Smart stof samler rumstøv på den internationale rumstation

En hærfinansieret smart fiber, der bliver testet på den internationale rumstation, kan bruges til at udvikle rumstøvteleskoper og tillade astronauter at mærke gennem deres tryksatte dragter.

Forskere ved Army's Institute for Soldier Nanotechnologies ved Massachusetts Institute of Technology udviklede et akustisk stof, der er så følsomt over for vibrationer, at det kan registrere påvirkninger fra mikroskopiske højhastighedspartikler i rummet. En mere jordisk anvendelse af disse stoffer kunne være til eksplosionsdetektion og i fremtiden fungere som følsomme mikrofoner til retningsbestemt skuddetektion.

Stofsystemet indeholder termisk trukne vibrationsfølsomme fibre, der er i stand til at omdanne mekanisk vibrationsenergi til elektrisk energi. Når mikrometeoroider eller rumaffald rammer stoffet, stoffet vibrerer, og den akustiske fiber genererer et elektrisk signal.

"Dette er et udsøgt eksempel på at udnytte nanovidenskab til teknologiudvikling, der bygger bro mellem de fysiske og digitale domæner, " sagde James Burgess, ISN-programleder for Hærens Forskningskontor, en del af U.S. Army Combat Capabilities Development Command, nu kendt som DEVCOM, Hærens forskningslaboratorium. "At levere revolutionære metoder, der er et resultat af grundlæggende videnskab, er altid en af ​​vores hovedprioriteter, og muligheden for at indsamle data fra rumstøv ved hjælp af en fibersensor som en vigtig byggesten i systemet er virkelig spændende."

Den amerikanske hær etablerede ISN i 2002 som et tværfagligt forskningscenter dedikeret til dramatisk at forbedre beskyttelsen, overlevelsesevne, og missionskapaciteter for Soldier og Soldier-understøttende platforme og systemer.

Den akustiske fiber blev udviklet gennem ISN-projekter med det formål at bygge næste generations fibre og stoffer til soldateruniformer og kampudstyr, der kunne detektere en række fysiologiske parametre såsom hjertefrekvens og åndedræt samt eksterne lyde som skud og eksplosioner.

"Traditionelle teleskoper bruger lys til at lære om fjerne objekter; dette stof bruger rumstøvanalyse til at lære om rummet, " sagde Dr. Yoel Fink, professor i materialevidenskab og elektroteknik ved MIT. "Dette er et godt eksempel på, hvordan ISN-projekter giver os mulighed for at være meget lydhøre over for muligheder og møde udfordringer langt ud over, hvad vi oprindeligt forestillede os."

MIT kandidatstuderende Juliana Cherston, projektets leder, anvendte et andet stykke ISN-teknologi - det laserinducerede particle Impact Test-array, som bruger lasere til at accelerere små partikler til supersoniske eller endda hypersoniske hastigheder, og giver forskere mulighed for at afbilde og analysere deres indvirkning på målmaterialer - for at demonstrere, at stofsystemet nøjagtigt kunne måle impulsen fra små partikler, der rejser med hundredvis af meter i sekundet.

Forskere bruger nu ISN-faciliteter til at teste det akustiske stofs følsomhed for påvirkninger fra mikropartikler med lignende kinematik som visse typer rumstøv med høj hastighed. Samtidigt, forskere baserer fibersensorens modstandsdygtighed over for det barske miljø i Low Earth Orbit på den internationale rumstation.

Til denne første lancering, forskerholdet arbejdede sammen med Japan Aerospace Exploration Agency og det japanske firma Space BD for at sende en prøve på 10 cm gange 10 cm af det højteknologiske stof til den internationale rumstation, hvor det blev installeret på en ydervæg, udsat for rummets belastninger. Stofprøven, strømløs for nu, vil forblive på det kredsende laboratorium i et år, for at bestemme, hvor godt disse materialer overlever det barske miljø med lavt kredsløb om Jorden.

Holdet er også planlagt til en elektrisk drevet udrulning af stoffet gennem sponsorering af den internationale rumstation US National Laboratory i slutningen af ​​2021 eller begyndelsen af ​​2022. Den internationale rumstation US National Laboratory arbejder i samarbejdsaftale med NASA for fuldt ud at udnytte den kredsende platform til at bringe værdi til vores nation gennem rumbaseret forskning og muliggøre en økonomi i lavt kredsløb om Jorden.

"Termisk trukne multi-materiale fibre er blevet udviklet af vores forskningsgruppe på MIT i mere end 20 år, " sagde Dr. Wei Yan, postdoc i MIT's Forskningslaboratorium for Elektronik og Institut for Materialevidenskab og Teknik. "Det, der gør disse akustiske fibre specielle, er deres udsøgte følsomhed over for mekaniske vibrationer. Stoffet har vist sig i jordfaciliteter til at registrere og måle påvirkning, uanset hvor rumstøvet ramte stoffets overflade."

Den hvide overflade på den internationale rumstation er faktisk et beskyttende stofmateriale kaldet Beta-klud, en teflon-imprægneret glasfiber designet til at beskytte rumfartøjer og rumdragter fra elementernes sværhedsgrad mere end 250 miles over jordens overflade.

Forskerholdet mener, at det akustiske stof kan føre til store stoffer, der nøjagtigt måler impulsen på rumfartøjer af mikrometeoroider og rumaffald, der rejser med kilometer i sekundet. De smarte stoffer kan også hjælpe med at give astronauter en følelse af berøring gennem deres tryksatte dragter ved at levere sensoriske data fra det ydre af dragten og derefter kortlægge disse data til haptiske aktuatorer på bærerens hud.

På et år, disse prøver vil vende tilbage til Jorden til analyse efter flyvningen. Forskerne vil måle enhver erosion fra atomart oxygen, misfarvning fra ultraviolet stråling, og ændringer i fibersensorens ydeevne efter et års termisk cykling.

"Det er let at antage, at da vi allerede sender disse materialer til rummet, teknologien skal være meget moden, " sagde Cherston. "I virkeligheden, vi udnytter rummiljøet til at komplementere vores vigtige jordtestbestræbelser. Vores fokus er på at basere deres modstandsdygtighed over for rummiljøet."