Jednym z największych wyzwań pracy i życia w przestrzeni kosmicznej jest zagrożenie ze strony promieniowania. Oprócz promieni słonecznych i kosmicznych, które są niebezpieczne dla zdrowia astronautów, istnieje także promieniowanie jonizujące, które zagraża ich sprzętowi elektronicznemu. Wymaga to ekranowania wszystkich statków kosmicznych, satelitów i stacji kosmicznych wysyłanych na orbitę przy użyciu materiałów, które często są dość ciężkie i / lub drogie.
Aby stworzyć alternatywy, zespół inżynierów opracował nową technikę produkcji ekranowania radiacyjnego, która jest lekka i bardziej opłacalna niż istniejące metody. Sekretnym składnikiem, zgodnie z ich niedawno opublikowanymi badaniami, są tlenki metali (inaczej rdza). Ta nowa metoda może mieć wiele zastosowań i prowadzić do znacznego spadku kosztów związanych z wystrzeliwaniem kosmosu i lotem kosmicznym.
Badanie zespołu badawczego pojawiło się w Internecie i zostanie uwzględnione w numerze czasopisma naukowego z czerwca 2020 r Fizyka i chemia promieniowania. Badanie zostało przeprowadzone przez Michaela DeVanzo, starszego inżyniera systemów w Lockheed Martin Space i Roberta B.Hayesa, profesora inżynierii jądrowej na Uniwersytecie Stanowym Karoliny Północnej.
Mówiąc prosto, promieniowanie jonizujące odkłada energię na atomy i cząsteczki, z którymi oddziałuje, powodując utratę elektronów i wytwarzanie jonów. Na Ziemi ten rodzaj promieniowania nie stanowi problemu dzięki ochronnemu polu magnetycznemu Ziemi i gęstej atmosferze. Jednak w kosmosie promieniowanie jonizujące jest bardzo powszechne i pochodzi z trzech źródeł - galaktycznych promieni kosmicznych (GCR), cząstek rozbłysków słonecznych i ziemskich pasów radiacyjnych (aka. Pasy Van Allena).
Aby zabezpieczyć się przed tego rodzaju promieniowaniem, agencje kosmiczne i komercyjni producenci samolotów zwykle umieszczają wrażliwą elektronikę w metalowych skrzynkach. Podczas gdy metale, takie jak ołów lub zubożony uran, zapewniają największą ochronę, ten rodzaj osłony zwiększyłby wagę statku kosmicznego.
Dlatego preferowane są skrzynki aluminiowe, ponieważ uważa się, że zapewniają najlepszy kompromis między ciężarem tarczy a ochroną, którą zapewni. Jak wyjaśnił prof. Hayes, on i DeVanzo starali się zbadać materiały, które mogłyby zapewnić lepszą ochronę i dalsze zmniejszenie ogólnej masy statku kosmicznego:
„Nasze podejście może być wykorzystane do utrzymania tego samego poziomu ekranowania radiacyjnego i zmniejszenia masy o 30% lub więcej, lub możesz utrzymać ten sam ciężar i poprawić ekranowanie o 30% lub więcej - w porównaniu z najczęściej stosowanymi technikami ekranowania. Tak czy inaczej, nasze podejście zmniejsza objętość przestrzeni zajmowanej przez ekranowanie. ”
Technika opracowana przez niego i DeVanzo polega na zmieszaniu sproszkowanego utlenionego metalu (rdzy) z polimerem, a następnie wbudowaniu go we wspólną powłokę, którą następnie nanosi się na elektronikę. W porównaniu z proszkami metali, tlenki metali zapewniają mniejsze ekranowanie, ale są również mniej toksyczne i nie powodują takich samych problemów elektromagnetycznych, które mogłyby zakłócać elektronikę statku kosmicznego. Jak wyjaśnił DeVanzo:
„Obliczenia transportu promieniowania pokazują, że włączenie proszku tlenku metalu zapewnia ekranowanie porównywalne z konwencjonalnym ekranem. Przy niskich energiach proszek tlenku metalu zmniejsza zarówno promieniowanie gamma do elektroniki 300 razy, jak i uszkodzenie neutronowe o 225%. ”
„Jednocześnie powłoka jest mniej obszerna niż pudełko ochronne” - dodał Hayes. „A w symulacjach obliczeniowych najgorsza wydajność powłoki tlenkowej nadal pochłaniała o 30% więcej promieniowania niż konwencjonalna osłona o tej samej masie. Ponadto cząstki tlenku są znacznie tańsze niż ta sama ilość czystego metalu. ”
Oprócz zmniejszenia masy i kosztów elektroniki kosmicznej ta nowa metoda może potencjalnie zmniejszyć potrzebę konwencjonalnego ekranowania podczas misji kosmicznych. Patrząc w przyszłość, DeVanzo i Hayes będą nadal dostrajać i testować swoją technikę ekranowania dla różnych zastosowań i szukają partnerów branżowych, którzy pomogą im opracować technologię do użytku przemysłowego.
