Едно от най-големите предизвикателства за работа и живот в космоса е заплахата, причинена от радиацията. Освен слънчеви и космически лъчи, които са опасни за здравето на астронавтите, има и йонизиращо лъчение, което застрашава електронното им оборудване. Това изисква всички космически кораби, спътници и космически станции, изпратени на орбита, да бъдат екранирани, като се използват материали, които често са доста тежки и / или скъпи.
Търсейки да създаде алтернативи, екип от инженери излезе с нова техника за производство на радиационна защита, която е по-лека и по-икономична от съществуващите методи. Тайната съставка според наскоро публикуваните им изследвания са метални оксиди (известни още като ръжда). Този нов метод може да има множество приложения и да доведе до значителен спад в разходите, свързани с космическите изстрелвания и космическите полети.
Изследването на изследователския екип се появи онлайн и ще бъде включено в броя на научното списание за юни 2020 г. Лъчева физика и химия, Изследването е проведено от Майкъл ДеВанцо, старши системен инженер в Lockheed Martin Space, и Робърт Б. Хайес, доцент по ядрена техника в държавния университет в Северна Каролина.
Казано по-просто, йонизиращата радиация отлага енергия върху атомите и молекулите, с които взаимодейства, причинявайки загуба на електрони и произвеждайки йони. На Земята този вид радиация не е проблем, благодарение на защитното магнитно поле на Земята и плътната атмосфера. В космоса обаче йонизиращата радиация е много често срещана и идва от три източника - галактически космически лъчи (GCRs), слънчеви частици на пламъци и радиационни пояси на Земята (известен още като поясите на Van Allen).
За да се предпазят от този вид радиация, космическите агенции и търговските производители на космически космически апарати обикновено поставят чувствителна електроника в метални кутии. Докато метали като олово или обеднен уран осигуряват най-голяма защита, този вид екраниране би добавил значително тегло на космически кораб.
Ето защо алуминиевите кутии са предпочитани, тъй като се смята, че осигуряват най-доброто компромис между теглото на щита и защитата, която ще осигури. Както обясни проф. Хейс, той и ДеВанцо се опитаха да проучат материали, които биха могли да осигурят по-добра защита и допълнително намаляване на общото тегло на космическите кораби:
„Нашият подход може да се използва за поддържане на същото ниво на радиационна защита и намаляване на теглото с 30% или повече, или бихте могли да поддържате същото тегло и да подобрите екранирането с 30% или повече - в сравнение с най-широко използваните техники на екраниране. Така или иначе, подходът ни намалява обема пространство, заето от екранирането. "
Техниката, която той и ДеВанцо разработва, разчита на смесването на прахообразен окислен метал (ръжда) в полимер и след това го включи в общо покритие, което след това се прилага върху електрониката. В сравнение с металните прахове, металните оксиди предлагат по-малко екраниране, но също така са по-малко токсични и не създават същите електромагнитни проблеми, които биха могли да попречат на електрониката на космическия кораб. Както обясни DeVanzo:
„Изчисленията за транспорт на радиация показват, че включването на праха от метален оксид осигурява екраниране, съпоставимо с конвенционалния щит. При ниски енергии прахът от метален оксид намалява както гама-лъчението към електрониката с коефициент 300, така и увреждането на неутронното лъчение с 225%. “
„В същото време покритието е по-малко обемно от екраниращата кутия“, добави Хейс. „И при изчислителни симулации, най-лошото представяне на оксидното покритие все още поглъща 30% повече радиация от конвенционалния щит със същото тегло. На всичкото отгоре, оксидните прахови частици са много по-евтини от същото количество от чистия метал. "
В допълнение към намаляването на теглото и цената на космическата електроника, този нов метод може потенциално да намали нуждата от конвенционално екраниране при космически мисии. Гледайки напред, DeVanzo и Hayes ще продължат да прецизират и тестват техниката си на екраниране за различни приложения и търсят партньори в индустрията, които да им помогнат да развият технологията за използване в индустрията.
