n d a r e u n s a t i s f a c t o r y s u l t i n p e r m a n e n t d a m a g e .f o r most r a d i a t i o n a p p l i c a t i o n s . E l e c t r o n i c p a r t s w h i c h c o n t a i n o r g a n i c m a t e -Phenomena o f i n t e r e s t i n many o r g a n i c p o l y - r i a l s a r e d a m a g e d b y r a d i a t i o n p r o p o r t i o n a l t omers a r e c r o s s - l i n k i n g a n d s c i s s i o n . C r o s s - t h e e x p o s u r e d o s e . For c a b l e s a n d w i r e l e a d s ,l i n k i n g i s t h e f o r m a t i o n o f b o n d s a c r o s s p o l y m e r c o n n e c t o r s , a n d t r a n s f o r m e r s , w h i c h u s e o r g a n i cc h a i n s d u e t o d i s p l a c e m e n t s o f h y d r o g e n o r o t h e r i n s u l a t i n g m a t e r i a l s , t h e t h r e s h o l d o f d a m a g e t oa t o m s o u t s i d e t h e c a r b o n c h a i n . S c i s s i o n i s t h e i n s u l a t i o n i s much l o w e r t h a n a n y e f f e c t o n t h eb r e a k i n g o f a c a r b o n c h a i n . A m a t e r i a l w h i c h m e t a l .c r o s s - l i n k s s t r o n g l y w i l l i n c r e a s e i n s t r e n g t h w i t h M o s t e l e c t r o n i c p a r t s a r e d a m a g e d b y r a d i a -r a d i a t i o n u p t o a c e r t a i n p o i n t . On e w h i c h s c i s - t i o n p r o p o r t i o n a l t o e x p o s u r e d o s e , w h i c h i s . as i o n s s t r o n g l y w i l l d e c r e a s e i n s t r e n g t h w i t h r a d i - f u n c t i o n o f t h e i n c i d e n t r a d i a t i o n . T h e t h r e s h o l d sa t i o n . o f d a m a g e f o r t h e most c o m m o n l y - u s e d compon-V a r i o u s o r g a n i c i n s u l a t i n g m a t e r i a l s a r e l i s t e d e n t s u n d e r f a s t n e u t r o n a n d gamma r a d i a t i o n a r eb e l o w i n d e c r e a s i n g o r d e r o f e f f e c t i v e l i f e t i m e s l i s t e d i n T a b l e I V [ 5 0 ] [ 5 1 ] .u n d e r r a d i a t i o n [ 4 3 ] [ 4 7 ' ] .1 ) P o l y e t h y l e n e TAB L E I V2 ) S i l i c o n e R u b b e r

3 ) M y l a r RADIATION D A MAGE THRESHOLDS4 ) P o l y s t y r e n e F OR ELECTRONIC PARTS5 ) P o l y e s t e r6 ) E p l o x i e E l e c t r o n i c Pa r t T y p e s | F a s t N e u t r o n s Gamma7 1 ) N y l o n ( N V T ) ( R o e n t g e n s )8 ) P o l y p r o p y l e n e R e s i s t o r s 1 o 8 1 0 99 ) N e o p r e n e 1 0 1 5 t o i o 1 8 1 0 6 t o 9 0 91 0 ) B u t y l R - u b b e r C a p a c i t o r s 0t1 0to01 1 ) V i n y l i d e n e C h l o r i d e s T r a n s f o r m e r s 1 O 1 8 1 0 91 2 ) Kel-F V a c u u m T u b e 5 x 1 0 l 5 t o 1 0 1 8 1 0 6 t o 1 0 91 3 ) T e f l o n . R e c t i f i e r s ( t h i n b a s e S i ) 1 . 