Una delle maggiori sfide del lavoro e della vita nello spazio è la minaccia rappresentata dalle radiazioni. Oltre ai raggi solari e cosmici che sono pericolosi per la salute degli astronauti, vi sono anche radiazioni ionizzanti che minacciano le loro apparecchiature elettroniche. Ciò richiede che tutti i veicoli spaziali, i satelliti e le stazioni spaziali che vengono inviati in orbita siano schermati utilizzando materiali che sono spesso piuttosto pesanti e / o costosi.
Alla ricerca di alternative, un team di ingegneri ha messo a punto una nuova tecnica per produrre schermature contro le radiazioni che è leggera e più economica rispetto ai metodi esistenti. L'ingrediente segreto, secondo la loro ricerca recentemente pubblicata, sono gli ossidi di metallo (alias ruggine). Questo nuovo metodo potrebbe avere numerose applicazioni e portare a un significativo calo dei costi associati ai lanci spaziali e al volo spaziale.
Lo studio del team di ricerca è apparso online e sarà incluso nel numero di giugno 2020 della rivista scientifica Fisica e chimica delle radiazioni. Lo studio è stato condotto da Michael DeVanzo, un ingegnere di sistemi senior presso Lockheed Martin Space, e Robert B.Hayes, professore associato di ingegneria nucleare presso la North Carolina State University.
In parole povere, la radiazione ionizzante deposita energia sugli atomi e sulle molecole con cui interagisce, causando la perdita di elettroni e la produzione di ioni. Sulla Terra, questo tipo di radiazione non è un problema, grazie al campo magnetico protettivo della Terra e all'atmosfera densa. Nello spazio, tuttavia, le radiazioni ionizzanti sono molto comuni e provengono da tre fonti: i raggi cosmici galattici (GCR), le particelle di chiarore solare e le cinture di radiazione terrestri (alias Van Van Belts).
Per proteggere da questo tipo di radiazioni, le agenzie spaziali e i produttori aerospaziali commerciali in genere racchiudono l'elettronica sensibile in scatole di metallo. Mentre i metalli come il piombo o l'uranio impoverito offrono la massima protezione, questo tipo di schermatura aggiungerebbe una notevole quantità di peso a un veicolo spaziale.
Ecco perché sono preferite le scatole di alluminio, poiché si ritiene che forniscano il miglior compromesso tra il peso di uno scudo e la protezione che fornirà. Come ha spiegato il prof. Hayes, lui e DeVanzo hanno cercato di studiare materiali che potessero fornire una migliore protezione e ridurre ulteriormente il peso complessivo dei veicoli spaziali:
"Il nostro approccio può essere utilizzato per mantenere lo stesso livello di radioprotezione e ridurre il peso del 30% o più, oppure è possibile mantenere lo stesso peso e migliorare la schermatura del 30% o più - rispetto alle tecniche di schermatura più utilizzate. In entrambi i casi, il nostro approccio riduce il volume di spazio occupato dalla schermatura ".
La tecnica che lui e DeVanzo hanno sviluppato si basa sulla miscelazione di metallo ossidato in polvere (ruggine) in un polimero e quindi sull'integrazione in un rivestimento comune che viene quindi applicato all'elettronica. Rispetto alle polveri metalliche, gli ossidi metallici offrono meno schermature, ma sono anche meno tossici e non pongono gli stessi problemi elettromagnetici che potrebbero interferire con l'elettronica di un veicolo spaziale. Come ha spiegato DeVanzo:
“I calcoli del trasporto di radiazioni mostrano che l'inclusione della polvere di ossido di metallo fornisce una schermatura paragonabile a una schermatura convenzionale. A basse energie, la polvere di ossido di metallo riduce la radiazione gamma verso l'elettronica di un fattore 300 e il danno da radiazione di neutroni del 225%. "
"Allo stesso tempo, il rivestimento è meno voluminoso di una scatola di schermatura", ha aggiunto Hayes. “E nelle simulazioni computazionali, le peggiori prestazioni del rivestimento di ossido assorbivano ancora il 30% in più di radiazioni rispetto a uno schermo convenzionale dello stesso peso. Inoltre, il particolato di ossido è molto meno costoso della stessa quantità di metallo puro. "
Oltre a ridurre il peso e il costo dell'elettronica spaziale, questo nuovo metodo potrebbe potenzialmente ridurre la necessità di schermature convenzionali nelle missioni spaziali. Guardando al futuro, DeVanzo e Hayes continueranno a mettere a punto e testare la loro tecnica di schermatura per varie applicazioni e sono alla ricerca di partner del settore che li aiutino a sviluppare la tecnologia per uso industriale.
