أحد أكبر تحديات العمل والعيش في الفضاء هو التهديد الذي يشكله الإشعاع. بالإضافة إلى الأشعة الشمسية والكونية التي تشكل خطورة على صحة رواد الفضاء ، هناك أيضًا إشعاعات مؤينة تهدد معداتهم الإلكترونية. وهذا يتطلب حماية جميع المركبات الفضائية والأقمار الصناعية والمحطات الفضائية التي يتم إرسالها إلى المدار باستخدام مواد تكون غالبًا ثقيلة و / أو باهظة الثمن.
بحثًا عن إنشاء بدائل ، توصل فريق من المهندسين إلى تقنية جديدة لإنتاج الحماية من الإشعاع خفيفة الوزن وأكثر فعالية من حيث التكلفة من الطرق الحالية. المكون السري ، وفقا لأبحاثهم المنشورة مؤخرًا ، هو أكاسيد فلزية (تعرف أيضًا بالصدأ). يمكن أن يكون لهذه الطريقة الجديدة العديد من التطبيقات وتؤدي إلى انخفاض كبير في التكاليف المرتبطة بإطلاق الفضاء والرحلات الفضائية.
ظهرت دراسة فريق البحث على الإنترنت وسيتم تضمينها في عدد يونيو 2020 من المجلة العلمية الفيزياء والكيمياء الإشعاعية. أجرى الدراسة مايكل ديفانزو ، مهندس نظم أول في شركة لوكهيد مارتن سبيس ، وروبرت بي. هايس ، أستاذ مشارك في الهندسة النووية في جامعة ولاية نورث كارولينا.
ببساطة ، ترسب الإشعاعات المؤينة الطاقة على الذرات والجزيئات التي تتفاعل معها ، مما يتسبب في فقدان الإلكترونات وإنتاج الأيونات. على الأرض ، هذا النوع من الإشعاع ليس مشكلة ، وذلك بفضل المجال المغناطيسي الواقي للأرض والغلاف الجوي الكثيف. ومع ذلك ، في الفضاء ، يعد الإشعاع المؤين شائعًا جدًا ويأتي من ثلاثة مصادر - الأشعة الكونية المجرية (GCRs) ، وجزيئات التوهج الشمسي ، وأحزمة إشعاع الأرض (المعروفة أيضًا باسم أحزمة Van Allen).
للحماية من هذا النوع من الإشعاع ، عادة ما تقوم وكالات الفضاء والشركات المصنعة للفضاء التجاري بتغليف الإلكترونيات الحساسة في الصناديق المعدنية. في حين أن المعادن مثل الرصاص أو اليورانيوم المستنفد توفر أكبر قدر من الحماية ، فإن هذا النوع من التدريع سيضيف كمية كبيرة من الوزن إلى المركبة الفضائية.
ولهذا السبب يُفضل استخدام صناديق الألمنيوم ، حيث يُعتقد أنها توفر أفضل مفاضلة بين وزن الدرع والحماية التي ستوفرها. كما أوضح البروفيسور هايز ، سعى هو وديفانزو إلى فحص المواد التي يمكن أن توفر حماية أفضل وتقليل الوزن الإجمالي للمركبات الفضائية:
"يمكن استخدام نهجنا للحفاظ على نفس المستوى من الحماية من الإشعاع وتقليل الوزن بنسبة 30٪ أو أكثر ، أو يمكنك الحفاظ على نفس الوزن وتحسين الحماية بنسبة 30٪ أو أكثر - مقارنةً بتقنيات الحماية الأكثر استخدامًا. في كلتا الحالتين ، يقلل نهجنا من حجم المساحة التي يشغلها التدريع. "
تعتمد التقنية التي طورها هو وديفانزو على خلط المعادن المؤكسدة المسحوقة (الصدأ) في بوليمر ثم دمجها في طلاء مشترك يتم تطبيقه بعد ذلك على الإلكترونيات. بالمقارنة مع المساحيق المعدنية ، تقدم أكاسيد المعادن تدريعًا أقل ، ولكنها أيضًا أقل سمية ولا تشكل نفس المشاكل الكهرومغناطيسية التي يمكن أن تتداخل مع إلكترونيات المركبة الفضائية. كما أوضح ديفانزو:
"تبين حسابات النقل الإشعاعي أن إدراج مسحوق أكسيد المعدن يوفر حماية مماثلة للدرع التقليدي. عند الطاقات المنخفضة ، يقلل مسحوق أكسيد المعدن كلا من إشعاع جاما للإلكترونيات بعامل 300 وتلف إشعاع النيوترونات بنسبة 225٪. "
وأضاف هايز: "في الوقت نفسه ، الطلاء أقل ضخامة من صندوق الحماية". "وفي المحاكاة الحسابية ، لا يزال أسوأ أداء لطلاء أكسيد يمتص إشعاعًا أكثر بنسبة 30٪ من الدرع التقليدي الذي له نفس الوزن. علاوة على ذلك ، فإن جسيمات الأكسيد أقل تكلفة بكثير من نفس الكمية من المعدن النقي. "
بالإضافة إلى تقليل وزن وتكلفة الإلكترونيات الفضائية ، يمكن أن تقلل هذه الطريقة الجديدة من الحاجة إلى التدريع التقليدي للبعثات الفضائية. واستشرافا للمستقبل ، سيستمر DeVanzo و Hayes في ضبط واختبار تقنية الحماية الخاصة بهما لمختلف التطبيقات ويبحثون عن شركاء في الصناعة لمساعدتهم على تطوير التكنولوجيا لاستخدامها في الصناعة.
