L'un des plus grands défis du travail et de la vie dans l'espace est la menace posée par les radiations. Outre les rayons solaires et cosmiques dangereux pour la santé des astronautes, il existe également des rayonnements ionisants qui menacent leurs équipements électroniques. Cela nécessite que tous les vaisseaux spatiaux, satellites et stations spatiales envoyés en orbite soient protégés à l'aide de matériaux souvent assez lourds et / ou coûteux.
Cherchant à créer des alternatives, une équipe d'ingénieurs a mis au point une nouvelle technique pour produire un blindage contre les radiations qui est léger et plus rentable que les méthodes existantes. L'ingrédient secret, selon leurs recherches récemment publiées, est les oxydes métalliques (aka. Rouille). Cette nouvelle méthode pourrait avoir de nombreuses applications et entraîner une baisse significative des coûts associés aux lancements spatiaux et aux vols spatiaux.
L'étude de l'équipe de recherche a été publiée en ligne et sera incluse dans le numéro de juin 2020 de la revue scientifique Physique et chimie des rayonnements. L'étude a été menée par Michael DeVanzo, ingénieur système senior au Lockheed Martin Space, et Robert B.Hayes, professeur agrégé de génie nucléaire à la North Carolina State University.
En termes simples, le rayonnement ionisant dépose de l'énergie sur les atomes et les molécules avec lesquels il interagit, provoquant la perte d'électrons et la production d'ions. Sur Terre, ce type de rayonnement n'est pas un problème, grâce au champ magnétique protecteur de la Terre et à l'atmosphère dense. Dans l'espace, cependant, les rayonnements ionisants sont très courants et proviennent de trois sources: les rayons cosmiques galactiques (GCR), les particules de lumière solaire et les ceintures de rayonnement de la Terre (alias. Ceintures de Van Allen).
Pour se protéger contre ce type de rayonnement, les agences spatiales et les fabricants aérospatiaux commerciaux enferment généralement des composants électroniques sensibles dans des boîtiers métalliques. Alors que les métaux comme le plomb ou l'uranium appauvri offrent la plus grande protection, ce type de blindage ajouterait une quantité importante de poids à un vaisseau spatial.
C'est pourquoi les boîtes en aluminium sont préférées, car on pense qu'elles offrent le meilleur compromis entre le poids d'un bouclier et la protection qu'il fournira. Comme l'a expliqué le professeur Hayes, DeVanzo et lui ont cherché à étudier les matériaux qui pourraient offrir une meilleure protection et réduire davantage le poids global des engins spatiaux:
«Notre approche peut être utilisée pour maintenir le même niveau de blindage contre les radiations et réduire le poids de 30% ou plus, ou vous pouvez maintenir le même poids et améliorer le blindage de 30% ou plus - par rapport aux techniques de blindage les plus utilisées. Quoi qu'il en soit, notre approche réduit le volume d'espace occupé par le blindage. »
La technique développée par DeVanzo et lui repose sur le mélange de métal oxydé en poudre (rouille) dans un polymère, puis son incorporation dans un revêtement commun qui est ensuite appliqué à l'électronique. Comparés aux poudres métalliques, les oxydes métalliques offrent moins de blindage, mais sont également moins toxiques et ne posent pas les mêmes problèmes électromagnétiques qui pourraient interférer avec l'électronique d'un vaisseau spatial. Comme l'explique DeVanzo:
«Les calculs de transport de rayonnement montrent que l'inclusion de la poudre d'oxyde métallique fournit un blindage comparable à un bouclier conventionnel. À faible énergie, la poudre d'oxyde métallique réduit à la fois le rayonnement gamma vers l'électronique d'un facteur 300 et les dommages dus au rayonnement neutronique de 225%. »
"Dans le même temps, le revêtement est moins volumineux qu'une boîte de blindage", a ajouté Hayes. «Et dans les simulations de calcul, les pires performances du revêtement d'oxyde absorbaient toujours 30% de rayonnement de plus qu'un écran conventionnel du même poids. En plus de cela, les particules d'oxyde sont beaucoup moins chères que la même quantité de métal pur. »
En plus de réduire le poids et le coût de l'électronique spatiale, cette nouvelle méthode pourrait potentiellement réduire le besoin de blindage conventionnel pour les missions spatiales. À l'avenir, DeVanzo et Hayes continueront à affiner et à tester leur technique de blindage pour diverses applications et recherchent des partenaires industriels pour les aider à développer la technologie à l'usage de l'industrie.