5 t o 1 0 1 5 1 0 6P o l y e t h y l e n e , w h i c h c r o s s - l i n k s s t r o n g l y , i s t h e C o m p u t e r D i o d e s ( S i , G e ) i o l 3 1 0 4b e s t a n d T e f l o n , w h i c h s c i s s i o n s s t r o n g l y , t h e T r a n s i s t o r s ( S i ) 1 0 1 t o 1 2 1 0 3p o o r e s t . 1 1 1 4 4E f f e c t s o n E l e c t r o n i c P a r t s : E l e c t r o n i c p a r t s T r a n s i s t o r s ( G e ) 1 0 t o 1 0 1 0r e f l e c t r a d i a t i o n e f f e c t s o n t h e m a t e r i a l u s e d i n D r y C e l l s 1 0 1 5 5 x 1 0 1 6t h e i r c o n s t r u c t i o n . I n a d d i t i o n , o t h e r e f f e c t s a r e a L e a d - L e a d O x i d e B a t t e r y 1 o 1 5 * 3 x 1 0 6f u n c t i o n o f t h e e l e c t r o n i c c i r c u i t r y . I n g e n e r a l , A l n i c o V M a g n e t s i o l 7 * 7 x 1 0 8 *d i g i t a l i s more a f f e c t e d b y t r a n s i e n t s t h a n a n a l o gc i r c u i t r y , w h i l e t h e l a t t e r h a s a l o w e r t o t a l d o s e * N o s i g n i f i c a n t d a m a g e .t o l e r a n c e . The v a r i a t i o n i n s m a l l - s i g n a l B ( c u r r e n t g a i n )T r a n s i e n t e f f e c t s u s u a l l y r e s u l t from i o n i z i n g f o r s e v e r a l t r a n s i s t o r t y p e s h a s b e e n m e a s u r e d .r a d i a t i o n a n d a r e a f u n c t i o n o f t h e d o s e r a t e . T h e On e o f t h e s e , t y p e T 1 0 7 5 , s h o w Z e d n o v a r i a t i o n i nc o n d u c t i v r i t y o f s e v e r a l i n s u l a t i o n s a s a f u n c t i o n o f g a i n f o r e x p o s u r e t o 1 0 1 4 N V T . The c u r v e


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1 9 6 1 L E HR A ND TRONOLONE: SP ACE ENVIRONMENT; E F F E C T S ON M AT E RIA L S A N D PARTS 3 51 . 0 a T1075-3 T A S T Oa D I O D E ( P O i N T C O N T A C T ) F TRANSISTOR

i L5405, T1166 - to 4ACUUM T U B E\ TtO 905 2N247 R E S I S TEFLONa1 39 O I ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ P L E HLEN1 0 9N Y L O La P R E N O L I COREASE =HA 50 0 32 .e u t r o na d i a t i o n f f e c t s oncurrentgainoRUfER C3HA003 2N 94A BUNA-NNT-n900 2N247 RESISTOR ( C A R B O N ) s - i

ST33sr, E2NI74, 2N176 P O I D E T H L E N E 0 D BH7 CAPACITOR ( C E R A M l I C - MYLAR) -E0 . p - . I ( d I I CAPACITOR P o w C A g p

0 . ~ ~ ~ ~ ~ ~ INERAE D OS IRCA)

10~~~~1 3 1 4 FORMED1 0 1 0 1 0 POLYSTYRENE - [ I OFAST NEUTRONS ( N V T ) CARBONCONCRETE 0 I 1 2F i g . 1 2 . N e u t r o n r a d i a t i o n e f f e c t s on c u r r e n t g a i n o f C E R A M I C 1 0 1 3 CPEs e v er a l s el e ct ed t r a n s i s t o r s . ( a ) HF g e r m a n i u m A L A M I N U M o l 4 BP - n L p . ( b ) HF s i l i c o n p--p ( c ) HF s i l i c o nn p p j n . ( d ) Power g e r m a n i u m p - n - p . ( e ) G e n e r a l - I N T E B R A T E D D O S E ( R A B B Ip u r p o s e g e r m a n i u m p - n -. ( f ) S w i t c h i n g s i l i c o nn - p - n . F i g . 