Rymden kan vara en farlig plats. Mikrometeoriter, solpartiklar, och rymdskräp – allt från förbrukade raketetapper till målningsfragment – ​​glider förbi satelliter i upp till 20 kilometer per sekund, utgör risker för deras känsliga rymdfarkostoptik, detektorer, och solpaneler.

Även om ingenjörer har utvecklat olika tekniker för att skydda rymdfarkoster från dessa snabbt rörliga virvlande dervischer, ingenting ger 100-procentigt skydd.

En teknolog vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Md., dock, experimenterar med en framväxande teknik som kan ge en annan, kanske mer effektivt, teknik för att försvara känsliga rymdskeppskomponenter från höghastighetsbombardementen.

Vivek Dwivedi och hans medarbetare, kemiteknikprofessor Raymond Adomaitis från University of Maryland, College Park, använder atomskiktsdeposition (ALD) - en teknik som utvecklas snabbt för att belägga plast, halvledare, glas, Teflon, och en uppsjö av andra material - för att skapa en ny superstark, ultratunn beläggning gjord av små rör av bornitrid, liknar till utseendet borsten på en tandborste.

''Kristallin bornitrid är ett av de hårdaste materialen i världen, '' Dwivedi sa, vilket gör den idealisk som beläggning för att göra känsliga rymdskeppskomponenter mindre känsliga för skador när de träffas av rymddamm, små stenar, och solpartiklar med hög energi.

Atomskiktsavsättning

ALD-tekniken, som halvledarindustrin har anammat i sin tillverkning av datorchips, involverar att placera ett substratmaterial inuti en reaktorkammare och sekventiellt pulsa olika typer av prekursorgaser för att skapa en ultratunn film vars skikt bokstavligen inte är tjockare än en enda atom.

ALD skiljer sig från andra tekniker för att applicera tunna filmer eftersom processen är uppdelad i två halvreaktioner, körs i sekvens, och upprepas för varje lager. Som ett resultat, tekniker kan noggrant kontrollera tjockleken och sammansättningen av de avsatta filmerna, även djupt inne i porer och håligheter. Detta ger ALD en unik förmåga att belägga i och runt 3D-objekt. Denna fördel – tillsammans med det faktum att teknologer kan skapa filmer vid mycket lägre temperaturer än med andra tekniker – har lett många inom optiken, elektronik, energi, textil, och biomedicinska anordningar för att ersätta äldre deponeringstekniker med ALD.

Enligt Dwivedi, om tekniker använder ALD för att belägga glas med aluminiumoxid, till exempel, de kan stärka glas med mer än 80 procent. De resulterande tunna filmerna fungerar som ''nano-spackel, '' fyller de nanometerskaliga defekterna som finns i glas - samma små sprickor som gör att glaset går sönder när det träffas av ett föremål. ''Denna ALD-applikation har stora möjligheter för nästa generations besättningsmoduler, '' sa Dwivedi. ''Vi skulle kunna minska tjockleken på glasfönstren utan att offra styrkan.''

''Det är riktigt spännande, sa Ted Swanson, Goddards biträdande chef för teknik för mekaniska system. ''Detta är en framväxande teknologi som erbjuder ett helt nytt sätt att skydda rymdfarkostkomponenter, kanske mer effektivt än vad som är möjligt med nuvarande tekniker. Lika viktigt, med ALD, vi kan lägga ner material billigare.''

''Världens svåraste material'

Det betyder inte att uppgiften är lätt, sa Dwivedi.

Att tillverka en ALD-baserad beläggning gjord av bor och andra prekursorgaser är exceptionellt svårt att göra. För närvarande, teknologer tillverkar borfilmer genom att reagera borpulver med kväve och en liten mängd ammoniak i en kammare som måste värmas upp till en brännande 2, 552 grader Fahrenheit — en dyr process. Med ALD, ultratunn bornitridfilm kan läggas i en kammare som inte är varmare än 752 grader Fahrenheit.

''Vårt team har studerat svårigheterna och tror att vi förstår varför de händer, '' sa Dwivedi. Som ett resultat, han tror att teamet kommer att lyckas deponera bornitrid på ett kiselsubstrat till nästa år. Om efterföljande tester vid Goddard och NASAs Langley Research Center i Hampton, Va., bevisa materialets effektivitet som skyddande beläggning, han tror att instrumentdesigners en dag kan använda tekniken för att belägga speglar, rymdfarkostbussar, och andra komponenter. Sådana tester kan inträffa redan nästa sommar.

Förutom att skapa en skyddande beläggning, Dwivedi och hans team använder finansiering från Goddards interna forsknings- och utvecklingsprogram och NASA:s Center Innovation Fund för att testa tekniken som ett möjligt sätt att belägga röntgenteleskopspeglar, som måste krökas för att samla högenergiröntgenfotoner som annars skulle tränga igenom platta speglar, och radiatorer som behövs för att leda bort värme från känsliga instrument.

''Den här tekniken kan täcka vad som helst. Det är perfekt punkt till punkt. Det finns så många applikationer för denna teknik, '' sa Dwivedi. ''Det enda som begränsar dess användning är din fantasi.''