كيف يمكن لوكالة ناسا أن تحمي رواد فضاء الغد من إشعاع الفضاء السحيق

Tهنا ، سواء كان من أو ، أو . و هو الموت بالإشعاع.

نفس تلك الانبعاثات النشطة من نجمنا المحلي والتي تمنحك سمرة إذا لم يحدث ذلك . في حين أن طاقم المدار الأرضي المنخفض اليوم وكبسولات الشحن قد لا تكون مجهزة بأغلفة مغناطيسية مصغرة خاصة بها ، فقد تكون غدًا - أو ربما سنحمي أول مستكشفين للفضاء السحيق للبشرية من الإشعاع بين النجمي .

أنواع الإشعاع وماذا تفعل حيالها

مثل السكتات الدماغية والناس ، هناك أنواع ومصادر مختلفة للإشعاع على الأرض وفي الفضاء. يمكن العثور على الإشعاع غير المؤين ، بمعنى أن الذرة ليس لديها طاقة كافية لإزالة الإلكترون بالكامل من مدارها ، يمكن العثور عليها في الموجات الدقيقة والمصابيح الكهربائية وجزيئات الطاقة الشمسية (SEP). في حين أن هذه الأشكال من الإشعاع يمكن أن تلحق الضرر بالمواد والأنظمة البيولوجية ، إلا أنه يمكن عادةً حظر آثارها (ومن ثم يتم حجب أشعة الشمس وأفران الميكروويف التي لا تشع مطابخ كاملة) أو فحصها بواسطة طبقة الأوزون أو.

تمتلئ أحزمة إشعاع الأرض بجزيئات نشطة محاصرة بواسطة المجال المغناطيسي للأرض والتي يمكن أن تعيث فسادًا بالإلكترونيات التي نرسلها إلى الفضاء. المصدر: ناسا استوديو التصور العلمي / توم بريدجمان

من ناحية أخرى ، فإن الإشعاع المؤين نشط لإلقاء الإلكترون ولا يوجد الكثير الذي يمكن أن يبطئ زخمه موجب الشحنة. جسيمات ألفا وبيتا وأشعة جاما والأشعة السينية والأشعة الكونية المجرية ، "أيونات ثقيلة عالية الطاقة من العناصر التي جُردت جميع إلكتروناتها أثناء رحلتها عبر المجرة بسرعة الضوء تقريبًا ،" . "GCR هي مصدر إشعاع مهيمن يجب التعامل معه على متن المركبات الفضائية الحالية والبعثات الفضائية المستقبلية داخل نظامنا الشمسي." تتناسب شدة GCR عكسيًا مع القوة النسبية للمجال المغناطيسي للشمس ، مما يعني أنها تكون أقوى عندما يكون مجال الشمس في أضعف حالاته وأقل قدرة على تشتيته.

على الرغم من طبيعتهم المتباينة ، فإن كلا من GCR و SEP جنبًا إلى جنب مع أجسادنا البيولوجية نفسها. قصفهم المستمر له تأثير سلبي تراكمي على فسيولوجيا الإنسان مما يؤدي ليس فقط إلى السرطان ولكن إعتام عدسة العين والأضرار العصبية والطفرات الجرثومية ومرض الإشعاع الحاد إذا كانت الجرعة عالية بما فيه الكفاية. بالنسبة للمواد ، يمكن للجسيمات عالية الطاقة والفوتونات أن تسبب "ضررًا مؤقتًا أو فشلًا دائمًا لمواد أو أجهزة المركبات الفضائية" ، كما يشير زيكاي شين من معهد بكين للهندسة البيئية للمركبة الفضائية في عام 2019 .

وأضافوا: "تفقد الجسيمات المشحونة الطاقة تدريجيًا أثناء مرورها عبر المادة ، وفي النهاية ، تلتقط عددًا كافيًا من الإلكترونات لتتوقف". "عندما يكون سمك مادة التدريع أكبر من نطاق الجسيم المشحون في المادة ، سيتم حظر الجسيمات الساقطة في المادة."

