En teknik som har skyddat några av NASAs högst profilerade rymdobservatorier från potentiellt skadlig molekylär kontaminering utvärderas nu som en möjlig lösning för att skydda Smithsonian Institutions kulturföremål och naturvetenskapliga exemplar.

Enligt ett rymdlagsavtal med Smithsonian Institution's National Museum of Natural History, Nithin Abraham, en termisk beläggningsingenjör vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, och museikonservatorer testar effektiviteten hos den patentsökta Molecular Adsorber Coating, eller MAC. Goddards ingenjörer skapade ursprungligen tekniken för att fånga in avgasade molekylära föroreningar så att de inte kunde fästa vid känsliga instrument och komponenter.

Tillverkad av zeolit, ett mineral som ofta används i vattenrening, och en kolloidal kiseldioxid som fungerar som ett lim, MAC är mycket genomtränglig och porös – egenskaper som gör att den kan fånga in föroreningar som släpps ut i en process som liknar den som skapar lukten av nya bilar i fordon. Eftersom det inte innehåller flyktiga organiska ämnen, själva beläggningen orsakar inte ytterligare avgasning. Lätt att använda, beläggningen kan appliceras direkt på själva hårdvaran eller på paneler av varierande storlek som sätts in i instrumenthåligheter och testkammare.

Målkontamination:Kvicksilverånga

Under den ettåriga forskningssatsning som inleddes förra sommaren, Goddard och museipersonal avgör om MAC kan minska förekomsten av kvicksilverånga och andra föroreningar som avgas från växt- och mineralexemplar. Dessa föroreningar fläckar specialdesignade metallskåp på Museum Support Center i Suitland, Maryland, en vidsträckt lagringsanläggning som rymmer mer än 54 miljoner insamlingsobjekt.

Dessa avgasade kemikalier utgör hälsorisker för människor och nedbrytning av prover, sa samlingsprogrammets konservator Catharine Hawks, som har använt ett brett utbud av tekniker och material för att ta upp och hålla förångade föroreningar i både utställda och lagrade prover. "Konservatorer står ständigt inför problem med flyktiga föroreningar - antingen korskontamination bland insamlingsmaterial eller föroreningar som kommer från material som används med samlingar, sa hon. Följaktligen, vi är alltid i behov av teknik för att ge skydd."

Lär dig om den Goddard-utvecklade beläggningen, Hawks sa att hon och andra museikonservatorer tyckte att det var värt att utforska MAC:s effektivitet i artefaktskydd. Abraham höll med. "Vi tyckte att detta samarbete gav oss en intressant möjlighet att utforska hur MAC skulle prestera i markbundna miljöer, " sa hon. "Vi har ganska omfattande testat beläggningen för att mildra utgasning i vakuummiljöer för rymdtillämpningar, men inte under omgivningsförhållanden."

NASA använder

Hittills, NASA-ingenjörer har använt beläggningen för att fånga upp kolväten, mjukgörare, och silikoner som avgasar och sprids lätt inuti termiska vakuumkammare och andra testanläggningar. För att förhindra att dessa föroreningar fäster, Abraham och hennes team behandlade specialgjorda paneler med MAC och placerade dem på strategiska platser i dessa anläggningar. James Webb rymdteleskop, Advanced Topographic Laser Altimeter System (ATLAS), Global-scale Observations of the Limb and Disk (GOLD), och Magnetospheric Multiscale Mission (MMS), bland andra, har alla haft nytta av MAC, sa Abraham.

Dock, dess användning har inte begränsats till markbaserade vakuumkammare. NASA:s Ionospheric Connection Explorer, eller ICON, uppdrag, som studerar den dynamiska zonen i atmosfären där jordens väder och rymdväder möts, använder sig av beläggningen.

"Detta är den första flygapplikationen av MAC i en instrumentkavitet, ", sa Abraham. Flera MAC-behandlade plattor kommer att mildra molekylär avgasning i omloppsbana i ICONs känsliga långt-ultravioletta instrument. Dessutom, NASA:s Global Ecosystem Dynamics Investigation, känd som GEDI, planerar också att flyga beläggningen när den lanseras i november 2018.

Analys pågår:Juryn är ute

Målet med museiexperimentet fokuserade initialt på att avgöra om mer än 100 MAC-behandlade prover fästa på dörrarna till tre förvaringsskåp kunde adsorbera kvicksilverånga från både botaniska och kvicksilverbaserade mineralmalmer. Även om museet aldrig använde kvicksilverbaserade kemikalier för att bevara sina växtexemplar, Hawks sa att många samlare och förberedare använde dem flitigt i nästan två århundraden. Med tanke på det faktum att Smithsonians samlingar kommer från institutioner över hela världen och, i vissa fall, är mycket gamla, kvicksilveravgasning har blivit ett bestående problem.

Den nyare användningen av ångogenomträngliga påsar har hjälpt till att mildra avgasningen, sa Hawks. Dock, innan de används, kvicksilverångan hade redan förorenat skåpen och har visat sig vara resistent mot rengöring. "Vi undrade om MAC-paneler kunde användas för att ta upp den återstående ånga som kommer från dessa ytor, " sa hon. Experimentet har sedan dess utökats för att bestämma exakt vilka föroreningar MAC adsorberar under omgivande förhållanden, där atmosfärisk avgasning av material sker.

Efter att ha tillbringat ett år fäst vid dörrarna, det är ännu inte klart om MAC är effektivt för att fånga upp kvicksilverånga. "Det har varit en utmanande men ändå insiktsfull process att utvärdera detta, " sa Abraham. Abrahams team kommer att samla in alla prover i början av augusti och testar nu tidigare exponerade prover för att se vilka kemiska beståndsdelar beläggningen samlade in. initial analys har visat att proverna fångar ett antal andra föroreningar. Hon förväntar sig slutresultat om ett par månader.

"Vi kommer verkligen inte att veta hur väl MAC fungerar förrän efter Nithin har slutfört analysen. Huruvida MAC är framgångsrik för kvicksilver, vi kommer att vara mycket intresserade av att veta om alla kemiska arter som tekniken adsorberar, " sa Hawks.

Abraham är lika intresserad. Samarbetet gjorde det möjligt för henne att studera hur väl tekniken fungerar i omgivande eller icke-vakuumförhållanden, och hur hon och hennes team eventuellt skulle kunna skräddarsy beläggningen för att göra den ännu mer effektiv för både rymd- och markapplikationer. Hon tror också att detta arbete kan leda till framtida museisamarbeten, vilket kan leda till ytterligare tekniska förbättringar, för att inte säga något om de potentiella licensmöjligheterna med företag som tillverkar skåp för provförvaring.

"Detta var definitivt en lärorik upplevelse, "Abraham sade, och tillägger att teamet planerar att skriva ett tekniskt dokument om beläggningens effektivitet när testet är klart. "Vi har skaffat oss värdefull kunskap om bättre sätt att testa beläggningen och utveckla tekniken för distinkta applikationer."