Одной из самых больших проблем работы и жизни в космосе является угроза, создаваемая радиацией. В дополнение к солнечным и космическим лучам, которые опасны для здоровья астронавтов, существует также ионизирующая радиация, которая угрожает их электронному оборудованию. Для этого необходимо, чтобы все космические аппараты, спутники и космические станции, отправляемые на орбиту, были защищены с использованием материалов, которые часто бывают достаточно тяжелыми и / или дорогими.
В поисках альтернативы команда инженеров придумала новую методику создания защиты от излучения, которая является легкой и более экономичной, чем существующие методы. Согласно их недавно опубликованным исследованиям, секретным компонентом являются оксиды металлов (ржавчина). Этот новый метод может иметь множество применений и привести к значительному снижению затрат, связанных с космическими запусками и космическими полетами.
Исследование исследовательской группы появилось в Интернете и будет включено в выпуск научного журнала за июнь 2020 года. Радиационная физика и химия, Исследование было проведено Майклом Де Ванзо, старшим системным инженером в Lockheed Martin Space, и Робертом Б. Хейсом, доцентом ядерной инженерии в Университете штата Северная Каролина.
Проще говоря, ионизирующее излучение отдает энергию атомам и молекулам, с которыми оно взаимодействует, что приводит к потере электронов и образованию ионов. На Земле этот тип излучения не является проблемой благодаря защитному магнитному полю Земли и плотной атмосфере. Однако в космосе ионизирующее излучение очень распространено и исходит от трех источников - галактических космических лучей (ГКЛ), частиц солнечной вспышки и радиационных поясов Земли (также известных как пояса Ван Аллена).
Для защиты от этого типа излучения космические агентства и коммерческие аэрокосмические производители обычно помещают чувствительную электронику в металлические коробки. В то время как металлы, такие как свинец или обедненный уран, обеспечивают наибольшую защиту, этот вид экранирования привел бы к значительному увеличению веса космического корабля.
Поэтому предпочтительны алюминиевые коробки, поскольку считается, что они обеспечивают лучший компромисс между весом щита и защитой, которую он обеспечивает. Как объяснил профессор Хейс, он и Де Ванзо стремились исследовать материалы, которые могли бы обеспечить лучшую защиту и еще больше снизить общий вес космического корабля:
«Наш подход может использоваться для поддержания того же уровня радиационной защиты и снижения веса на 30% или более, или вы можете сохранить тот же вес и улучшить защиту на 30% или более - по сравнению с наиболее широко используемыми методами экранирования. В любом случае, наш подход уменьшает объем пространства, занимаемого экранированием ».
Техника, которую он и DeVanzo разработали, основана на смешении порошкообразного окисленного металла (ржавчины) в полимере и последующем включении его в общее покрытие, которое затем наносится на электронику. По сравнению с металлическими порошками оксиды металлов обеспечивают меньшую защиту, но они также менее токсичны и не создают тех же электромагнитных проблем, которые могут помешать электронике космического корабля. Как объяснил Де Ванзо:
«Расчеты переноса излучения показывают, что включение порошка оксида металла обеспечивает экранирование, сравнимое с обычным экраном. При низких энергиях порошок оксида металла уменьшает как гамма-излучение электроники в 300 раз, так и повреждение нейтронным излучением на 225% ».
«В то же время покрытие менее громоздкое, чем защитная коробка», - добавил Хейс. «И в компьютерном моделировании худшие характеристики оксидного покрытия по-прежнему поглощали на 30% больше излучения, чем обычный экран такого же веса. Кроме того, частицы оксида намного дешевле, чем такое же количество чистого металла ».
В дополнение к снижению веса и стоимости космической электроники этот новый метод может потенциально снизить потребность в обычном экранировании в космических полетах. Заглядывая в будущее, DeVanzo и Hayes продолжат оттачивать и тестировать свою технику экранирования для различных применений и ищут отраслевых партнеров, которые помогут им разработать технологию для промышленного использования.