1 3 . F u n c t i o n a l r a d i a t i o n d o s e t h r e s h o l d s .( F i g . 1 2 ) i n d i c a t e s c l e a r l y t h a t g e r m a n i u m t r a n - BIBLIOGRAPHYs is to r s a r e more r a d i a t i o n r e s i s t a n t t h a n s i l i c o n [ 1 ] R . A . M i n z e r a n d W . S . R i p l e y , " T h e ARDC M o d e la n d t h a t HF n a r r o w - b a s e d e v i c e s a r e b e t e r under A t m o s p h e r e , 1 9 5 6 , " AF C a m b r i d g e R e s . C t r . ,r a d i a t i o n t h a n L F t h i c k - b a s e d e v i c e s [ 5 2 ] v A R D C , B e d f o r d , M a s s . , ASTIA 1 1 0 2 3 3 ; D e c e m b e r ,L i t t l e i n f o r m a t i o n i s a v a i l a b l e o n t h e e f f e c t s o f 1 9 5 6 .p r o t o n s o n t h e s e e l e c t r o n i c p a r t s . B o m b a r d i n g [ 2 ] H . S . S i c i n s k i , N . W . S p e n c e r , a n d R . L . B o g g i s ,b u l k germanium a n d s i l i c o n w i t h d e u t e r o n s h a s r e - " P r e s s u r e a n d d e n s i t y measurement t h r o u g h p a r -s u l t e d i n l a r g e c h a n g e s i n r e s i s t i v i t y a n d i n t h e t i a l p r e s s u r e s o f a t m o s p h e r i c c o m p o n e n t a t m i n i -mum s a t e l l i t e a t m o s p h e r e s , " i n " S c i e n t i f i c Uses o fc a s e o f g p r m a n i u m , a c h a n g e f r o m n - t o p - t y p e E a r t h S a t e l l i t e s , " J . A . V a n A l l e n , E d . , U n i v e r s i t y[ 5 0 ] , [ 5 1 ] . E m p i r i c a l c a l c u l a t i o n s h a v e b e e n o f M i c h i g a n P r e s s , A n n A r b o r , p p . 1 0 9 - 1 1 8 ; 1 9 5 6 .m a d e [ 5 3 ] on t h e number o f d i s p l a c e m e n t s / c m 3 [ 3 ] H . K . K a l l m a n n a n d M. L . J u n c o s a , " A P r e l i m i n a r yp e r i n c i d e n t p r o t o n w i t h e n e r g i e s b e l o w a n d a b o v e M o d e l A t m o s p h e r e B a s e d o n R o c k e t a n d S a t e l l i t e1 0 0 M e v . L a r k - H o r o v i t z [ 4 0 ] b e l i e v e s t h a t t h e D a t a , " T h e RAND C o r p . , S a n t a M o n i c a , C a l i f . ,t h r e s h o l d energy f o r d i s p l a c e m e n t i n s i l i c o n a n d ASTIA A D 2 0 7 7 5 2 ; O c t o b e r 3 0 , 1 9 5 8 .g e r m a n i u m i s 3 0 e v t r e s u l t i g i n a p p r o x i m a t e l y [ 4 ] R . A . M i n z e r , K . S . W . C h a m p i o n , a n d H . L . P o n d ,1 0 0 0 displacements/cm3 per i n c i d e n t p r o t o n . ' T h e A R D C M o d e l A t m o s p h e r e , 1 9 5 9 , " A F Ca m -S e m i c o n d u c t o r d e v i c e s are s e n s i t i v e t o r a d i a - b r i d g e R e s . C t r . , ARDC, B e d f o r d , M a s s . ; A u g u s t ,t i o n a n d c a n n o t p r a c t i c a l l y b e p r o t e c t e d a g a i n s t 1 9 5 9 .t h e h i g h - e n e r g y p a r t i c l e s i n t h e Van A l l e n b e l t . [ 5 ] E . H . V e s t i n e , " E x p l o r i n g t he a t m o s p h e r e w i t h aExpected l i f e i n t h i s area may be o n l y a few s a t e l l i t e - b o r n e m a g n e t o m e t e r , " i n " S c i e n t i f i c U s e sm o n t h s . The c h o i c e o f s e m i c o n d u c t o r d e v i c e s a n d o f E a r t h S a t e l l i t e s , " J . A . Van A l l e n , E d . , U n i v e r -s i t y o f M i c h i g a n P r e s s , Ann A r b o r , p p . 