Yksi avaruudessa työskentelyn ja asumisen suurimmista haasteista on säteilyn aiheuttama uhka. Astronautien terveydelle vaarallisten aurinko- ja kosmisten säteiden lisäksi on myös ionisoiva säteily, joka uhkaa heidän elektronisia laitteitaan. Tämä edellyttää, että kaikki kiertoradalle lähetetyt avaruusalukset, satelliitit ja avaruusasemat on suojattu käyttäen materiaaleja, jotka ovat usein melko raskaita ja / tai kalliita.
Vaihtoehtojen luomiseksi suunnittelijaryhmä keksi uuden tekniikan säteilysuojauksen tuottamiseksi, joka on kevyt ja kustannustehokkaampi kuin nykyiset menetelmät. Salainen ainesosa on äskettäin julkaistun tutkimuksen mukaan metallioksidit (alias ruoste). Tällä uudella menetelmällä voi olla useita sovelluksia ja se voi johtaa merkittäviin laskuihin avaruuteen laukaisuihin ja avaruuslentoihin liittyvissä kustannuksissa.
Tutkimusryhmän tutkimus ilmestyi verkossa, ja se sisällytetään tieteellisen lehden kesäkuun 2020 numeroon Säteilyfysiikka ja kemia. Tutkimuksen suorittivat Lockheed Martin Space -järjestelmän vanhempi järjestelmäinsinööri Michael DeVanzo ja Pohjois-Carolinan osavaltion ydintekniikan apulaisprofessori Robert B.Hayes.
Yksinkertaisesti sanottuna, ionisoiva säteily tallettaa energiaa atomiin ja molekyyleihin, joiden kanssa se on vuorovaikutuksessa, aiheuttaen elektronien häviämistä ja tuottaen ioneja. Maapallolla tämäntyyppinen säteily ei ole ongelma maapallon suojaavan magneettikentän ja tiheän ilmakehän ansiosta. Avaruudessa ionisoiva säteily on kuitenkin hyvin yleistä ja se tulee kolmesta lähteestä - galaktisista kosmisista säteistä (GCR), aurinkosähkön hiukkasista ja maan säteilyvyöistä (alias Van Allen Belts).
Suojellakseen tämän tyyppistä säteilyä, avaruusjärjestöt ja kaupalliset ilmailualan valmistajat sijoittavat tyypillisesti herkän elektroniikan metallisiin laatikoihin. Vaikka metallit, kuten lyijy tai köyhdytetty uraani, tarjoavat parhaimman suojan, tällainen suojaus lisäisi huomattavan määrän painoa avaruusalukseen.
Siksi miksi alumiinilaatikot ovat suositeltavia, koska niiden uskotaan tarjoavan parhaan kompromissin suojan painon ja sen tarjoaman suojan välillä. Kuten professori Hayes selitti, hän ja DeVanzo yrittivät tutkia materiaaleja, jotka voisivat tarjota paremman suojan ja vähentää avaruusalusten kokonaispainoa edelleen:
”Lähestymistapamme avulla voidaan ylläpitää samaa säteilysuojaustasoa ja vähentää painoa vähintään 30% tai voit ylläpitää samaa painoa ja parantaa suojausta vähintään 30% - verrattuna yleisimmin käytettyihin suojaustekniikoihin. Joka tapauksessa, lähestymistapamme vähentää suojaamalla tilaa vievää tilaa. "
Hänen ja DeVanzon kehittämä tekniikka perustuu sekoittamalla jauhemainen hapetettu metalli (ruoste) polymeeriin ja sisällyttämällä se sitten yhteiseen pinnoitteeseen, joka levitetään sitten elektroniikalle. Metallijauheisiin verrattuna metallioksidit tarjoavat vähemmän suojaa, mutta ovat myös vähemmän myrkyllisiä eivätkä aiheuta samoja sähkömagneettisia ongelmia, jotka voivat häiritä avaruusaluksen elektroniikkaa. Kuten DeVanzo selitti:
”Säteilykuljetuslaskelmat osoittavat, että metallioksidijauheen sisällyttäminen tarjoaa suojauksen, joka on verrattavissa tavanomaiseen suojaan. Pienillä energioilla metallioksidijauhe vähentää sekä elektroniikan gammasäteilyä kertoimella 300 ja neutronisäteilyvaurioita 225%. "
"Samanaikaisesti pinnoite on vähemmän tilaa vievä kuin suojalaatikko", Hayes lisäsi. Ja laskennallisissa simulaatioissa oksidipinnoitteen huonoin suorituskyky absorboi edelleen 30% enemmän säteilyä kuin tavanomainen saman painoinen kilpi. Lisäksi oksidihiukkaset ovat paljon halvempia kuin sama määrä puhdasta metallia. "
Avaruuspohjaisen elektroniikan painon ja kustannusten vähentämisen lisäksi tämä uusi menetelmä voisi mahdollisesti vähentää tavanomaisen suojauksen tarvetta avaruusoperaatioissa. Tulevaisuuteen nähden DeVanzo ja Hayes jatkavat suojaustekniikansa hienosäätöä ja testausta useisiin sovelluksiin ja etsivät teollisuuskumppaneita auttamaan heitä kehittämään tekniikkaa teollisuuden käyttöön.
