Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις της εργασίας και της διαβίωσης στο διάστημα είναι η απειλή που δημιουργεί η ακτινοβολία. Εκτός από τις ηλιακές και κοσμικές ακτίνες που είναι επικίνδυνες για την υγεία των αστροναυτών, υπάρχει επίσης ιονίζουσα ακτινοβολία που απειλεί τον ηλεκτρονικό εξοπλισμό τους. Αυτό απαιτεί όλα τα διαστημικά σκάφη, οι δορυφόροι και οι διαστημικοί σταθμοί που αποστέλλονται σε τροχιά να προστατεύονται χρησιμοποιώντας υλικά που συχνά είναι αρκετά βαρύ και / ή ακριβό.
Ψάχνοντας να δημιουργήσουν εναλλακτικές λύσεις, μια ομάδα μηχανικών βρήκε μια νέα τεχνική για την παραγωγή θωράκισης ακτινοβολίας που είναι ελαφριά και πιο οικονομική από τις υπάρχουσες μεθόδους. Το μυστικό συστατικό, σύμφωνα με την πρόσφατα δημοσιευμένη έρευνα τους, είναι τα οξείδια μετάλλων (γνωστός και ως σκουριά). Αυτή η νέα μέθοδος θα μπορούσε να έχει πολλές εφαρμογές και να οδηγήσει σε σημαντική μείωση του κόστους που σχετίζεται με τις εκτοξεύσεις στο διάστημα και τη διαστημική πτήση.
Η μελέτη της ερευνητικής ομάδας εμφανίστηκε στο διαδίκτυο και θα συμπεριληφθεί στο τεύχος Ιουνίου 2020 του επιστημονικού περιοδικού Φυσική και Χημεία Ακτινοβολίας. Η μελέτη διεξήχθη από τον Michael DeVanzo, ανώτερο μηχανικό συστημάτων στο Lockheed Martin Space και τον Robert B.Hayes, αναπληρωτή καθηγητή πυρηνικής μηχανικής στο Πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας.
Με απλά λόγια, η ιονίζουσα ακτινοβολία αποθέτει ενέργεια στα άτομα και τα μόρια με τα οποία αλληλεπιδρά, προκαλώντας απώλεια ηλεκτρονίων και παράγοντας ιόντα. Στη Γη, αυτός ο τύπος ακτινοβολίας δεν αποτελεί πρόβλημα, χάρη στο προστατευτικό μαγνητικό πεδίο της Γης και την πυκνή ατμόσφαιρα. Στο διάστημα, ωστόσο, η ιονίζουσα ακτινοβολία είναι πολύ συχνή και προέρχεται από τρεις πηγές - γαλαξιακές κοσμικές ακτίνες (GCR), σωματίδια ηλιακής φλόγας και ζώνες ακτινοβολίας της Γης (γνωστές και ως ζώνες Van Allen).
Για την προστασία από αυτόν τον τύπο ακτινοβολίας, οι διαστημικοί φορείς και οι εμπορικοί κατασκευαστές αεροδιαστημικής θα περικλείουν τυπικά ευαίσθητα ηλεκτρονικά σε μεταλλικά κουτιά. Ενώ μέταλλα όπως το μόλυβδο ή το απεμπλουτισμένο ουράνιο παρέχουν τη μεγαλύτερη προστασία, αυτό το είδος θωράκισης θα προσθέσει σημαντική ποσότητα βάρους σε ένα διαστημικό σκάφος.
Ως εκ τούτου, προτιμάται τα κουτιά αλουμινίου, καθώς πιστεύεται ότι παρέχουν την καλύτερη αντιστάθμιση μεταξύ του βάρους της ασπίδας και της προστασίας που θα παρέχει. Όπως εξήγησε ο καθηγητής Hayes, αυτός και ο DeVanzo προσπάθησαν να ερευνήσουν υλικά που θα μπορούσαν να παρέχουν καλύτερη προστασία και να μειώσουν περαιτέρω το συνολικό βάρος του διαστημικού σκάφους:
«Η προσέγγισή μας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διατήρηση του ίδιου επιπέδου θωράκισης ακτινοβολίας και τη μείωση του βάρους κατά 30% ή περισσότερο, ή θα μπορούσατε να διατηρήσετε το ίδιο βάρος και να βελτιώσετε τη θωράκιση κατά 30% ή περισσότερο - σε σύγκριση με τις πιο διαδεδομένες τεχνικές θωράκισης. Σε κάθε περίπτωση, η προσέγγισή μας μειώνει τον όγκο του χώρου που καταλαμβάνεται με θωράκιση. "
Η τεχνική που ανέπτυξε αυτός και ο DeVanzo βασίζεται στην ανάμιξη του κονιοποιημένου οξειδωμένου μετάλλου (σκουριά) σε ένα πολυμερές και στη συνέχεια την ενσωμάτωσή του σε μια κοινή επίστρωση που στη συνέχεια εφαρμόζεται στα ηλεκτρονικά. Σε σύγκριση με τις μεταλλικές σκόνες, τα μεταλλικά οξείδια προσφέρουν λιγότερη θωράκιση, αλλά είναι επίσης λιγότερο τοξικά και δεν δημιουργούν τα ίδια ηλεκτρομαγνητικά ζητήματα που θα μπορούσαν να επηρεάσουν τα ηλεκτρονικά ενός διαστημικού σκάφους. Όπως εξήγησε ο DeVanzo:
«Οι υπολογισμοί μεταφοράς ακτινοβολίας δείχνουν ότι η συμπερίληψη της σκόνης μεταλλικού οξειδίου παρέχει θωράκιση συγκρίσιμη με μια συμβατική ασπίδα. Σε χαμηλές ενέργειες, η σκόνη μεταλλικού οξειδίου μειώνει τόσο την ακτινοβολία γάμμα στα ηλεκτρονικά κατά συντελεστή 300 όσο και τη ζημιά από την ακτινοβολία νετρονίων κατά 225%. "
«Ταυτόχρονα, η επίστρωση είναι λιγότερο ογκώδης από ένα προστατευτικό κουτί», πρόσθεσε ο Hayes. «Και σε υπολογιστικές προσομοιώσεις, η χειρότερη απόδοση της επίστρωσης οξειδίου εξακολουθούσε να απορροφά 30% περισσότερη ακτινοβολία από μια συμβατική ασπίδα του ίδιου βάρους. Επιπλέον, τα σωματίδια οξειδίου είναι πολύ λιγότερο ακριβά από την ίδια ποσότητα καθαρού μετάλλου. "
Εκτός από τη μείωση του βάρους και του κόστους των διαστημικών ηλεκτρονικών, αυτή η νέα μέθοδος θα μπορούσε ενδεχομένως να μειώσει την ανάγκη για συμβατική θωράκιση σε διαστημικές αποστολές. Κοιτώντας μπροστά, οι DeVanzo και Hayes θα συνεχίσουν να τελειοποιούν και να δοκιμάζουν την τεχνική θωράκισης για διάφορες εφαρμογές και αναζητούν συνεργάτες για να τους βοηθήσουν να αναπτύξουν την τεχνολογία για χρήση στη βιομηχανία.