1 9 8 - 2 1 3 ;c i r c u i t r y n e c e s s a r i l y m u s t b e a c o m p r o m i s e . For 1 9 5 6 .aaximum r e l i a b i l i t y , s i l i c o n semiconductors [ 6 ] S . F . S i n ge r , " M e a s u r e m e n t s o f t h e e a r t h ' s mag-s h o u l d b e u s e d , e s p e c i a l l y w h e r e t e m p e r a t u r e s n e t i c f i e l d f o r a s a t e l l i t e v e h i c l e , " i n " S c i e n t i f i cmay b e h i g h e r t h a n n o r m a l . I n t e r m s o f r a d i a t i o n U s e s o f E a r t h S a t e l l i t e s , " J . A . V a n A l l e n , E d . ,t o l e r a n c e , germanium s e m i c o n d u c t o r s may h a v e U n i v e r s i t y o f M i c h i g a n P r e s s , A n n A r b o r , p p . 2 1 5 -a s mu c h a s o n e h u n d r e d t i m e s t h e a n t i c i p a t e d l i f e 2 3 1 ; 1 9 5 6 .o f s i l i c o n d e v i c e s . T e s t s i n n u c l e a r r e a c t o r s show [ 7 ] s . F . S i n g e r , " R o c k e t e x p l o r a t i o n o f m a g n e t i c f i e l d s

t h a t s e m i c o n d u c t o r s w i t h s m a l l e r b a s e w i d t h s a r e a n d e l e c t r i c c u r r e n t s i n t h e u p p e r a t m o s p h e r e , " i ni n h e r e n t l y b e t t e r u n d e r r a d i a t i o n . F o r p o w e r r e c - " R o c k e t E x p l o r a t i o n i n t h e O u t e r A t m o s p h e r e , " R .t i f i e r s , t h e l i f e t i m e i n a r e a c t o r h a s b e e n f o u n d t o L . F . Boyd a n d M. S . S e a t o n , E d s . , Pergamonb e a f u n c t i o n o f b a s e w i d t h , w i t h a n i n c r e a s e o f 8 0 P r e s s , L o n d o n , E n g . ; 1 9 5 4 .t i m e s f o r a d e c r e a s e i n b a s e w i d t h from 4 . 5 t o [ 8 ] " S p a c e P r o b e s Program S t a t u s R e p o r t , " S p a c e0 , 8 mm. HF t r a n s i s t o r s , w h i c h must h a v e t h i n T e c h n o l o g y L a b s . , L o s A n g e l e s , C a l i f . , STL/TN-b a s e s , a r e i n h e r e n t l y more r a d i a t i o n t o l e r a n t [ 5 4 ] . 6 D u b i n , 0 " M e t e o r i c b ad n"nS t iThe use o f h i g h - g a i n a m p l i f i e r s w i t h l a r g e amounts U s e s o f E a r t h s a t e l l i t e s ,b J a r d m e n t " i n S c i e n t i f i co f f e e d b a c k w i l l a l s o i n c r e a s e t h e r a d i a t i o n l i f e - U n i v e r s i t y o f M i c h i g a n P r e s s , A n n A r b o r , p p . 2 9 2 -t i m e o f a s e m i c o n d u c t o r . 3 0 0 ; 1 9 5 6 .


