Рентгеновские изображения в повседневной жизни
Рентгеновские снимки — обычное дело во многих сферах: от растяжения лодыжки до проверки багажа в аэропорту. Исследователи из Центра рентгеновской аналитики при Эмпе добились создания снимков, которые встречаются гораздо реже. В сотрудничестве со Швейцарским космическим центром (ныне — Space Innovation при Федеральной политехнической школе Лозанны) и Швейцарским музеем транспорта они сделали рентгеновские снимки целого спутника.
Спутник EURECA
Исследованный спутник называется EURECA (сокращение от EUropean REtrievable CArrier) и является единственным в своём роде. Он был запущен в космос в 1992 году на борту космического шаттла «Атлантис». Швейцарский астронавт Клод Николлер вывел EURECA на орбиту. Там спутник оставался в течение следующих 11 месяцев, пока его не захватил экипаж космического шаттла «Индевор» 1 июля 1993 года и не вернул на Землю. Это делает EURECA одним из немногих спутников, которые вернулись из космоса в неповреждённом состоянии.
Миссии Европейского космического агентства
Европейское космическое агентство (ЕКА) изначально планировало несколько миссий для многоразового спутника. EURECA несла 15 сменных инструментов для научных экспериментов в различных областях — от биологии до астрофизики. Однако бюджет программы был урезанный, и первый полёт EURECA стал и последним. В конце 2000 года спутник был выставлен в Швейцарском музее транспорта в Люцерне. Оттуда до Дюбендорфа и Эмпы путь был недолгим. Исследовать побывавший в космосе спутник — это возможность, которую исследователи Эмпы не хотели упустить.
Рентгеновское исследование EURECA
Впервые спутник EURECA был подвергнут рентгеновскому исследованию в 2016 году. Полные результаты исследования были опубликованы в 2025 году в журнале Acta Astronautica. Используя установку для рентгеновских лучей высокой энергии, исследователи смогли сделать рентгеновские снимки спутника длиной 5 метров, высотой 3 метра и шириной 2,5 метра за один раз. Они также использовали другие рентгеновские методы для частей спутника и двух научных инструментов, которые остались на борту.
Преимущества рентгеновской визуализации
Преимущество рентгеновской визуализации для спутников такое же, как и для лодыжек в больницах и ручной клади в аэропортах: она позволяет неразрушающее исследование внутренней структуры. «Наш анализ охватывает несколько порядков величин — от всей конструкции спутника до исследования материалов в нанометровом масштабе», — говорит исследователь Эмпы Роберт Зборай, ведущий автор публикации.
Исследователи обнаружили несколько дефектов, таких как трещины в композитных стойках EURECA, а также переломы и деформации в научных инструментах.
«Спутники подвергаются сильному излучению, большим колебаниям температуры и столкновениям с частицами от метеоритов и космического мусора», — говорит Зборай. «Наши методы позволяют нам выявлять слабые места, особенно в многоразовом спутнике».
Повреждения также могут возникнуть во время запуска и посадки. По словам Зборая, для точного определения причины повреждения необходимы дальнейшие эксперименты. «В идеале такие спутники должны подвергаться рентгеновскому исследованию как перед запуском, так и после посадки», — говорит учёный.
Актуальность многоразовых космических технологий
Хотя в наши дни EURECA только разворачивает свои солнечные панели в Швейцарском музее транспорта, тема многоразовых космических технологий сегодня актуальна как никогда. К 2025 году на орбите Земли будет более 10 000 спутников, и их число растёт с каждым годом. Проблема усугубляется бесчисленным количеством ступеней ракет, обломками старых спутников и другим космическим мусором, который представляет опасность для активных спутников и пилотируемых космических полётов.
Многоразовые спутники могут помочь уменьшить этот поток космического мусора — и Зборай убеждён, что рентгеновские методы могут быть использованы для оптимизации их конструкции. Однако рентгеновская визуализация с высокой энергией имеет и земные применения, такие как исследование компонентов для авиационной и автомобильной промышленности или даже в криминалистике.
Предоставлено:
— Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology;
— Empa.