211service.com
Nanosenzory ve vesmíru
Když cestujete za zemskou atmosféru, je důležité být schopen adekvátně měřit hladinu různých plynů, které mohou prosakovat do kosmické lodi. Nebezpečí hrozí zejména při dlouhých misích, kdy se v přívodu vzduchu mohou hromadit nečistoty, které ohrožují zdraví všech členů posádky a fungování sofistikovaného přístrojového vybavení. Vědci v NASA Ames Research Center (ARC) a Goddard Space Flight Center bojují s problémem pomocí nového chemického nanosenzoru, prvního svého druhu, který byl testován ve vesmíru. Každý senzor je vyroben buď z uhlíkových nanotrubic nebo nanodrátů, což mu dává vysokou citlivost.
Vesmírné senzory: Chemický nanosenzor vyvinutý NASA byl namontován na námořní družici Midstar-1 a vypuštěna do vesmíru pomocí rakety Atlas V (horní obrázek). Modul nanosenzoru (obrázek uprostřed) má rozměry zhruba 12 centimetrů krát 12 centimetrů krát 4 centimetry. Obsahuje desku pro sběr dat, vzorkovací systém, nádrž s oxidem dusičitým a senzorový čip (spodní obrázek). Nanosenzor je křemíkový plátek o rozměrech jeden centimetr na centimetr, který má 32 kanálů pro detekci a ke snímání používá různé nanostrukturní materiály.
V březnu cestoval nanosenzorový čip o hmotnosti pouhých pár gramů do vesmíru v elektronickém a mechanickém obalu na palubě námořní akademie. Midstar-1 satelit a byl testován na konci května. Podle Jing Li, hlavního výzkumníka a vedoucího vědce z NASA Ames, byl senzor schopen vydržet intenzivní podmínky, včetně teplotních a tlakových cyklů, ve vesmíru, stejně jako extrémní vibrace a změny gravitace, ke kterým dochází během startu.
Vytvoření chemického senzoru pro cestování vesmírem pomocí nano komponent je velmi důležité, říká Joseph Stetter, ředitel Microsystems Innovation Center ve společnosti Mezinárodní SRI , v Menlo Park, CA. Je to cenný způsob, jak přistupovat k věcem a řešit problémy ve vesmíru.
Vědci z NASA postavili nanosenzory potažením uhlíkových nanotrubic různými polymery, které reagují s různými chemikáliemi, nebo dopováním uhlíkových nanotrubic a nanodrátů různými katalytickými kovovými částicemi, které fungují jako snímací materiál. Na čipu je 32 snímacích kanálů; v závislosti na chemikálii, která má být detekována, jsou do každého kanálu vloženy různé nanostrukturní materiály, uhlíkové nanotrubice nebo nanodrátky z oxidu kovu – potažené nebo nepotažené. Když se malé množství cílené chemikálie dotkne snímacích materiálů, spustí reakci, která způsobí, že se elektrický proud protékající senzorem zvýší nebo sníží. Různé odezvy vytvoří vzor, který může senzor použít k identifikaci plynu.
Pro testování nanosenzoru vědci vstříkli oxid dusičitý do komory s nanosenzorem. Jakmile se oxid dusičitý dostal do kontaktu se snímacími materiály, senzor byl schopen změřit změnu elektřiny, která jím prochází. Dosud vědci testovali více než 15 chemikálií, včetně amoniaku, peroxidu vodíku, chlorovodíku a formaldehydu.
Použití uhlíkových nanotrubiček ke snímání chemikálií může mít významné výhody, říká Jiří Janata , profesor na škole chemie a biochemie na Georgia Institute of Technology. Za prvé, použití nanostrukturních materiálů zvyšuje poměr plochy povrchu k objemu, což umožňuje materiálům absorbovat více plynu a tím zlepšit citlivost.
Kromě potenciální zvýšené citlivosti jsou nanosenzory polovodičovými zařízeními. Díky tomu má senzor životnost až pět let ve srovnání s šesti až dvanáctiměsíční životností stávajících elektrochemických senzorů.
Samotný snímací čip má jeden centimetr čtvereční. V elektronickém balení má rozměry asi 5,1 cm x 6,4 cm x 2,5 cm a je bezdrátový: může přenášet data ze senzorů z jednoho rohu místnosti do druhého nebo na vzdálenost 30 metrů. Nízký výkon, malá velikost a nízká hmotnost jsou ve vesmíru velmi důležité, říká Stetter. Myšlenka je taková, že chceme více funkcí v menších balíčcích, zejména s ohledem na náklady na vynesení něčeho do vesmíru.
Vědci z NASA doufají, že nakonec umístí nanosenzor na palubu raketoplánu, Mezinárodní vesmírné stanice a dalších vozidel určených do vesmíru. Inženýři z Kennedyho vesmírného střediska také projevili zájem o senzor pro umístění v oblasti odpalovací rampy pro sledování úniků paliva a chemické disperze podél poloměru.
Technologie pro senzory jsou připraveny pro vesmír, říká Li, ale než budou moci létat v misi, budou muset být upraveny podle chemikálií, které má NASA zájem odhalit. Senzory také budou muset projít procesem vesmírné kvalifikace NASA, což může být samo o sobě zdlouhavé dobrodružství.