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3 6 IRE TRANSACTIONS ON RELIABILITY AND QUA LIT Y CONTROL August[ 1 0 ] F . L . W h i p p l e , " M e t e o r i t e phenomena a n d meteo- [ 2 6 ] A . R o s e n , P . J . C o l e m a n , J r . , a n d C . P . S o n e t t ,r i t e s , " i n " P h y s i c s a n d M e d i c i n e o f t h e U p p e r A t - " I o n i z i n g r a d i a t i o n d e t e c t e d b y P i o n e e r I I , " P l a n e tm o s p h e r e , " C . S . W h i t e a n d 0 . 0 . B e n s o n , E d s . , S p a c e S c i . , v o l . 1 , p p . 3 4 3 - 3 4 6 ; 1 9 5 9 .U n i v e r s i t y o f Ne w M e x i c o P r e s s , A l b u q u er q u e , p p . [ 2 7 ] J . W. L i n d n e r t o R . B . Muchmore, " B a c k g r o u n d1 3 7 - 1 7 0 ; 1 9 5 2 . Measurements f o r Communication S a t e l l i t e , " S p a c e[ 1 1 ] D . B . B e a r d , " I n t e r p l a n e t a r y d u s t d i s t r i b u t i o n a n d T e c h n o l o g y L a b s . , Los A n g e l e s , C a l i f . , L e t t e rE r k i n e f f e c t s , " P r o c . 3 r d T y p e V e l o c i t y I m p a c t 7 3 2 0 . 3 - 1 7 3 ; December 3 0 , 1 9 5 9 .S y m p . , p . 3 0 1; 1 9 5 0 . [ 2 8 ] A . R o s e n , T . A . F a r l e y , a n d C . P . S o n e t t , " S o f t[ 1 2 ] R . F . H e n d e r s o n a n d P . S t a n l e y , 'The E f f e c t s o f R a d i a t i o n Measurements on E x p l o r e r V I , E a r t hM i c r o m e t e o r i t e s o n R e f l e c t o r y S u r f a c e s , " ( p a p e r , S a t e l l i t e , " S p a c e T e c h n o l o g y L a b s . , Los A n g e l e s ,n o d a t e ) . C a l i f .[ 1 3 ] A . M. M a y o , " B a si c e n v i r o n m en t a l p r o b l e m s re - [ 2 9 ] J . A . Van A l l e n a n d L . A . F r a n k , " R a d i a t i o n a r o u n dl a t i n g ma n a n d t h e a e r o s p a c e a s v i s u a l i z e d b y t h e t h e e a r t h t o a r a d i a l d i s t a n c e o f 1 0 7 k m , " N a t u r e ,a e r o n a u t i c a l e n g i n e e r , " i n " P h y s i c s a n d M e d i c i n e v o l . 1 8 3 , p . 4 3 0 ; 1 9 5 9 .o f t h e U p p e r A tm o s p h er e , " C . S . W h i t e a n d 0 . 0 . [ 3 0 ] J . A . Van A l l e n , " G e o m a g n e t i c a l l y t r a p p e d corpus-B e n s o n , E d s . , U n i v e r s i t y o f New M e x i c o P r e s s , c u l a r r a d i a t i o n , " J . G e o p h y s . R e s . , v o l . 6 9 , p . 1 6 8 3 ;A l b u q u e r q u e , p p . 6 - 2 2 ; 1 9 5 2 . November, 1 9 5 9 .[ 1 4 ] J . A . Van A l l e n , "The n a t u r e a n d i n t e n s i t y o f cos- [ 3 1 ] 5 . F . S i n g e r , "The C o r p u s c u l a r R a d i a t i o n E n v i r o n -mic r a d i a t i o n , " i n " P h y s i c s a n d M e d i c i n e o f t h e ment of. erth, AsTIa R a d i a t i o n E n v i r o n -Upper A t m o s p h e r e , " C . S . W h i t e a n d 0 . 0 . B e n s o n , ment o f t h e E a r t h , " ASTIA A D 2 1 6 3 1 2 ; J u n e 1 8 , 1 9 5 9 .E d s . , U n i v e r s i t y o f New Mexico P r e s s , A l b u q u e r - [ 3 2 ] " M a t e r i a l s Problems A s s o c i a t e d w i t h Thermalq ue , p p. 2 3 9 - 2 6 6 ; 1952.[2 MtrasPolm soitdwt hra

