I en liten, kvadratiskt rum murat av fyra fot betong, luften luktar som om en åskväder precis passerade - skarp och skarp, som städmaterial. Utanför, det är lukten av blixt som sliter isär syre i luften, som lätt omvandlas till ozon. Men under jorden i ett av rummen på NASA:s strålningseffektanläggning, lukten av ozon dröjer sig kvar efter högenergistrålningstester. Strålningen som ingenjörer använder för att testa elektronik för rymdfärder är så kraftfull att den krossar syret i rummet.

Varje del av varje NASA-instrument som är avsett för rymdfärd genomgår strålningstestning för att säkerställa att den kan överleva i rymden. Det är inte lätt att vara en rymdfarkost; osynlig, energiska partiklar glider genom rymden – och även om det finns så få att rymden anses vara ett vakuum, vad som finns där slår hårt. Små partiklar kan orsaka förödelse med elektroniken vi skickar upp i rymden.

När NASA utforskar solsystemet, strålningstestning blir allt viktigare. Strålningseffektanläggningen, inrymt vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, hjälper till att inspektera hårdvaran som möjliggör NASA:s utforskning av månen, solen och vårt solsystem – från uppdrag som försöker förstå universums början till Artemis-programmets resa till månen mycket närmare hemmet.

"Vi kommer att kunna säkerställa att människor, elektronik, rymdfarkoster och instrument – ​​allt vi faktiskt skickar ut i rymden – kommer att överleva i miljön vi placerar det i, " sa Megan Casey, en flygingenjör i strålningseffekter och analysgruppen på Goddard.

De exakta förhållandena en rymdfarkost möter beror på vart den är på väg, så ingenjörer testar och väljer noggrant delar som är anpassade till varje rymdfarkosts destination. Jordens magnetfält, till exempel, fångar svärmar av partiklar i två munkformade band som kallas strålningsbälten. Andra planeter har också strålningsbälten, som Jupiter, vars bälten är 10, 000 gånger starkare än jordens. Rent generellt, ju närmare solen, desto hårdare tvätt av solpartiklar som kallas solvinden. Och galaktiska kosmiska strålar – partikelfragment från exploderade stjärnor långt utanför solsystemet – kan påträffas var som helst.

Timing är också en faktor. Solen går igenom naturliga 11-årscykler, svänger från perioder med hög till låg aktivitet. I det relativa lugnet av solminimum, kosmiska strålar infiltrerar lätt solens magnetfält, strömmar in i solsystemet. Å andra sidan, under solmax, frekventa solflammor översvämmar utrymmet med högenergipartiklar.

"Baserat på vart de är på väg, vi berättar för missionsdesigners hur deras rymdmiljö kommer att se ut, och de kommer tillbaka till oss med sina instrumentplaner och frågar, "Ska de här delarna överleva där?"" sa Casey. "Svaret är alltid ja, Nej, eller jag vet inte. Om vi ​​inte vet, det är då vi gör ytterligare tester. Det är den stora majoriteten av vårt jobb."

Goddards strålningscenter – tillsammans med partneranläggningar över hela landet – är utrustat för att efterlikna omfånget av rymdstrålning, från solvindens ständiga irritation till de flammande strålningsbälten och brutala slag av solflammor och kosmiska strålar.

Effekterna av rymdstrålning

Ingenjörer använder datormodeller för att bestämma hur en rymdfarkosts destination kommer att se ut - hur mycket strålning den kommer att stöta på där - och vilka typer av tester de behöver för att spegla den miljön i labbet.

Strålning är energi i form av vågor eller små, subatomära partiklar. För rymdfarkoster, det främsta problemet är partikelstrålning. Denna strålning, som inkluderar protoner och elektroner, kan påverka deras elektronik på två sätt.

Den första sorten, känd som enstaka händelseeffekter, är omedelbara hot – snabba energiutbrott när en solpartikel eller kosmisk stråle tränger igenom en krets. "Högenergetiska partiklar dumpar energi i din elektronik, " sa Clive Dyer, en elektroingenjör vid University of Surreys Space Center i England. "Enstaka händelseeffekter kommer att förstöra dina datorer, förvränga dina data – i binär kod – från 1:or till 0:or."

Många rymdfarkoster är utrustade för att återhämta sig från dessa skärmytslingar med partiklar. Men vissa strejker kan störa de program som rymdfarkoster kör på, påverkar kommunikations- eller navigationssystem och orsakar datorkrascher. Som värst, resultatet kan bli katastrofalt. För flera år sedan, astronauternas bärbara datorer på rymdfärjan kraschade när de passerade genom särskilt håriga delar av strålningsbälten, och NASA:s Hubble Space Telescope stänger förebyggande av sina vetenskapsinstrument när det passerar genom regionen.

