En af de største udfordringer ved at arbejde og leve i rummet er truslen fra stråling. Foruden sol- og kosmiske stråler, der er farlige for astronauternes sundhed, er der også ioniserende stråling, der truer deres elektroniske udstyr. Dette kræver, at alle rumfartøjer, satellitter og rumstationer, der sendes til kredsløb, afskærmes ved hjælp af materialer, der ofte er temmelig tunge og / eller dyre.
På udkig efter at skabe alternativer kom et team af ingeniører med en ny teknik til produktion af strålingsafskærmning, der er let og mere omkostningseffektiv end eksisterende metoder. Den hemmelige ingrediens er i henhold til deres nyligt offentliggjorte forskning metaloxider (også kaldet rust). Denne nye metode kunne have adskillige applikationer og føre til et betydeligt fald i omkostningerne forbundet med rumlanseringer og rumflyvning.
Undersøgelsesteamets undersøgelse optrådte online og vil blive inkluderet i juni 2020-udgaven af det videnskabelige tidsskrift Strålingsfysik og kemi. Undersøgelsen blev udført af Michael DeVanzo, en senior systemingeniør ved Lockheed Martin Space, og Robert B.Hayes, en lektor i nuklearteknik ved North Carolina State University.
Enkelt sagt aflejrer ioniserende stråling energi på atomer og molekyler, som den interagerer med, hvilket medfører, at elektroner går tabt og producerer ioner. På Jorden er denne type stråling ikke et problem takket være Jordens beskyttende magnetfelt og tætte atmosfære. I rummet er ioniserende stråling imidlertid meget almindelig og kommer fra tre kilder - galaktiske kosmiske stråler (GCR'er), solfladepartikler og Jordens strålingsbælter (alias Van Allen Belts).
For at beskytte mod denne type stråling vil rumfartsagenturer og kommercielle luftfartsfabrikanter typisk omslutte følsom elektronik i metalbokse. Mens metaller som bly eller udarmet uran giver mest beskyttelse, ville denne form for afskærmning tilføje en betydelig mængde vægt til et rumfartøj.
Derfor er aluminiumskasser at foretrække, da de menes at give den bedste afvejning mellem et skjolds vægt og den beskyttelse, det vil give. Som professor Hayes forklarede, forsøgte han og DeVanzo at undersøge materialer, der kunne give bedre beskyttelse og reducere rumfartøjets samlede vægt yderligere:
”Vores tilgang kan bruges til at opretholde det samme niveau af strålingsafskærmning og reducere vægten med 30% eller mere, eller du kan opretholde den samme vægt og forbedre afskærmningen med 30% eller mere - sammenlignet med de mest anvendte afskærmningsteknikker. Uanset hvad reducerer vores tilgang mængden af plads optaget ved afskærmning. ”
Den teknik, han og DeVanzo udviklede, er afhængig af at blande pulveriseret oxideret metal (rust) i en polymer og derefter inkorporere det i en fælles belægning, der derefter påføres elektronik. Sammenlignet med metalpulvere tilbyder metaloxider mindre afskærmning, men er også mindre giftige og udgør ikke de samme elektromagnetiske problemer, der kan forstyrre et rumfartøjs elektronik. Som DeVanzo forklarede:
”Beregninger af strålingstransport viser, at inkludering af metaloxidpulver giver afskærmning, der kan sammenlignes med en konventionel skærm. Ved lave energier reducerer metaloxidpulveret både gammastråling til elektronikken med en faktor 300 og neutronstrålingsskadene med 225%. ”
”Samtidig er belægningen mindre voluminøs end en afskærmningsboks,” tilføjede Hayes. ”Og i beregningssimuleringer absorberede den dårligste ydelse af oxidbelægningen stadig 30% mere stråling end et konventionelt skjold med samme vægt. Oven i det er oxidpartiklet meget billigere end den samme mængde af rent metal. ”
Ud over at reducere vægten og omkostningerne ved pladsbaseret elektronik kan denne nye metode potentielt reducere behovet for konventionel afskærmning på pladsopgaver. Når de ser fremad, vil DeVanzo og Hayes fortsætte med at finjustere og teste deres afskærmningsteknik til forskellige applikationer og søger branchepartnere til at hjælpe dem med at udvikle teknologien til industriel brug.