C o n t r o l o f S p a c e V e h i c l e s , " Ad Ho c Committee on[ 1 5 ] J . A . Van A l l e n , "Cosmic r a y o b s e r v a t i o n i n e a r t h Thermal C o n t r o l o f S p a c e V e h i c l e s , N a t l . A c a d . o fs a t e l l i t e s , " i n " S c i e n t i f i c Uses o f E a r t h S a t e l l i t e s , " S c i e n c e s , W a s h i n g t o n , D . C . , D r a f t R e p t . MAB-(;J . A . Van A l l e n , E d . , U n i v e r s i t y o f M i c h i g a n P r e s s , J u l y , 1 9 5 9 .An n A r b o r , p p . 1 7 1 - 1 9 3 ; 1 9 5 6 . [ 3 3 ] H . M. P r e s t o n a n d N . E . W a h l , " I n f l u e n c e o f U l t r a -[ 1 6 ] S . T . N e l s o n , " A B r i e f Summary o f Cosmic Ray v i o l e t a n d V a c u um Environments o f S t r u c t u r a lD a t a w i t h R e g a r d t o S p a c e V e h i c l e P r o t e c t i o n , " P l a s t i c s , " I n s t . o f E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e s , LosArmy B a l l i s t i c M i s s i l e A g e n c y , R e p t . DV-TR-59; A n g e l e s , C a l i f . ; A p r i l 6 - 8 , 1 9 6 0 .A p r i l 1 5 , 1 9 5 9 . [ 3 4 ] G . F . V a n d e r s c h m i d t a n d J . C . S i m o n s , J r . , " M a -[ 1 7 ] " S p a c e R a d i a t i o n a s a n E n v i r o n m e n t a l C o n s t i t u e n t , " t e r i a l s u b l i m a t i o n a n d s u r f a c e e f f e c t s i n h i g hR a d . E f f e c t s I n f o r m a t i o n C t r . , B a t e l l e Memorial v a c u u m , " i n "Symposium, S u r f a c e E f f e c t s o n S p a c e -I n s t . , C o l u m b u s , O h i o , REIC M e m o 1 9 ; J a n u a r y 1 5 , c r a f t M a t e r i a l s , " J o h n W i l e y a n d S o n s , I n c . , Ne w1 9 6 0 . Y o r k , N . Y . ; 1 9 6 0 .[ 1 8 ] B . V . W a c h o l d e r a n d E . F a y e r , " C r i t i c a l E n v i r o n - [ 3 5 ] A . W e i s s b e r g e r , " P h y s i c a l Methods o f O r g a n i cments E n c o u n t e r e d by H i g h A l t i t u d e V e h i c l e s , " C h e m i s t r y , " I n t e r s c i e n c e P u b l i s h e r s , I n c . , New( p a p e r , 1 9 6 0 ) . Y o r k , N . Y . , v o l . 1 ; 1 9 5 9 .[ 1 9 ] F . S . J o h n s o n , " T h e s o l a r c o n s t a n t , " J . M e t e o r o l . , [ 3 6 ] M. R . A c t e r , " E f f e c t s o f h i g h v a c u u m on mechani-v o l . 2 , n o . 6 , p . 4 3 1 ; 1 9 5 4 . c a l p r o p e r t i e s , " i n " S y m p o s i u m , S u r f a c e E f f e c t s20] A. RosentoR . B . M u c h m r e , " R a d i a t i o n E n v i r o n - o n S p a c e c r a f t M a t e r i a l s , " J o h n W i l e y a n d S o n s ,[ 2 0 ] A . Rosen t o R . B . Muchmore, " R a d i a t i o n E n v i r o n - I n c . , New Y o r k , N . Y . ; 1 9 6 0 .ment o f C o m m u n i c a t i o n S a t e l l i t e , " S p a c e T e c h n o l o -g y L a b s . , Los A n g e l e s , C a l i f . , L e t t e r 7 4 3 0 . 