Una dintre cele mai mari provocări de a lucra și de a trăi în spațiu este amenințarea reprezentată de radiații. În plus față de razele solare și cosmice care sunt periculoase pentru sănătatea astronauților, există și radiații ionizante care amenință echipamentul lor electronic. Aceasta necesită ca toate navele spațiale, sateliții și stațiile spațiale care sunt trimise pe orbită să fie protejate folosind materiale care sunt adesea destul de grele și / sau costisitoare.
În căutarea de a crea alternative, o echipă de ingineri a venit cu o nouă tehnică de producere a ecranării împotriva radiațiilor care este ușoară și mai rentabilă decât metodele existente. Ingredientul secret, potrivit cercetărilor lor publicate recent, sunt oxizii metalici (de asemenea, rugina). Această nouă metodă ar putea avea numeroase aplicații și poate duce la o scădere semnificativă a costurilor asociate lansărilor spațiale și fluxurilor spațiale.
Studiul echipei de cercetare a apărut online și va fi inclus în numărul din iunie 2020 al revistei științifice Fizica și chimia radiațiilor. Studiul a fost realizat de Michael DeVanzo, un inginer de sistem senior la Lockheed Martin Space, și de Robert B.Hayes, profesor asociat de inginerie nucleară la Universitatea de Stat din Carolina de Nord.
În mod simplu, radiațiile ionizante depun energie pe atomii și moleculele cu care interacționează, determinând pierderea electronilor și producerea de ioni. Pe Pământ, acest tip de radiații nu este o problemă, datorită câmpului magnetic protector al Pământului și a atmosferei dense. Cu toate acestea, în spațiu, radiațiile ionizante sunt foarte frecvente și provin din trei surse - raze cosmice galactice (GCR), particule solare de flacără și curele de radiații ale Pământului (de asemenea, Ben Allen Belts).
Pentru a proteja împotriva acestui tip de radiații, agențiile spațiale și producătorii aerospațiali comerciali vor îngloba de obicei electronice sensibile în cutii metalice. În timp ce metalele precum plumbul sau uraniul epuizat oferă cea mai mare protecție, acest tip de ecranare ar adăuga o cantitate semnificativă de greutate unei nave spațiale.
De aici sunt preferate cutiile din aluminiu, deoarece se crede că acestea oferă cea mai bună schimbare între greutatea scutului și protecția pe care o va oferi. După cum a explicat prof. Hayes, el și DeVanzo au căutat să investigheze materiale care ar putea oferi o mai bună protecție și reduce greutatea totală a navei spațiale în continuare:
„Abordarea noastră poate fi folosită pentru a menține același nivel de protecție împotriva radiațiilor și pentru a reduce greutatea cu 30% sau mai mult, sau puteți menține aceeași greutate și pentru a îmbunătăți ecranarea cu 30% sau mai mult - în comparație cu cele mai utilizate tehnici de ecranare. În orice caz, abordarea noastră reduce volumul de spațiu ocupat prin ecranare. ”
Tehnica pe care el și DeVanzo a dezvoltat-o se bazează pe amestecarea metalului oxidat sub formă de pulbere (rugina) într-un polimer și apoi încorporarea acesteia într-un înveliș comun care este apoi aplicat electronice. În comparație cu pulberile metalice, oxizii metalici oferă mai puțin ecranare, dar sunt, de asemenea, mai puțin toxici și nu prezintă aceleași probleme electromagnetice care ar putea interfera cu electronica unei nave spațiale. După cum a explicat DeVanzo:
„Calculele de transport prin radiație arată că includerea pulberii de oxid de metal oferă o ecranare comparabilă cu un scut convențional. La energii scăzute, pulberea de oxid de metal reduce atât radiația gamma la electronică cu un factor de 300, cât și radiațiile neutronice cu 225%. ”
„În același timp, acoperirea este mai puțin voluminoasă decât o cutie de ecranare”, a adăugat Hayes. „Și în simulări de calcul, cele mai proaste performanțe ale acoperirii cu oxid au absorbit încă cu 30% mai multă radiație decât un scut convențional de aceeași greutate. În plus, particulele de oxid sunt mult mai puțin costisitoare decât aceeași cantitate de metal pur. "
Pe lângă reducerea greutății și a costurilor electronice bazate pe spațiu, această nouă metodă ar putea reduce nevoia de ecranare convențională în misiunile spațiale. Privind în viitor, DeVanzo și Hayes vor continua să regleze și să testeze tehnica de ecranare pentru diverse aplicații și caută parteneri din industrie care să îi ajute să dezvolte tehnologia pentru utilizarea industriei.