كيف تحمي ناسا روادها حاليًا

لضمان وصول رواد فضاء الغد إلى المريخ وبكل أسنانهم وأظافرهم سليمة ، أمضت ناسا ما يقرب من أربعة عقود في جمع البيانات ودراسة آثار الإشعاع على جسم الإنسان. الوكالة (SRAG) في مركز جونسون للفضاء ، وفقًا لموقعه على الويب ، "مسؤول عن ضمان بقاء التعرض للإشعاع الذي يتلقاها رواد الفضاء دون ".

، "متوسط ​​الجرعة النموذجية للشخص هو حوالي 360 مم في السنة ، أو 3.6 ملي سيفرت ، وهي جرعة صغيرة. ومع ذلك ، تسمح المعايير الدولية بالتعرض لما يصل إلى 5,000 mrems (50 mSv) سنويًا لأولئك الذين يعملون مع المواد المشعة وحولها. بالنسبة للرحلات الفضائية ، يكون الحد أعلى. حد وكالة ناسا للتعرض للإشعاع في مدار أرضي منخفض هو 50 ملي سيفرت / سنة ، أو 50 ريم / سنة. "

يتم تكليف ضباط البيئة الفضائية (SEO) في SRAG بضمان أن يتمكن رواد الفضاء من إكمال مهمتهم بنجاح دون امتصاص عدد كبير جدًا من RADs. أنها تأخذ في الاعتبار العوامل البيئية والظرفية المختلفة الموجودة أثناء رحلة الفضاء - سواء كان رواد الفضاء في المدار الأرضي المنخفض أو على سطح القمر ، سواء أكانوا في المركبة الفضائية أو قاموا بالسير في الفضاء ، أو - يجمعون هذه المعلومات ونمذجتها بالبيانات التي تم جمعها من وأيضا ، لاتخاذ قراراتهم.

• في مركز جودارد لرحلات الفضاء ، يخدم كثيرًا نفس الغرض مثل SRAG ولكن للأنظمة الميكانيكية ، حيث يعمل على تطوير حماية أكثر فاعلية ومواد أكثر قوة لاستخدامها في المدار.

قالت ميغان كيسي ، مهندسة الطيران في REAG في . "استنادًا إلى المكان الذي يتجهون إليه ، نخبر مصممي المهام كيف ستكون بيئتهم الفضائية ، ويعودون إلينا بخطط أجهزتهم ويسألون ،" هل ستستمر هذه الأجزاء هناك؟ " الجواب دائما نعم ، لا ، أو لا أعرف. إذا لم نكن نعلم ، عندها نجري اختبارات إضافية. هذه هي الغالبية العظمى من عملنا ".

ستستمر أبحاث ناسا وتتوسع طوال فترة مهمة Artemis القادمة. ، سيتم تجهيز كل من صاروخ SLS ومركبة Orion الفضائية بأجهزة استشعار تقيس مستويات الإشعاع في الفضاء العميق وراء القمر - على وجه التحديد بالنظر إلى الاختلافات في المستويات النسبية خارج أحزمة Van Allen للأرض. ستساعد البيانات التي تم جمعها والدروس المستفادة من هذه الرحلات الأولية غير المأهولة مهندسي ناسا على بناء مركبات فضائية أفضل وأكثر حماية في المستقبل.

وبمجرد أن يتم بناؤها في نهاية المطاف ، فإن الطاقم على متنها ستحتفظ بمجموعة واسعة من أجهزة استشعار الإشعاع ، بما في ذلك ، المصممة لقياس المستويات بعناية ومستمرة داخل المحطة لأنها تجعل مدارها مستطيلًا لمدة أسبوع حول القمر.

"إن فهم تأثيرات البيئة الإشعاعية ليس أمرًا بالغ الأهمية فقط للوعي بالبيئة حيث سيعيش رواد الفضاء بالقرب من القمر ، ولكنه سيوفر أيضًا بيانات مهمة يمكن استخدامها بينما تستعد ناسا لمساعي أكبر ، مثل إرسال قالت دينا كونتيلا ، مديرة Gateway Mission Integration and Utilization ، إن أول البشر إلى المريخ .

