Jednou z největších výzev práce a života ve vesmíru je hrozba, kterou představuje radiace. Kromě slunečního a kosmického záření, které je nebezpečné pro zdraví astronautů, existuje také ionizující záření, které ohrožuje jejich elektronická zařízení. To vyžaduje, aby všechny kosmické lodě, satelity a vesmírné stanice, které jsou vyslány na oběžnou dráhu, byly chráněny materiály, které jsou často poměrně těžké a/nebo drahé.
Při snaze vytvořit alternativy přišel tým inženýrů s novou technikou pro výrobu stínění proti záření, která je lehká a nákladově efektivnější než stávající metody. Tajná přísada, podle jejich nedávno publikovaný výzkum , je oxidy kovů (aka. rez). Tato nová metoda by mohla mít četné aplikace a vést k výraznému poklesu nákladů spojených se starty do vesmíru a lety do vesmíru.
Studie výzkumného týmu se objevila online a bude zahrnuta do vydání vědeckého časopisu z června 2020 Radiační fyzika a chemie . Studii provedl Michael DeVanzo, senior systémový inženýr ve společnosti Lockheed Martin Space , a Robert B.Hayes, docent jaderného inženýrství na Státní univerzita v Severní Karolíně .
Vizualizované elektromagnetické spektrum. Kredit: NASA
Jednoduše řečeno, ionizující záření ukládá energii na atomy a molekuly, se kterými interaguje, způsobuje ztrátu elektronů a produkci iontů. Na Zemi tento typ záření není problém, díky ochrannému magnetickému poli Země a husté atmosféře. v prostor ionizující záření je však velmi běžné a pochází ze tří zdrojů – galaktické kosmické záření (GCR), částice slunečních erupcí a zemské radiační pásy (aka. Van Allenovy pásy).
Aby se ochránili před tímto typem záření, kosmické agentury a komerční výrobci leteckého a kosmického průmyslu obvykle uzavírají citlivou elektroniku do kovových krabic. Zatímco kovy jako olovo nebo ochuzený uran poskytují největší ochranu, tento druh stínění by kosmické lodi přidal značné množství hmotnosti.
Proto jsou preferovány hliníkové boxy, protože se předpokládá, že poskytují nejlepší kompromis mezi hmotností štítu a ochranou, kterou poskytne. Jako prof. Hayes vysvětlil , on a DeVanzo se snažili prozkoumat materiály, které by mohly poskytnout lepší ochranu a dále snížit celkovou hmotnost kosmické lodi:
„Náš přístup lze použít k udržení stejné úrovně radiačního stínění a snížení hmotnosti o 30 % nebo více, nebo můžete zachovat stejnou hmotnost a zlepšit stínění o 30 % nebo více – ve srovnání s nejrozšířenějšími stínícími technikami. Ať tak či onak, náš přístup snižuje objem prostoru, který zabírá stínění.“
Technika, kterou on a DeVanzo vyvinuli, se opírá o smíchání práškového oxidovaného kovu (rez) do polymeru a jeho začlenění do společného povlaku, který se poté aplikuje na elektroniku. Ve srovnání s kovovými prášky nabízejí oxidy kovů menší stínění, ale jsou také méně toxické a nepředstavují stejné elektromagnetické problémy, které by mohly rušit elektroniku kosmické lodi. Jako DeVanzo vysvětlil :
„Výpočty transportu záření ukazují, že zahrnutí prášku oxidu kovu poskytuje stínění srovnatelné s konvenčním stíněním. Při nízkých energiích prášek oxidu kovu snižuje gama záření na elektroniku faktorem 300 a poškození neutronovým zářením o 225 %.
'Zároveň je povlak méně objemný než stínící box,' dodal Hayes. „A ve výpočtových simulacích nejhorší výkon oxidového povlaku stále absorboval o 30 % více záření než konvenční štít o stejné hmotnosti. Kromě toho jsou částice oxidu mnohem levnější než stejné množství čistého kovu.
Kromě snížení hmotnosti a nákladů na vesmírnou elektroniku by tato nová metoda mohla potenciálně snížit potřebu konvenčního stínění při vesmírných misích. Do budoucna budou DeVanzo a Hayes pokračovat v dolaďování a testování své techniky stínění pro různé aplikace a hledají průmyslové partnery, kteří by jim pomohli vyvinout technologii pro průmyslové použití.
Další čtení: NCSU , Radiační fyzika a chemie