Viens no lielākajiem izaicinājumiem, strādājot un dzīvojot kosmosā, ir radiācijas radītie draudi. Papildus saules un kosmiskajiem stariem, kas ir bīstami astronautu veselībai, ir arī jonizējošais starojums, kas apdraud viņu elektronisko aprīkojumu. Tas prasa, lai visi kosmosa kuģi, satelīti un kosmosa stacijas, kas tiek nosūtīti uz orbītu, būtu ekranēti, izmantojot materiālus, kas bieži ir diezgan smagi un / vai dārgi.
Mēģinot radīt alternatīvas, inženieru komanda nāca klajā ar jaunu paņēmienu radiācijas vairoga ražošanai, kas ir viegls un rentablāks nekā esošās metodes. Slepenā sastāvdaļa, saskaņā ar viņu nesen publicētajiem pētījumiem, ir metāla oksīdi (aka. Rūsa). Šai jaunajai metodei varētu būt daudz lietojumu, un tā varētu ievērojami samazināt izmaksas, kas saistītas ar kosmosa palaišanu un lidojumiem no kosmosa.
Pētnieku grupas pētījums parādījās tiešsaistē un tiks iekļauts zinātniskā žurnāla 2020. gada jūnija numurā Starojuma fizika un ķīmija. Pētījumu veica Maikls DeVanzo, Lockheed Martin Space vecākais sistēmu inženieris un Roberts B. Hajess, Ziemeļkarolīnas štata universitātes kodolenerģijas inženieru asociētais profesors.
Vienkārši sakot, jonizējošais starojums nogulsnē enerģiju uz atomiem un molekulām, ar kurām tā mijiedarbojas, izraisot elektronu zudumu un veidojot jonus. Pateicoties Zemes aizsargājošajam magnētiskajam laukam un blīvajai atmosfērai, uz Zemes šāda veida starojums nav aktuāls. Tomēr kosmosā jonizējošais starojums ir ļoti izplatīts un nāk no trim avotiem - galaktiskajiem kosmiskajiem stariem (GCR), Saules uzliesmojuma daļiņām un Zemes starojuma jostām (pazīstams arī kā Van Allen Belts).
Lai aizsargātu pret šāda veida starojumu, kosmosa aģentūras un komerciālie kosmiskās aviācijas ražotāji parasti ieliek jutīgu elektroniku metāla kastēs. Kaut arī metāli, piemēram, svins vai noplicinātais urāns, nodrošina visaugstāko aizsardzību, šāda veida ekranēšana kosmosa kuģim palielinātu ievērojamu svara daudzumu.
Tāpēc priekšroka tiek dota alumīnija kārbām, jo tiek uzskatīts, ka tās nodrošina vislabāko kompromisu starp vairoga svaru un aizsardzību, ko tas nodrošinās. Kā paskaidroja prof. Hayes, viņš un DeVanzo centās izpētīt materiālus, kas varētu nodrošināt labāku aizsardzību un vēl vairāk samazināt kosmosa kuģa kopējo svaru:
“Mūsu pieeju var izmantot, lai saglabātu tādu pašu radiācijas ekranēšanas līmeni un samazinātu svaru par 30% vai vairāk, vai arī jūs varētu saglabāt tādu pašu svaru un uzlabot ekranējumu par 30% vai vairāk - salīdzinot ar visplašāk izmantotajām ekranēšanas metodēm. Jebkurā gadījumā mūsu pieeja samazina telpas daudzumu, ko aizņem ekranēšana. ”
Viņa un DeVanzo izstrādātā tehnika ir atkarīga no pulverveida oksidētā metāla (rūsas) sajaukšanas polimērā un pēc tam iestrādāšanas kopējā pārklājumā, kas pēc tam tiek uzklāts uz elektroniku. Salīdzinājumā ar metāla pulveriem, metāla oksīdi piedāvā mazāk ekranēšanas, bet ir arī mazāk toksiski un neizraisa tās pašas elektromagnētiskās problēmas, kas varētu traucēt kosmosa kuģa elektroniku. Kā skaidroja Devanzo:
Radiācijas transportēšanas aprēķini rāda, ka metāla oksīda pulvera iekļaušana nodrošina ekranējumu, kas salīdzināms ar parasto vairogu. Pie zemas enerģijas metāla oksīda pulveris samazina gan gamma starojumu elektronikai ar koeficientu 300, gan neitronu starojuma kaitējumu par 225%. ”
"Tajā pašā laikā pārklājums ir mazāk apjomīgs nekā ekranēšanas kārba," piebilda Hayes. “Un skaitļošanas simulācijās vissliktākais oksīda pārklājuma sniegums joprojām absorbēja par 30% vairāk starojuma nekā parasts vairogs ar tādu pašu svaru. Turklāt oksīda daļiņas ir daudz lētākas nekā tāds pats daudzums tīra metāla. ”
Papildus kosmosā esošās elektronikas svara un izmaksu samazināšanai šī jaunā metode varētu potenciāli mazināt vajadzību pēc parastajiem ekraniem kosmosa misijās. Raugoties nākotnē, DeVanzo un Hayes turpinās precīzi pielāgot un pārbaudīt savu ekranēšanas paņēmienu dažādām lietojumprogrammām un meklē nozares partnerus, lai palīdzētu viņiem attīstīt tehnoloģiju izmantošanai rūpniecībā.
