En un pequeño, habitación cuadrada amurallada por cuatro pies de hormigón, el aire huele como si una tormenta eléctrica acabara de pasar, crujiente y acre, como artículos de limpieza. Fuera de, ese es el olor a relámpago que desgarra el oxígeno en el aire, que fácilmente se reorganiza en ozono. Pero bajo tierra en una de las salas de la Instalación de Efectos de Radiación de la NASA, el olor a ozono persiste después de las pruebas de radiación de alta energía. La radiación que usan los ingenieros para probar la electrónica para vuelos espaciales es tan poderosa que destruye el oxígeno de la habitación.

Cada parte de cada instrumento de la NASA destinado a vuelos espaciales pasa por pruebas de radiación para garantizar que pueda sobrevivir en el espacio. No es fácil ser una nave espacial; invisible, partículas energéticas se deslizan por todo el espacio, y aunque hay tan pocas que el espacio se considera un vacío, lo que hay tiene un gran impacto. Las partículas diminutas pueden causar estragos en los componentes electrónicos que enviamos al espacio.

Mientras la NASA explora el sistema solar, las pruebas de radiación se vuelven cada vez más cruciales. La instalación de efectos de radiación, ubicado en el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, ayuda a inspeccionar el hardware que permite la exploración de la Luna por parte de la NASA, el Sol y nuestro sistema solar, desde misiones que buscan comprender los inicios del universo hasta el viaje del programa Artemisa a la Luna mucho más cerca de casa.

"Podremos asegurarnos de que los humanos, electrónica, las naves espaciales y los instrumentos, cualquier cosa que enviemos al espacio, sobrevivirán en el entorno en el que lo colocamos, "dijo Megan Casey, ingeniero aeroespacial en el Grupo de Análisis y Efectos de Radiación en Goddard.

Las condiciones exactas que encuentra una nave espacial dependen de hacia dónde se dirige, por lo que los ingenieros prueban y seleccionan cuidadosamente las piezas adaptadas al destino de cada nave espacial. Campo magnético de la Tierra, por ejemplo, atrapa enjambres de partículas en dos bandas en forma de rosquilla llamadas cinturones de radiación. Otros planetas también tienen cinturones de radiación, como Júpiter, cuyos cinturones son 10, 000 veces más fuerte que la Tierra. Generalmente, cuanto más cerca del sol, cuanto más fuerte es el lavado de partículas solares conocido como viento solar. Y los rayos cósmicos galácticos (fragmentos de partículas de estrellas que explotaron lejos del sistema solar) se pueden encontrar en cualquier lugar.

El tiempo también es un factor. El Sol atraviesa ciclos naturales de 11 años, pasando de períodos de alta a baja actividad. En la relativa calma del mínimo solar, los rayos cósmicos se infiltran fácilmente en el campo magnético del Sol, fluyendo hacia el sistema solar. Por otra parte, durante el máximo solar, frecuentes erupciones solares inundan el espacio con partículas de alta energía.

"Según el lugar al que vayan, les decimos a los diseñadores de misiones cómo será su entorno espacial, y vuelven a nosotros con sus planes de instrumentos y preguntan, "¿Van a sobrevivir estas partes allí?", Dijo Casey. "La respuesta siempre es sí, no, o no lo se. Si no lo sabemos ahí es cuando hacemos pruebas adicionales. Esa es la gran mayoría de nuestro trabajo ".

El centro de radiación de Goddard, junto con las instalaciones asociadas en todo el país, está equipado para imitar la gama de radiación espacial, desde la constante irritación del viento solar hasta los abrasadores cinturones de radiación y los brutales golpes de llamaradas solares y rayos cósmicos.

Los efectos de la radiación espacial

Los ingenieros utilizan modelos informáticos para determinar cómo será el destino de una nave espacial (cuánta radiación encontrará allí) y qué tipo de pruebas necesitan para reflejar ese entorno en el laboratorio.

La radiación es energía en forma de ondas o diminuta, partículas subatómicas. Para naves espaciales, la principal preocupación es la radiación de partículas. Esta radiación que incluye protones y electrones, puede afectar su electrónica de dos maneras.

El primer tipo conocidos como efectos de un solo evento, son amenazas inmediatas:ráfagas rápidas de energía cuando una partícula solar o un rayo cósmico atraviesa un circuito. "Las partículas altamente energéticas descargan energía en sus dispositivos electrónicos, "dijo Clive Dyer, ingeniero eléctrico en el Centro Espacial de la Universidad de Surrey en Inglaterra. "Los efectos de un solo evento estropearán sus computadoras, codificando sus datos, en código binario, de 1 a 0 ".

Muchas naves espaciales están equipadas para recuperarse de estas escaramuzas con partículas. Pero algunos ataques pueden alterar los programas en los que se ejecutan las naves espaciales, impactando los sistemas de comunicaciones o navegación y causando fallas en la computadora. Lo peor, el resultado puede ser catastrófico. Hace años que, Las computadoras portátiles de los astronautas en el transbordador espacial se estrellaron mientras atravesaban partes particularmente peludas de los cinturones de radiación, y el telescopio espacial Hubble de la NASA apaga preventivamente sus instrumentos científicos cuando pasa por la región.

