Em um pequeno, sala quadrada com paredes de mais de um metro de concreto, o ar cheira como se uma tempestade elétrica tivesse acabado de passar - nítido e acre, como material de limpeza. Lado de fora, esse é o cheiro de relâmpago destruindo o oxigênio do ar, que prontamente se reorganiza em ozônio. Mas no subsolo, em uma das salas do Radiation Effects Facility da NASA, o cheiro de ozônio perdura após os testes de radiação de alta energia. A radiação que os engenheiros usam para testar eletrônicos para voos espaciais é tão poderosa que destrói o oxigênio da sala.

Cada parte de cada instrumento da NASA destinado a voos espaciais passa por testes de radiação para garantir que pode sobreviver no espaço. Não é fácil ser uma nave espacial; invisível, partículas energéticas percorrem todo o espaço - e embora sejam tão poucos que o espaço seja considerado um vácuo, o que está lá é um soco. Partículas minúsculas podem causar estragos na eletrônica que enviamos para o espaço.

Enquanto a NASA explora o sistema solar, o teste de radiação torna-se cada vez mais crucial. O Centro de Efeitos de Radiação, alojado no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, ajuda a inspecionar o hardware que permite a exploração da Lua pela NASA, o Sol e nosso sistema solar - de missões que buscam compreender o início do universo à jornada do programa Artemis para a Lua muito mais perto de casa.

"Seremos capazes de garantir que os humanos, eletrônicos, espaçonaves e instrumentos - qualquer coisa que estejamos realmente enviando para o espaço - sobreviverá no ambiente em que estamos colocando, "disse Megan Casey, um engenheiro aeroespacial no Grupo de Efeitos e Análise de Radiação em Goddard.

As condições exatas que uma espaçonave encontra dependem de para onde está indo, portanto, os engenheiros testam e selecionam cuidadosamente as peças fornecidas para o destino de cada espaçonave. Campo magnético da Terra, por exemplo, captura enxames de partículas em duas bandas em forma de donut chamadas de cinturões de radiação. Outros planetas também têm cinturões de radiação, como Júpiter, cujos cintos são 10, 000 vezes mais forte que a da Terra. Geralmente, quanto mais perto do Sol, mais dura é a lavagem das partículas solares conhecidas como vento solar. E os raios cósmicos galácticos - fragmentos de partículas de estrelas explodidas muito fora do sistema solar - podem ser encontrados em qualquer lugar.

O tempo também é um fator. O Sol passa por ciclos naturais de 11 anos, oscilando de períodos de alta para baixa atividade. Na relativa calma do mínimo solar, raios cósmicos se infiltram facilmente no campo magnético do Sol, fluindo para o sistema solar. Por outro lado, durante o máximo solar, freqüentes explosões solares inundam o espaço com partículas de alta energia.

"Com base em onde eles estão indo, dizemos aos designers de missão como será seu ambiente espacial, e eles voltam para nós com seus planos de instrumentos e perguntam, "Essas partes vão sobreviver lá?" "Casey disse." A resposta é sempre sim, não, ou não sei. Se não sabemos, é quando fazemos testes adicionais. Essa é a grande maioria do nosso trabalho. "

O centro de radiação de Goddard - junto com instalações parceiras em todo o país - está equipado para imitar a gama de radiação espacial, da irritação constante do vento solar aos cinturões de radiação em chamas e golpes brutais de erupções solares e raios cósmicos.

Os efeitos da radiação espacial

Os engenheiros usam modelos de computador para determinar como será o destino de uma espaçonave - quanta radiação ela encontrará lá - e que tipos de testes eles precisam para espelhar esse ambiente no laboratório.

A radiação é energia na forma de ondas ou minúsculas, partículas subatômicas. Para espaçonaves, a principal preocupação é a radiação de partículas. Esta radiação, que inclui prótons e elétrons, pode impactar sua eletrônica de duas maneiras.

O primeiro tipo, conhecidos como efeitos de evento único, são ameaças imediatas - rajadas rápidas de energia quando uma partícula solar ou raio cósmico atravessa um circuito. "Partículas altamente energéticas descarregam energia em seus aparelhos eletrônicos, "disse Clive Dyer, engenheiro elétrico do Centro Espacial da Universidade de Surrey, na Inglaterra. "Efeitos de evento único bagunçarão seus computadores, embaralhar seus dados - em código binário - de 1 a 0 ".

Muitas espaçonaves estão equipadas para se recuperar dessas escaramuças com partículas. Mas alguns ataques podem perturbar os programas em que a espaçonave funciona, impactar os sistemas de comunicação ou navegação e causar travamentos no computador. Na pior das hipóteses, o resultado pode ser catastrófico. Anos atrás, Os laptops dos astronautas do ônibus espacial caíram enquanto passavam por partes particularmente peludas dos cinturões de radiação, e o telescópio espacial Hubble da NASA desliga preventivamente seus instrumentos científicos quando passa pela região.

