Однією з найбільших проблем роботи та життя в космосі є загроза, яку створює радіація. Окрім сонячних та космічних променів, небезпечних для здоров’я космонавтів, існує також іонізуюче випромінювання, яке загрожує їхньому електронному обладнанню. Це вимагає, щоб усі космічні апарати, супутники та космічні станції, що відправляються на орбіту, були екрановані за допомогою матеріалів, які часто є досить важкими та / або дорогими.
Прагнучи створити альтернативи, команда інженерів придумала нову техніку виготовлення радіаційного екранування, яка легша і економічно вигідніша, ніж існуючі методи. Таємним інгредієнтом, згідно з нещодавно опублікованим дослідженням, є оксиди металів (ака. Іржа). Цей новий метод може мати численні застосування та призвести до значного зниження витрат, пов’язаних із запуском космічних та космічних польотів.
Дослідження дослідницької групи з’явилось в Інтернеті і буде включено до випуску наукового журналу про червень 2020 року Радіаційна фізика та хімія. Дослідження проводили Майкл ДеВанцо, старший системний інженер Lockheed Martin Space, і Роберт Б.Хейс, доцент ядерної інженерії Державного університету Північної Кароліни.
Простіше кажучи, іонізуюче випромінювання відкладає енергію на атоми та молекули, з якими вона взаємодіє, внаслідок чого втрачаються електрони і виробляються іони. На Землі цей тип випромінювання не є проблемою, завдяки захисному магнітному полю Землі та щільній атмосфері. У космосі, однак, іонізуюче випромінювання є дуже поширеним і походить з трьох джерел - галактичних космічних променів (GCRs), сонячних спалахуючих частинок та радіаційних поясів Землі (ака. Пояси Ван Аллена).
Для захисту від подібного випромінювання космічні агенції та комерційні виробники аерокосмічних систем зазвичай містять чутливу електроніку в металевих ящиках. Хоча такі метали, як свинцевий або збіднений уран, забезпечують найбільшу захист, такий вид екранування додав би значній вазі космічному апарату.
Тому перевагу мають алюмінієві коробки, оскільки, як вважається, вони забезпечують найкращий компроміс між вагою щита та захистом, який він забезпечить. Як пояснив професор Хейс, він та ДеВанцо прагнули дослідити матеріали, які могли б забезпечити кращий захист та зменшити загальну вагу космічних кораблів:
"Наш підхід може бути використаний для підтримки однакового рівня захисного випромінювання та зменшення ваги на 30% або більше, або ви могли б підтримувати ту саму вагу та покращувати екранування на 30% і більше - порівняно з найбільш широко використовуваними методами екранування. Так чи інакше, наш підхід зменшує обсяг простору, який займає екранування ».
Техніка, яку він та ДеВанцо розробив, покладається на змішування порошкоподібного окисленого металу (іржі) у полімер, а потім його включення до загального покриття, яке потім наноситься на електроніку. Порівняно з металевими порошками, оксиди металів пропонують менше екранування, але також менш токсичні і не створюють однакових електромагнітних проблем, які можуть заважати електроніці космічного корабля. Як пояснив ДеВанцо:
“Розрахунки радіаційного транспорту показують, що включення порошку оксиду металу забезпечує екранування, порівнянне зі звичайним екраном. При низькій енергії порошок оксиду металу знижує гамма-випромінювання електроніки в 300 разів, а пошкодження нейтронного випромінювання - на 225%. "
"У той же час покриття менш об'ємне, ніж екрануюча коробка", - додав Хейс. «А в обчислювальних моделюваннях найгірші показники оксидного покриття все-таки поглинали на 30% більше випромінювання, ніж звичайний щит такої ж ваги. Крім того, оксидні частинки коштують набагато дешевше, ніж та сама кількість чистого металу ».
Окрім зменшення ваги та вартості космічної електроніки, цей новий метод може потенційно зменшити потребу в звичайному екрануванні під час космічних місій. Забігаючи наперед, DeVanzo та Hayes продовжуватимуть налагоджувати та перевіряти свою техніку екранування для різних застосувань та шукають партнерів у галузі, які допоможуть їм розробити технологію для використання в промисловості.
