En av de största utmaningarna med att arbeta och bo i rymden är hotet från strålning. Förutom sol- och kosmiska strålar som är farliga för astronauternas hälsa finns det också joniserande strålning som hotar deras elektroniska utrustning. Detta kräver att alla rymdfarkoster, satelliter och rymdstationer som skickas till bana skyddas med material som ofta är ganska tunga och / eller dyra.
I syfte att skapa alternativ kom ett team av ingenjörer med en ny teknik för att producera strålskärmning som är lätt och mer kostnadseffektiv än befintliga metoder. Den hemliga ingrediensen är enligt deras nyligen publicerade forskning metalloxider (aka. Rost). Den här nya metoden kan ha många tillämpningar och leda till en betydande minskning av kostnaderna för rymdstarter och rymdflyg.
Forskningsteamets studie dök upp på nätet och kommer att inkluderas i den vetenskapliga tidskriften juni 2020-numret Strålningsfysik och kemi. Studien genomfördes av Michael DeVanzo, en senior systemingenjör vid Lockheed Martin Space, och Robert B.Hayes, docent i kärnteknik vid North Carolina State University.
Joniserande strålning sätter helt enkelt energi på atomerna och molekylerna som den interagerar med, vilket gör att elektroner går förlorade och producerar joner. På jorden är denna typ av strålning inte en fråga, tack vare jordens skyddande magnetfält och täta atmosfär. I rymden är emellertid joniserande strålning mycket vanligt och kommer från tre källor - galaktiska kosmiska strålar (GCR), solflosspartiklar och jordens strålningsbälten (alias Van Allen Belts).
För att skydda mot denna typ av strålning kommer rymdbyråer och kommersiella flyg- och rymdtillverkare vanligtvis att innesluta känslig elektronik i metalllådor. Medan metaller som bly eller utarmat uran ger det mesta skyddet, skulle denna typ av skärmning lägga till en betydande mängd vikt till ett rymdskepp.
Därför är aluminiumboxar att föredra eftersom de tros ge den bästa avvägningen mellan en skölds vikt och det skydd det kommer att ge. Som professor Hayes förklarade försökte han och DeVanzo att undersöka material som kunde ge bättre skydd och ytterligare minska rymdskeppets totala vikt:
”Vår metod kan användas för att upprätthålla samma strålskyddsnivå och minska vikten med 30% eller mer, eller så kan du bibehålla samma vikt och förbättra skärmningen med 30% eller mer - jämfört med de mest använda skärmningsteknikerna. Hursomhelst minskar vår strategi volymen utrymme som tas upp genom skärmning. ”
Tekniken han och DeVanzo utvecklade förlitar sig på att blanda pulveriserad oxiderad metall (rost) till en polymer och sedan integrera den i en vanlig beläggning som sedan appliceras på elektronik. Jämfört med metallpulver erbjuder metalloxider mindre skärmning, men är också mindre giftiga och utgör inte samma elektromagnetiska problem som kan störa ett rymdskepps elektronik. Som DeVanzo förklarade:
”Beräkningar av stråltransport visar att inkludering av metalloxidpulver ger skärmning jämförbar med en konventionell skärm. Vid låg energi minskar metalloxidpulvret både gammastrålning till elektroniken med en faktor 300 och neutronstrålningsskadorna med 225%. ”
"Samtidigt är beläggningen mindre skrymmande än en skärmlåda," tillade Hayes. ”Och i beräkningssimuleringar absorberade oxidbeläggningens sämsta prestanda fortfarande 30% mer strålning än en konventionell skärm med samma vikt. Dessutom är oxidpartiklarna mycket billigare än samma mängd av ren metall. ”
Förutom att minska vikten och kostnaden för rymdbaserad elektronik kan denna nya metod potentiellt minska behovet av konventionell skärmning på rymduppdrag. Framöver kommer DeVanzo och Hayes fortsätta att finjustera och testa sin skärmningsteknik för olika applikationer och letar efter industripartners för att hjälpa dem att utveckla tekniken för branschbruk.