2 - 1 2 1 ; [ 3 7 ] F . J . C l a u s s , " S u r f a c e E f f e c t s o n M a t e r i a l s i n NearDecember 2 9 , 1 9 5 9 . S p a c e , " I n s t . o f A e r o n a u t . S c i e n c e s , S a n F r a n c i s c o ,C a l i f . ; December 1 7 , 1 9 5 9 .[ 2 1 ] P e r s o n a l c o n s e r v a t i o n w i t h A . R o s e n , S p a c e Tech-n o l o g y L a b s . , Los A n g e l e s , C a l i f . , May 2 6 , 1 9 6 0 . [ 3 8 ] C . G a z l e y , W. W. K e l l o g g , a n d E . H . V e s t i n e , " S p a c eV e h i c l e E n v i r o n m e n t , " X T h e RAND C o r p . , S a n t a[ 2 2 ] J . A . Va n A l l e n , A . H . L u d w i g , E . C . R a y , a n d C . E . M o n i c a , C a l i f . , R e p t . N o . P - 1 3 3 5 .M c l l w a i n , " S o m e P r e l i m i n a r y R e p o r t s o f E x p e r i -ments i n S a t e l l i t e s 1 9 5 8 A l p h a a n d 1 9 5 8 Gamma," [ 3 9 ] R . L . B j o r k a n d C . G a z l e y , J r . , " E s t i m a t e d DamageN a t l . A c a d . o f S c i e n c e s , N a t l . R e s . C o u n c i l , Wash- t o S p a c e V e h i c l e s b y M et eo r oi d s, " ASTIA A Di n g t o n , D . C . , IGY S a t e l l i t e , R e p t . S e r . N o . 3 , p p . 2 3 0 0 7 3 ; F e b r u a r y 2 0 , 1 9 5 9 .7 3 - 9 2 ; 1 9 5 8 . [ 4 0 ] J . J . Hardwood, H . H . H a u s n e y , J . G . M o r s e , a n d[ 2 3 ] J . A . Van A l l e n , C . E . M c l l w a i n , a n d B . H . L u d w i g , W. A . R a u c h , " E f f e c t s o f R a d i a t i o n on M a t e r i a l s ," R a d i a t i o n o b s e r v a t i o n w i t h S a t e l l i t e 1 9 5 8 , " J . R e i n h o l d P u b l i s h i n g C o . , Ne w Y o r k , N . Y . ; 1 9 5 8 .G e o p h y s . R e s . , v o l . 6 4 , p p . 2 7 1 - 2 8 6 ; 1 9 5 9 . [ 4 1 ] J . J . L i n n e n b o m , " E f f e c t s o f r a d i a t i o n o n mater-[ 2 4 ] A . R o s e n , C . P . S o n e t t , a n d P . J . C o l e m a n , J r . , i a l s , " I n s u l a t i o n ; J a n u a r y , F e b r u a r y , a n d M a r c h ," I o n i z i n g r a d i a t i o n a t a l t i t u d e s o f 3 5 0 0 t o 3 6 , 0 0 0 1 9 6 0 .k i l o m e t e r s , " J . G e o p h y s . R e s . , v o l . 6 4 , , p p . 7 0 9 - 7 1 2 ; [ 4 2 ] R . L . P l a z m a n , "What i s i o n i z i n g r a d i a t i o n ? " S c i .J u l y , 1 9 5 9 . Am. v o l . 2 0 1 ; S e p t e m b e r , 1 9 5 9 .[ 2 5 ] J . W. L i n d n e r , " E x p l o r a t i o n o f t he T e r r e s t r i a l Radi- [ 4 3 ] F . A . B o v e y , " T h e E f f e c t s o f I o n i z i n g R a d i a t i o n ona t i o n B e l t , " S p a c e T e c h n o l o g y L a b s . , L o s A n g e l e s , N a t ur a l a n d S y n t h e t i c H i g h P o l y m e r s , " I n t e r s c i e n c eC a l i f . , STL/TR-59-0000-00625; March 1 0 , 1 9 5 9 . P u b l i s h e r s , I n c . , N ew Y o r k , N . Y . , 1 9 5 8 .