E então, existem efeitos que pioram com o tempo. Partículas carregadas podem se acumular na superfície de uma espaçonave e acumular uma carga em horas. Muito parecido com atravessar uma sala acarpetada e girar a maçaneta de uma porta de metal, o carregamento desencadeia estática que pode danificar os componentes eletrônicos, sensores e painéis solares. Em abril de 2010, o carregamento desabilitou os sistemas de comunicação do satélite Galaxy 15, enviá-lo à deriva por oito meses.

As naves espaciais devem resistir à radiação durante toda a vida. A radiação de longo prazo - conhecida como dose total - desgasta o material, reduzindo gradualmente o desempenho do instrumento quanto mais tempo eles estão em órbita. Mesmo a radiação relativamente moderada pode degradar os painéis solares e os circuitos.

Aninhado em uma sala adjacente a uma distância segura da radiação, engenheiros na instalação de teste de componentes de instrumentos de pele com uma mistura de partículas energéticas, procurando sinais de fraqueza.

Geralmente, os efeitos de seus testes não são visíveis. Um salto na temperatura ou na corrente elétrica pode indicar que uma única partícula atingiu um circuito. Por outro lado, durante os testes de dose total, os engenheiros observam a lentidão, degradação graciosa, um efeito colateral das viagens espaciais com o qual a maioria das missões pode viver, desde que tenham tempo suficiente para completar seus objetivos científicos.

"O pior caso é um efeito destrutivo de evento único, quando você vê uma falha catastrófica porque um instrumento entrou em curto, "Casey disse." É uma má notícia para a missão, mas esses são os mais divertidos para testarmos. Às vezes há tanta energia, você realmente vê algo acontecer - luz ou uma marca de queimadura em alguns casos. "

Resistindo à tempestade de radiação

Então, como os engenheiros protegem a espaçonave dos riscos constantes da radiação espacial? Uma tática é construir peças que sejam endurecidas contra radiação desde suas próprias fundações. Os engenheiros podem selecionar certos materiais que são menos suscetíveis a choques ou cargas de partículas.

Projetistas de espaçonaves contam com blindagem para defender seus instrumentos de efeitos de longo prazo. Alumínio ou titânio em camadas desaceleram as partículas energéticas, impedindo-os de alcançar eletrônicos sensíveis. "Agora mesmo, presumimos que todas as missões terão uma espessura de proteção - a espessura das paredes da espaçonave ou do instrumento - de cerca de um décimo de polegada, "Casey disse.

Após seus testes, os engenheiros fazem recomendações específicas para blindagem se o ambiente assim exigir. A blindagem adiciona volume e peso, que aumenta as necessidades ou custos de combustível, portanto, os engenheiros sempre preferem usar a menor quantidade possível. "Se pudermos melhorar nossos modelos e refinar com mais precisão a aparência do ambiente de radiação, podemos talvez diminuir essas paredes, " ela disse.

A coleta de observações de uma ampla gama de ambientes espaciais é uma etapa fundamental no aprimoramento de modelos. "Refinar nossos modelos de radiação espacial nos ajuda a fazer uma seleção melhor de dispositivos, "disse Michael Xapsos, um membro da equipe de cientistas do projeto para a missão Space Environment Testbeds da NASA, que se dedica a estudar os efeitos da radiação no hardware. "Com mais dados, engenheiros podem fazer melhores negociações entre riscos, custo, e desempenho nos dispositivos eletrônicos que escolheram. "

As partículas mais energéticas são impossíveis de evitar, mesmo com blindagem pesada. Depois de testar os efeitos de evento único, os engenheiros calculam uma previsão de quantas vezes esse golpe pode ocorrer. Pode ser, por exemplo, que uma espaçonave tem uma chance de um ataque de partícula uma vez a cada 1, 000 dias. Estes são eventos isolados que são tão prováveis ​​de ocorrer no primeiro dia de um satélite no espaço quanto no dia 1, 000º dia - e cabe aos projetistas da missão decidir quanto risco eles podem suportar.

Uma estratégia comum contra efeitos de evento único é equipar um instrumento com múltiplos da mesma parte que funcionam juntos simultaneamente. Se um chip de computador for temporariamente desativado por uma explosão de partícula, suas contrapartes podem compensar.

Os engenheiros podem planejar e desenvolver tais estratégias de mitigação - mas é melhor quando eles realmente entendem o ambiente espacial pelo qual um satélite está viajando. Missões como Testbeds de Ambiente Espacial, ou SET - com lançamento programado para o final de junho - e os esforços de modelagem nas Instalações de Efeitos de Radiação garantem que essas informações sejam obtidas.