Az űrben való munka és az élet legnagyobb kihívása a sugárzás veszélye. Az űrhajósok egészségét veszélyeztető nap- és kozmikus sugarak mellett ionizáló sugárzás is veszélyezteti elektronikus berendezéseiket. Ez megköveteli, hogy az összes űrhajót, műholdat és űrállomást, amelyeket keringnek a pályára, árnyékolják olyan anyagok felhasználásával, amelyek gyakran meglehetősen nehéz és / vagy drágák.
Alternatívák létrehozására törekedve a mérnökök egy olyan új technikát dolgoztak ki a sugárvédelem előállítására, amely könnyű és költséghatékonyabb, mint a meglévő módszerek. A titkos összetevő a közelmúltban publikált kutatásaik szerint fém-oxidok (más néven rozsda). Ennek az új módszernek számos felhasználása lehet, és az űrhajózásokkal és az űrrepüléssel kapcsolatos költségek jelentős csökkenését eredményezheti.
A kutatócsoport tanulmánya online módon jelent meg, és beillesztésre kerül a tudományos folyóirat 2020. júniusi számához Sugárfizika és kémia. A tanulmányt Michael DeVanzo, a Lockheed Martin Space vezető rendszermérnöke és Robert B.Hayes, az észak-karolinai állami egyetem nukleáris mérnöki egyetemi docens végezte.
Egyszerűen fogalmazva: az ionizáló sugárzás az energiát helyezi az atomokra és molekulákra, amelyekkel kölcsönhatásba lép, így elektronokat vesztenek és ionokat termelnek. A Földön ez a fajta sugárzás nem jelent problémát, köszönhetően a Föld védő mágneses mezőjének és a sűrű légkörnek. Az űrben azonban az ionizáló sugárzás nagyon gyakori, és három forrásból származik - galaktikus kozmikus sugarakból (GCR), napsugárzásból származó részecskékből és a Föld sugárzási öveiből (más néven Van Allen Belts).
Az ilyen típusú sugárzás elleni védelem érdekében az űrügynökségek és a kereskedelmi repülés-űrgyártók általában érzékeny elektronikákat burkolnak a fémdobozokba. Míg a fémek, mint az ólom vagy a szegényített urán nyújtják a legnagyobb védelmet, az ilyen árnyékolás jelentős mennyiségű tömeget jelentene az űrhajó számára.
Ezért miért előnyösebb az alumínium dobozok, mivel úgy gondolják, hogy ezek biztosítják a legjobb kompromisszumot az pajzs súlya és az általuk biztosított védelem között. Amint Hayes professzor elmagyarázta, DeVanzoval olyan anyagokat keresett, amelyek jobb védelmet nyújthatnak és tovább csökkenthetik az űrhajók össztömegét:
„Megközelítésünk felhasználható az azonos sugárvédelem szintjének fenntartására és a súly legalább 30% -kal történő csökkentésére, vagy akár ugyanazt a súlyt megtarthatja, és az árnyékolást 30% -kal vagy annál tovább javíthatja - összehasonlítva a legszélesebb körben alkalmazott árnyékolási technikákkal. Akárhogy is, megközelítésünk csökkenti az árnyékolás által elfoglalt tér mennyiségét. ”
Az ő és DeVanzo által kifejlesztett technika arra vonatkozik, hogy a porított oxidált fém (rozsda) összekeveredik egy polimerrel, majd azt bevonja egy közös bevonatba, amelyet azután az elektronikára alkalmaznak. A fémporokkal összehasonlítva a fém-oxidok kevesebb árnyékolást kínálnak, de szintén kevésbé mérgezőek, és nem okoznak ugyanolyan elektromágneses problémákat, amelyek zavarhatják az űrhajó elektronikáját. Amint DeVanzo kifejtette:
A sugárzás transzport számításai azt mutatják, hogy a fém-oxid por beépítése a hagyományos pajzshoz hasonló árnyékolást biztosít. Alacsony energiáknál a fém-oxid-por 300-szorosával csökkenti az elektronika gamma-sugárzását és 225% -kal a neutron-sugárzás károsodását. ”
"Ugyanakkor a bevonat kevésbé terjedelmes, mint egy árnyékoló doboz" - tette hozzá Hayes. „És a számítási szimulációk során az oxidbevonat legrosszabb teljesítménye még mindig 30% -kal több sugárzást vett fel, mint az azonos súlyú hagyományos pajzs. Ráadásul az oxid részecske sokkal olcsóbb, mint a tiszta fém azonos mennyisége. ”
Az űralapú elektronika súlyának és költségeinek csökkentése mellett ez az új módszer potenciálisan csökkentheti a hagyományos árnyékolás szükségességét az űri missziók során. A jövőbe nézve a DeVanzo és Hayes tovább fogja finomítani és tesztelni árnyékolástechnikáját különböző alkalmazásokhoz, és ipari partnereket keres az ipari felhasználáshoz szükséges technológia kidolgozásához.