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1 9 6 1 L E H R AN D TRONOLONE: SPACE ENVIRONMENT; E F F E C T S ON MATERIALS AN D PARTS 3 7[ 4 4 ] G . J . D i e n e s a n d G . H . V i n e y a r , " R a d i a t i o n E f f e c t s [ 5 1 ] D . E . H i l l , ' E l e c t r o n Bombardment o f S i l i c o n s , "i n S o l i d s , " I n t e r s c i e n c e P u b l i s h e r s , I n c . , New Y o r k , BA PS 1 , p . 3 2 1 ; 1 9 5 6 .N . Y . ; 1 9 5 7 . [ 5 2 ] F . J . R e i d , ' T h e E f f e c t o f N u c l e a r R a d i a t i o n o n[ 4 5 ] D . P i c k n e r , " R a d i a t i o n damage i n m e t a l s , " E n g r g . S e m i c o n d u c t o r D e v i c e s , " R a d . E f f e c t s I n f o r m a t i o na n d D e s i g n ; J a n u a r y , 1 9 6 0 . C t r . , B a t e l l e Memorial I n s t . , C o l u m b u s , O h i o , REIC[ 4 6 ] W. C . R i l e y , W. G . C o p p i n s , a n d W. H . D u c k w o r t h , R e p t . N o . 1 0 ; A p r i l 3 0 , 1 9 6 0 .' T h e E f f e c t o f N u c l e a r R a d i a t i o n on G l a s s , " R a c i . [ 5 3 ] J . M. Denney a n d D . Pomeroy, ' R a d i a t i o n damage

E f f e c t s I n f o r m a t i o n C t r . , B a t e l l e Memorial I n s t . , a n d t r a n s i s t o r l i f e i n s a t e l l i t e s , " P r o c . IR E ( C o r -C o l u m b u s , O h i o , REIC M e m o 9 ; November 3 0 , 1 9 5 8 . r e s p o n d e n c e ) , v o l . 4 8 , p p . 9 5 0 - 9 5 2 ; M a y , 1 9 6 0 .[ 4 7 ] P e r s o n a l c o n v e r s a t i o n s w i t h P . M. C o o l , P . W. [ 5 4 ] G . C . H u t h , 'The E f f ec t o f V a r i a t i o n o f t h e W i d t h o fW a l l a c e , J . B . M e c k l e , a n d V . L . L a n z a , Raychem t h e Base R e g i o n o n t h e R a d i a t i o n T o l e r a n c e o fC o r p . , Redwood C i t y , C a l i f . S i l i c o n D i o d e s , " A i r c r a f t N u c l e a r P r o p u l s i o n D e p t . ,[ 4 8 ] J . R . C r i t t e n d e n , ' N u c l e a r R a d i a t i o n a n d E l e c t r o n - GE C o . , C in c in n a t i , O h i o .i c E q u i p m e n t , " GE C o . , C in c in n at i , O h i o ; May, [ 5 5 ] S . C . F r i e d e n a n d R . S . W h i t e , J . G e o p h y s . R e s . ,1 9 5 9 . v o l . 6 5 , p . 1 3 7 7 ; May, 1 9 6 0 .[ 4 9 ] S . P . K a p r i e l y a n , ' W h a t r a d i a t i o n d o e s t o e l e c t r o n i c [ 5 6 ] ' S a t e l l i t e Systems E n g i n e e r i n g M a t e r i a l S p e c i f i c a -c o m p o n e n t s , " A i r c r a f t a n d M i s s i l e s , p p . 1 8 - 2 1 ; t i o n , " M i s s i l e s a n d S p a c e D i v . , L o c k h e e d A i r c r a f tJ a n u a r y , 1 9 6 0 . C o r p . , S u n n y v a l e , C a l i f . , A - M S 3 - 1 0 2 0 C ; A p r i l 6 ,[ 5 0 ] 'Symposium o n R a d i a t i o n E f f e c t s o n M a t e r i a l s , " 1 9 6 0 .Am. S o c . f o r T e s t i n g M a t er i a l s , P hi l a d el p hi a , P a . ,v o l s . 1 - 3 ; 1 9 5 6 - 1 9 5 8 .

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The Space Enviroment and Its Effects on Materials and Component Parts