Dans un petit, salle carrée murée par quatre pieds de béton, l'air sent comme si un orage venait de passer - vif et âcre, comme les produits de nettoyage. À l'extérieur, c'est l'odeur de la foudre qui déchire l'oxygène de l'air, qui se transforme facilement en ozone. Mais en sous-sol dans l'une des salles de l'installation des effets de rayonnement de la NASA, l'odeur de l'ozone persiste après les tests de rayonnement à haute énergie. Le rayonnement que les ingénieurs utilisent pour tester l'électronique pour les vols spatiaux est si puissant qu'il détruit l'oxygène dans la pièce.

Chaque partie de chaque instrument de la NASA destiné aux vols spatiaux est soumise à des tests de radiation pour s'assurer qu'elle peut survivre dans l'espace. Ce n'est pas facile d'être un vaisseau spatial; invisible, les particules énergétiques parcourent l'espace et bien qu'il y en ait si peu que l'espace soit considéré comme un vide, ce qu'il y a là-bas a du punch. De minuscules particules peuvent faire des ravages dans l'électronique que nous envoyons dans l'espace.

Alors que la NASA explore le système solaire, les tests de radiation deviennent de plus en plus cruciaux. L'installation des effets des rayonnements, hébergé au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, aide à inspecter le matériel qui permet l'exploration de la Lune par la NASA, le Soleil et notre système solaire, des missions cherchant à comprendre les débuts de l'univers au voyage du programme Artemis vers la Lune beaucoup plus près de chez nous.

« Nous pourrons faire en sorte que les humains, électronique, les engins spatiaux et les instruments - tout ce que nous envoyons réellement dans l'espace - survivront dans l'environnement dans lequel nous le plaçons, " a déclaré Megan Casey, ingénieur en aérospatiale au sein du groupe d'analyse et des effets des rayonnements à Goddard.

Les conditions exactes rencontrées par un vaisseau spatial dépendent de l'endroit où il se dirige, les ingénieurs testent et sélectionnent donc soigneusement les pièces adaptées à la destination de chaque vaisseau spatial. le champ magnétique terrestre, par exemple, piège des essaims de particules dans deux bandes en forme de beignet appelées ceintures de radiation. D'autres planètes ont aussi des ceintures de radiations, comme Jupiter, dont les ceintures sont 10, 000 fois plus fort que celui de la Terre. Généralement, le plus proche du Soleil, plus le lavage des particules solaires connu sous le nom de vent solaire est rude. Et les rayons cosmiques galactiques - des fragments de particules d'étoiles explosées loin du système solaire - peuvent être rencontrés n'importe où.

Le timing est aussi un facteur. Le Soleil passe par des cycles naturels de 11 ans, passant de périodes d'activité élevée à faible. Dans le calme relatif du minimum solaire, les rayons cosmiques s'infiltrent facilement dans le champ magnétique du Soleil, ruissellement dans le système solaire. D'autre part, pendant le maximum solaire, les éruptions solaires fréquentes inondent l'espace de particules à haute énergie.

"En fonction de l'endroit où ils vont, nous expliquons aux concepteurs de missions à quoi ressemblera leur environnement spatial, et ils nous reviennent avec leurs plans d'instruments et demandent, "Est-ce que ces parties vont survivre là-bas ?", A déclaré Casey. "La réponse est toujours oui, non, ou je ne sais pas. Si nous ne savons pas, c'est à ce moment-là que nous effectuons des tests supplémentaires. C'est la grande majorité de notre travail."

Le centre de rayonnement de Goddard, ainsi que des installations partenaires dans tout le pays, est équipé pour imiter la gamme des rayonnements spatiaux, de l'irritation constante du vent solaire aux ceintures de radiations flamboyantes et aux coups brutaux des éruptions solaires et des rayons cosmiques.

Les effets du rayonnement spatial

Les ingénieurs utilisent des modèles informatiques pour déterminer à quoi ressemblera la destination d'un engin spatial, la quantité de rayonnement qu'il y rencontrera, et les types de tests dont ils ont besoin pour refléter cet environnement en laboratoire.

Le rayonnement est de l'énergie sous forme d'ondes ou de minuscules, particules subatomiques. Pour les engins spatiaux, la principale préoccupation est le rayonnement des particules. Ce rayonnement, qui comprend les protons et les électrons, peuvent avoir un impact sur leur électronique de deux manières.

Le premier genre, connus sous le nom d'effets d'événement unique, sont des menaces immédiates :des sursauts d'énergie rapides lorsqu'une particule solaire ou un rayon cosmique traverse un circuit. "Les particules hautement énergétiques déversent de l'énergie dans votre électronique, " dit Clive Dyer, ingénieur électricien au Centre spatial de l'Université de Surrey en Angleterre. "Les effets d'événement unique vont gâcher vos ordinateurs, brouiller vos données - en code binaire - de 1 à 0."

De nombreux engins spatiaux sont équipés pour se remettre de ces escarmouches à particules. Mais certaines frappes peuvent perturber les programmes des engins spatiaux, impactant les systèmes de communication ou de navigation et provoquant des pannes informatiques. Au pire, le résultat peut être catastrophique. Il y a des années, les ordinateurs portables des astronautes de la navette spatiale se sont écrasés alors qu'ils traversaient des parties particulièrement poilues des ceintures de radiation, et le télescope spatial Hubble de la NASA éteint de manière préventive ses instruments scientifiques lorsqu'il traverse la région.