Y luego, hay efectos que empeoran con el tiempo. Las partículas cargadas pueden acumularse en la superficie de una nave espacial y acumular una carga en cuestión de horas. Al igual que caminar por una habitación alfombrada y girar la perilla de una puerta de metal, la carga desencadena estática que puede dañar la electrónica, sensores y paneles solares. En abril de 2010, la carga desactivó los sistemas de comunicaciones del satélite Galaxy 15, enviándolo a la deriva durante ocho meses.

Las naves espaciales deben resistir la radiación durante toda su vida. La radiación a largo plazo, conocida como dosis total, desgasta el material, reduciendo gradualmente el rendimiento del instrumento cuanto más tiempo estén en órbita. Incluso la radiación relativamente suave puede degradar los circuitos y los paneles solares.

Escondido en una habitación adyacente a una distancia segura de la radiación, Los ingenieros en la instalación de pruebas pelan los componentes de los instrumentos con una mezcla de partículas energéticas, buscando signos de debilidad.

Generalmente, los efectos de sus pruebas no son visibles. Un salto en la temperatura o en la corriente eléctrica podría indicar que una sola partícula golpeó un circuito. Por otra parte, durante las pruebas de dosis total, los ingenieros vigilan la lentitud, degradación elegante, un efecto secundario de los viajes espaciales con el que la mayoría de las misiones pueden vivir dado que tienen tiempo suficiente para completar sus objetivos científicos.

"El peor de los casos es un efecto destructivo de un solo evento, cuando ve una falla catastrófica porque un instrumento se ha cortocircuitado, "Dijo Casey." Son malas noticias para la misión, pero esos son los más divertidos de probar. A veces hay tanta energía en realidad ves que sucede algo:luz o una marca de quemaduras en algunos casos ".

Enfrentar la tormenta de radiación

Entonces, ¿Cómo protegen los ingenieros a las naves espaciales de los constantes peligros de la radiación espacial? Una táctica consiste en construir piezas endurecidas contra la radiación desde sus mismos cimientos. Los ingenieros pueden seleccionar ciertos materiales que son menos susceptibles a impactos o cargas de partículas.

Los diseñadores de naves espaciales confían en el blindaje para defender sus instrumentos de los efectos a largo plazo. Las capas de aluminio o titanio ralentizan las partículas energéticas, impidiendo que lleguen a dispositivos electrónicos sensibles. "Ahora, asumimos que todas las misiones tendrán un grosor de blindaje (el grosor de las paredes de la nave espacial o del instrumento) de aproximadamente una décima de pulgada, "Dijo Casey.

Después de sus pruebas, Los ingenieros hacen recomendaciones específicas para el blindaje si el entorno lo exige. El blindaje agrega volumen y peso, lo que aumenta las necesidades o los costos de combustible, por lo que los ingenieros siempre prefieren utilizar la menor cantidad posible. "Si podemos mejorar nuestros modelos y refinar con mayor precisión el aspecto del entorno de radiación, tal vez podamos adelgazar esas paredes, " ella dijo.

La recopilación de observaciones de una amplia gama de entornos espaciales es un paso clave para mejorar los modelos. "El perfeccionamiento de nuestros modelos de radiación espacial nos ayuda, en última instancia, a realizar una mejor selección de dispositivos, "dijo Michael Xapsos, miembro del equipo de científicos del proyecto para la misión de bancos de pruebas del entorno espacial de la NASA, que se dedica a estudiar los efectos de la radiación en el hardware. "Con más datos, los ingenieros pueden negociar mejor entre riesgos, costo, y rendimiento en los dispositivos electrónicos que eligen ".

Las partículas más energéticas son imposibles de evitar, incluso con blindaje pesado. Después de probar los efectos de un solo evento, los ingenieros calculan una predicción de la frecuencia con la que podría ocurrir tal golpe. Puede ser, por ejemplo, que una nave espacial tiene la posibilidad de que una partícula golpee una vez cada 1, 000 días. Estos son eventos aislados que tienen tanta probabilidad de ocurrir en el primer día de un satélite en el espacio como en su 1, 000, y depende de los diseñadores de la misión decidir cuánto riesgo pueden asumir.

Una estrategia común contra los efectos de un solo evento es equipar un instrumento con múltiplos de la misma parte que trabajan juntos simultáneamente. Si un chip de computadora se desactiva temporalmente por un golpe de partículas, sus contrapartes pueden tomar el relevo.

Los ingenieros pueden planificar y desarrollar estas estrategias de mitigación, pero es mejor hacerlo cuando comprenden verdaderamente el entorno espacial por el que viaja un satélite. Misiones como los bancos de pruebas del entorno espacial, o SET, programado para lanzarse a fines de junio, y los esfuerzos de modelado en la instalación de efectos de radiación garantizan que obtengan esa información.