Akustischer Stoff detektiert Mikrometeoriten und sammelt Weltraumstaub

Forscher haben einen akustischen Stoff entwickelt, der so empfindlich auf Vibrationen reagiert, dass er Einschläge von mikroskopischen hochgeschwindigen Weltraumpartikeln detektieren kann. Eine terrestrische Anwendung dieser Stoffe könnte für Explosionsdetektion und in Zukunft als empfindliche Mikrofone für richtungsabhängige Schusserkennung dienen.

Das Stoffsystem enthält thermisch gezogene vibrationsempfindliche Fasern, die mechanische Vibrationsenergie in elektrische Energie umwandeln können. Wenn Mikrometeoriten oder Weltraumschrott den Stoff treffen, vibriert der Stoff und die akustische Faser erzeugt ein elektrisches Signal.

Die akustische Faser zielte darauf ab, Fasern und Stoffe der nächsten Generation für Soldatenuniformen und Kampfausrüstung zu entwickeln, die eine Vielzahl physiologischer Parameter wie Herzfrequenz und Atmung sowie externe Geräusche wie Schüsse und Explosionen detektieren könnten. Traditionelle Teleskope nutzen Licht, um über ferne Objekte zu lernen; dieser Stoff nutzt Weltraumstaubanalyse, um über den Weltraum zu lernen.

Das Laser-induzierte Partikeleinschlag-Test-Array – das Laser verwendet, um winzige Teilchen auf Überschall- oder sogar Hyperschallgeschwindigkeiten zu beschleunigen und Forschern erlaubt, ihre Einschläge auf Zielmaterialien zu bildlich darzustellen und zu analysieren – wurde verwendet, um zu demonstrieren, dass das Stoffsystem den Impuls kleiner Teilchen, die sich mit hunderten Metern pro Sekunde bewegen, präzise messen kann.

Wissenschaftler testen nun die Empfindlichkeit des akustischen Stoffs für Einschläge von Mikroteilchen mit ähnlicher Kinematik wie bestimmte Arten von hochgeschwindigem Weltraumstaub. Gleichzeitig testen Forscher die Widerstandsfähigkeit des Fasersensors gegenüber der rauen Umgebung der niedrigen Erdumlaufbahn auf der Internationalen Raumstation (ISS).

Für diesen initialen Start schickte das Forschungsteam ein 10 × 10 cm großes Stoffmuster zur ISS, wo es an einer Außenwand installiert wurde, den Strapazen des Weltraums ausgesetzt. Das Stoffmuster wird ein Jahr lang auf dem orbitierenden Labor bleiben, um zu bestimmen, wie gut diese Materialien die raue Umgebung der niedrigen Erdumlaufbahn überstehen.

Die weiße Oberfläche der ISS ist eigentlich ein Schutzstoffmaterial namens Beta Cloth, ein Teflon-imprägniertes Fiberglas, das Raumschiffe und Raumanzüge vor der Härte der Elemente mehr als 250 Meilen über der Erdoberfläche schützt.

Das Forschungsteam glaubt, dass der akustische Stoff zu großflächigen Stoffen führen könnte, die den Impuls auf Raumfahrzeugen von Mikrometeoriten und Weltraumschrott, der sich mit Kilometern pro Sekunde bewegt, präzise messen. Die smarten Stoffe könnten auch Astronauten ein Tastsinn durch ihre Druckanzüge vermitteln, indem sie Sensordaten von der Außenseite des Anzugs liefern und diese Daten auf haptische Aktuatoren auf der Haut des Trägers abbilden.

Wenn die Proben zur Nachfluganalyse zur Erde zurückkehren, werden die Forscher jede Erosion durch atomaren Sauerstoff, Verfärbung durch Ultraviolettstrahlung und Änderungen der Fasersensorleistung nach einem Jahr thermischem Zyklieren messen.