Los cohetes de la Agencia Espacial Europea (ESA) vuelan al espacio con el apoyo del Instituto Paul Scherrer (PSI). Las imágenes llevadas a cabo en PSI en cooperación con Dassault Aviation aseguran la calidad de ciertos componentes de los vehículos de lanzamiento Ariane 5 y Vega. Con la ayuda de los neutrones generados en la fuente de neutrones SINQ, Los investigadores de la ISP están examinando los denominados componentes pirotécnicos que se instalan en los cohetes de la ESA. Estos componentes, que actúan como fusibles y encendedores, garantizar, entre otras cosas, que los cohetes impulsores caen a la centésima de segundo correcta. El lanzamiento de Ariane el 20 de junio tuvo lugar con componentes que habían sido examinados en PSI.

La fuente de neutrones del Instituto Paul Scherrer PSI ayuda a investigar ciertos componentes antes de que se instalen en los cohetes de lanzamiento Ariane 5 y Vega. Estos lanzadores espaciales, desarrollado por la Agencia Espacial Europea ESA, transportar satélites y otras naves espaciales no tripuladas a la órbita. Los elementos estudiados en PSI son los denominados componentes pirotécnicos, que juegan un papel decisivo durante el vuelo del cohete:están llenos de explosivos; algunos de ellos actúan como un cable fusible, mientras que otros desencadenan una serie de efectos deseados. Los componentes que aseguraron un lanzamiento exitoso del cohete Ariane 5 el 20 de junio habían sido examinados en PSI meses antes.

Los neutrones sirven para garantizar la calidad

Los componentes pirotécnicos utilizados para los cohetes Ariane 5 y Vega consisten en una carcasa metálica llena de un compuesto explosivo. "Las líneas de señales pirotécnicas actúan en efecto dominó, "explica Christian Grünzweig, físico en el Grupo de Investigación de Imágenes de Neutrones y Materiales Aplicados en PSI. Una vez activada, o en este caso encendida, la señal continúa funcionando y desencadena detonaciones específicas a lo largo de la línea. "Y, como con el dominó, después, Se acabó:Los componentes pirotécnicos solo se pueden quemar una vez. Es imposible realizar una prueba con antelación para ver si funcionarán de forma fiable ".

Las imágenes de rayos X no son adecuadas para inspeccionarlas, ya que los rayos X apenas penetran en el metal. "Las buenas noticias, "dice Grünzweig, "es ahí donde fallan los rayos X, nuestras imágenes con neutrones a menudo pueden ayudar ". Los neutrones, los componentes básicos sin carga de los átomos, penetran la mayoría de los metales casi sin obstáculos, incluido el plomo. "El explosivo, por otra parte, contiene átomos de hidrógeno que atenúan significativamente el haz de neutrones y, por lo tanto, lo hacen aparecer como un contraste oscuro, "Grünzweig continúa." En resumen:los explosivos detrás del metal solo se pueden hacer visibles con neutrones ".

Las imágenes de neutrones son evaluadas posteriormente por empleados de la empresa aeroespacial Dassault Aviation. De esta forma se comprueba si los explosivos se introdujeron en los componentes de la forma prevista y sin defectos. Esto es crucial debido a que un defecto en la distribución de los explosivos interrumpiría el efecto dominó durante la combustión, los componentes quedarían inutilizables. El último lanzamiento de un cohete fue el primero después de la firma de un acuerdo de cooperación oficial entre PSI y Dassault Aviation en abril de este año.

Hasta que se coloque el satélite

Aunque a primera vista la secuencia de componentes pirotécnicos se asemeja a un cable fusible, su tarea en los viajes espaciales es mucho más compleja. Mientras que los cordones detonantes aseguran una transmisión simple de la señal, hay una multitud de otros componentes pirotécnicos. Algunos multiplican la señal para que un cordón detonante entrante pueda ser seguido por hasta nueve cordones salientes y, por lo tanto, señales. En otros puntos, Los cordones detonantes atraviesan bucles para llevar la señal a un lugar determinado con un retardo adecuado. Allí desencadenan minúsculas detonaciones con lo cual, por ejemplo, las cuchillas cortan a través de los respectivos soportes. De esta forma los dos impulsores, realizar la primera etapa de aceleración juntos, se eliminan con una sincronización precisa. En el curso posterior del vuelo del cohete, el revestimiento protector de la carga útil se separa de forma similar. Finalmente, la carga útil, es decir., el satélite u otra nave espacial, se desprende del lanzador por más explosiones.

"Varios procesos cruciales como estos son iniciados completamente por los elementos pirotécnicos, cuyo encendido inicial ya tiene lugar con el despegue del cohete, "explica David Mannes, también investigador en el grupo de Materiales Aplicados y Imágenes de Neutrones en PSI.

Los usos versátiles de las imágenes de neutrones

Las imágenes de neutrones se llevan a cabo solo en algunos otros institutos de investigación en todo el mundo, y en Suiza es excepcionalmente posible en PSI. El método de imágenes se ha establecido aquí durante muchos años y es accesible para los usuarios de la industria. El método proporciona una vista no destructiva del interior de materiales y componentes, lo que permite responder a una variedad de preguntas científicas o abordar problemas de la tecnología y la industria. Por ejemplo, Las imágenes de neutrones de un busto de oro del emperador romano Marco Aurelio del siglo II d.C. aportaron nuevos conocimientos sobre los procesos utilizados para fabricarlo. Las fotografías tomadas por Grünzweig y Mannes ayudaron a la industria farmacéutica a comprender los procesos involucrados en el almacenamiento de jeringas precargadas. Y el sitio de ABB Wettingen en el cantón de Aargau recibió recomendaciones para aumentar la producción de sus componentes cerámicos industriales gracias a las imágenes de neutrones PSI.