Puis, il y a des effets qui s'aggravent avec le temps. Les particules chargées peuvent s'accumuler à la surface d'un vaisseau spatial et se charger en quelques heures. Un peu comme traverser une pièce recouverte de moquette et tourner une poignée de porte en métal, la charge déclenche de l'électricité statique qui peut endommager l'électronique, capteurs et panneaux solaires. En avril 2010, la charge a désactivé les systèmes de communication du satellite Galaxy 15, l'envoyant à la dérive pendant huit mois.

Les engins spatiaux doivent résister aux radiations tout au long de leur vie. Le rayonnement à long terme, connu sous le nom de dose totale, use le matériau, réduisant progressivement les performances de l'instrument plus ils sont en orbite. Même un rayonnement relativement faible peut dégrader les panneaux solaires et les circuits.

Niché dans une pièce adjacente à une distance sûre du rayonnement, les ingénieurs de l'installation d'essai des composants d'instruments de peau avec un mélange de particules énergétiques, à la recherche de signes de faiblesse.

Généralement, les effets de leurs tests ne sont pas visibles. Un saut de température ou de courant électrique peut indiquer qu'une seule particule a heurté un circuit. D'autre part, lors des tests de dose totale, les ingénieurs guettent la lenteur, dégradation progressive, un effet secondaire du voyage spatial avec lequel la plupart des missions peuvent vivre étant donné qu'elles ont suffisamment de temps pour atteindre leurs objectifs scientifiques.

"Le pire des cas est un effet d'événement unique destructeur, quand vous voyez une panne catastrophique parce qu'un instrument est en court-circuit, " Casey a dit. " C'est une mauvaise nouvelle pour la mission, mais ce sont les plus amusants à tester pour nous. Parfois, il y a tellement d'énergie, vous voyez réellement quelque chose se produire - une lumière ou une marque de brûlure dans certains cas."

Résister à la tempête de rayonnement

Donc, Comment les ingénieurs protègent-ils les engins spatiaux des dangers constants des rayonnements spatiaux ? Une tactique consiste à construire des pièces qui sont durcies contre les radiations depuis leurs fondations mêmes. Les ingénieurs peuvent sélectionner certains matériaux qui sont moins sensibles aux impacts de particules ou à la charge.

Les concepteurs d'engins spatiaux comptent sur le blindage pour protéger leurs instruments des effets à long terme. Des couches d'aluminium ou de titane ralentissent les particules énergétiques, les empêchant d'atteindre les composants électroniques sensibles. "À l'heure actuelle, nous supposons que toutes les missions auront une épaisseur de blindage - quelle est l'épaisseur des parois du vaisseau spatial ou de l'instrument - d'environ un dixième de pouce, " dit Casey.

Après leurs tests, les ingénieurs font des recommandations spécifiques pour le blindage si l'environnement l'exige. Le blindage ajoute du volume et du poids, ce qui augmente les besoins ou les coûts de carburant, les ingénieurs préfèrent donc toujours en utiliser le moins possible. "Si nous pouvons améliorer nos modèles et affiner plus étroitement à quoi ressemble l'environnement de rayonnement, nous pouvons peut-être éclaircir ces murs, " elle a dit.

La collecte d'observations à partir d'un large éventail d'environnements spatiaux est une étape clé dans l'amélioration des modèles. "Raffiner nos modèles de rayonnement spatial nous aide finalement à mieux sélectionner les appareils, " a déclaré Michael Xapsos, membre de l'équipe scientifique du projet pour la mission Space Environment Testbeds de la NASA, qui se consacre à l'étude des effets des rayonnements sur le matériel. "Avec plus de données, les ingénieurs peuvent faire de meilleurs échanges entre le risque, Coût, et les performances des appareils électroniques qu'ils choisissent."

Les particules les plus énergétiques sont impossibles à éviter, même avec un blindage lourd. Après avoir testé les effets d'un événement unique, les ingénieurs calculent une prédiction de la fréquence à laquelle un tel coup pourrait se produire. C'est possible, par exemple, qu'un vaisseau spatial a une chance d'être touché par une particule une fois tous les 1, 000 jours. Il s'agit d'événements isolés qui ont autant de chances de se produire le premier jour d'un satellite dans l'espace que le 1, 000e jour—et c'est aux concepteurs de mission de décider du niveau de risque qu'ils peuvent supporter.

Une stratégie courante contre les effets d'événement unique consiste à équiper un instrument de multiples de la même partie qui fonctionnent ensemble simultanément. Si une puce informatique est temporairement désactivée par un coup de particule, ses homologues peuvent prendre le relais.

Les ingénieurs peuvent planifier et développer de telles stratégies d'atténuation, mais cela est mieux fait lorsqu'ils comprennent vraiment l'environnement spatial dans lequel un satellite voyage. Des missions comme les bancs d'essai de l'environnement spatial, ou SET - dont le lancement est prévu fin juin - et les efforts de modélisation à l'installation des effets des rayonnements garantissent qu'ils obtiennent ces informations.