Och då, det finns effekter som förvärras med tiden. Laddade partiklar kan samlas på en rymdfarkosts yta och bygga upp en laddning inom några timmar. Ungefär som att gå över ett heltäckningsmatta rum och vrida på en metalldörrknopp, laddning utlöser statisk elektricitet som kan skada elektronik, sensorer och solpaneler. I april 2010 laddning inaktiverade Galaxy 15-satellitens kommunikationssystem, skickar den i drift i åtta månader.

Rymdfarkoster måste klara strålning under hela sitt liv. Långtidsstrålning – känd som totaldos – sliter ner materialet, gradvis minska instrumentets prestanda ju längre de är i omloppsbana. Även relativt mild strålning kan försämra solpaneler och kretsar.

Instoppad i ett angränsande rum på säkert avstånd från strålningen, ingenjörer vid testanläggningen pälsinstrumentkomponenter med en blandning av energirika partiklar, letar efter tecken på svaghet.

Rent generellt, effekterna av deras tester är inte synliga. Ett hopp i temperatur eller elektrisk ström kan indikera att en enda partikel träffat en krets. Å andra sidan, under totaldostest, ingenjörerna ser efter långsam, värdigt förfall, en bieffekt av rymdresor de flesta uppdrag kan leva med förutsatt att de har tillräckligt med tid för att slutföra sina vetenskapsmål.

"Det värsta fallet är en destruktiv effekt av en enda händelse, när du ser ett katastrofalt fel på grund av att ett instrument har kortslutits, " sa Casey. "Det är dåliga nyheter för uppdraget, men det är de roligaste för oss att testa. Ibland finns det så mycket energi, du ser faktiskt något hända - ljus eller ett brännmärke i vissa fall."

Att klara av strålningsstormen

Så, hur skyddar ingenjörer rymdfarkoster från de ständiga riskerna med rymdstrålning? En taktik är att bygga delar som är härdade mot strålning från själva grunden. Ingenjörer kan välja vissa material som är mindre mottagliga för partikelslag eller laddning.

Rymdfarkostdesigners förlitar sig på avskärmning för att försvara sina instrument från långsiktiga effekter. Lager av aluminium eller titan bromsar energipartiklar, hindra dem från att nå känslig elektronik. "Just nu, vi antar att alla uppdrag kommer att ha en skärmtjocklek – hur tjocka väggarna på rymdskeppet eller instrumentet är – på ungefär en tiondels tum, " sa Casey.

Efter sina tester, ingenjörer ger specifika rekommendationer för skärmning om miljön kräver det. Avskärmning ger bulk och vikt, vilket ökar bränslebehovet eller kostnaderna, så ingenjörer föredrar alltid att använda minsta möjliga mängd. "Om vi ​​kan förbättra våra modeller och förfina hur strålningsmiljön ser ut, vi kanske kan tunna ut de där väggarna, " Hon sa.

Att samla in observationer från en mängd olika rymdmiljöer är ett nyckelsteg för att förbättra modeller. "Att förfina våra modeller av rymdstrålning hjälper oss i slutändan att göra ett bättre urval av enheter, sa Michael Xapsos, en medlem av Project Scientist Team för NASA:s Space Environment Testbeds-uppdrag, som är tillägnad att studera effekterna av strålning på hårdvara. "Med mer data, ingenjörer kan göra bättre affärer mellan risk, kosta, och prestanda i de elektroniska enheter de väljer."

De mest energirika partiklarna är omöjliga att undvika, även med kraftig avskärmning. Efter att ha testat för effekter av enstaka händelser, ingenjörerna beräknar en förutsägelse för hur ofta ett sådant slag kan inträffa. Det kan vara, till exempel, att ett rymdskepp har en chans att partikelanfalla en gång var 1, 000 dagar. Dessa är isolerade händelser som är lika sannolikt att inträffa på en satellits första dag i rymden som den 1, 000:e dagen – och det är upp till uppdragsdesigners att bestämma hur stor risk de kan bära.

En vanlig strategi mot effekter av enstaka händelser är att utrusta ett instrument med multiplar av samma del som arbetar tillsammans samtidigt. Om ett datorchip tillfälligt inaktiveras av ett partikelslag, dess motsvarigheter kan ta tag i släcket.

Ingenjörer kan planera och utveckla sådana begränsningsstrategier – men det görs bäst när de verkligen förstår rymdmiljön en satellit färdas genom. Uppdrag som Space Environment Testbeds, eller SET – planerad att lanseras i slutet av juni – och modelleringsinsatser vid Radiation Effects Facility säkerställer att de får den informationen.