قد تستخدم ناسا فقاعات مغناطيسية في المستقبل

ستتطلب رحلات الغد إلى الفضاء بين الكواكب ، حيث ينتشر GCR و SEP ، حماية أكثر شمولاً مما يمكن أن توفره مواد التدريع السلبي الحالية من الفن وتنبؤات الطقس الفضائي. وبما أن الغلاف المغناطيسي للأرض قد أثبت جدواه ، فإن الباحثين في المفوضية الأوروبية (CORDIS) بحث في إنشاء واحدة صغيرة بما يكفي لتناسب سفينة الفضاء ، أطلق عليها اسم درع التوصيل الفائق للإشعاع الفضائي (SR2S).

توسع برنامج SR2.7S بقيمة 2 مليون يورو ، والذي استمر من 2013 إلى 2015 ، على فكرة استخدام مغناطيس فائق التوصيل لتوليد مجال قوة مغناطيسية يوقف الإشعاع ابتكره لأول مرة مهندس الطيران النازي السابق فيرنر فون براون في عام 1969. المجال المغناطيسي الناتج سوف تكون مركزة بأكثر من 3,000 مرة من تلك التي تحيط بالأرض وستمتد في كرة طولها 10 أمتار.

"في إطار المشروع ، سنختبر ، في الأشهر المقبلة ، ملف مضمار سباق ملفوف بشريط MgB2 فائق التوصيل ،" برناردو بورديني ، منسق نشاط CERN في إطار مشروع SR2S ، . "تم تصميم النموذج الأولي للملف لتقدير فعالية تقنية التدريع المغناطيسي فائقة التوصيل."

لن تمنع جميع الإشعاعات الواردة ، ولكنها ستحجب بكفاءة الأنواع الأكثر ضررًا ، مثل GCR ، والتي تتدفق من خلال التدريع السلبي مثل الماء عبر مصفاة. من خلال خفض المعدل الذي يتعرض به رواد الفضاء للإشعاع ، سيكونون قادرين على الخدمة في مهام أطول وأطول قبل أن يصلوا إلى حد التعرض مدى الحياة لوكالة ناسا.

قال الدكتور ريكاردو موسينيتش ، المدير العلمي والتقني للمشروع: "نظرًا لأن الغلاف المغناطيسي ينحرف عن الأشعة الكونية الموجهة نحو الأرض ، فإن المجال المغناطيسي المتولد عن مغناطيس فائق التوصيل يحيط بالمركبة الفضائية سيحمي الطاقم". في عام 2014. "SR2S هو المشروع الأول الذي لا يبحث فقط في المبادئ والمشكلات العلمية (للحماية المغناطيسية) ، ولكنه يواجه أيضًا المشكلات المعقدة في الهندسة."

تم بالفعل إنشاء واختبار ملفين فائقين التوصيل ، لبناء مغناطيس خفيف الوزن ولكن هذا بحث تمهيدي للغاية ، ضع في اعتبارك. لا يتوقع فريق CORDIS وصول هذه التقنية إلى الفضاء لعدة عقود أخرى.

شرع باحثون من قسم علم الفلك بجامعة ويسكونسن ماديسون مؤخرًا في تطوير نسختهم الخاصة من فكرة CORDIS. هُم (CREW HaT) ، الذي تلقى تمويلًا للنماذج الأولية من برنامج المفاهيم المتقدمة المبتكرة (NIAC) التابع لوكالة ناسا في فبراير ، يستخدم "تقنية جديدة للأشرطة فائقة التوصيل ، وتصميم قابل للنشر ، وتكوين جديد لمجال مغناطيسي لم يتم استكشافه من قبل ،" وفقًا للأستاذة المشاركة في UWM والمؤلف الرئيسي للبحوث ، قالت الدكتورة إيلينا دونغيا بشهر مايو.

قالت في . "إنه يحول أكثر من 50 في المائة من الأشعة الكونية الضارة بالبيولوجيا (البروتونات أقل من 1 GeV) وأيونات عالية الطاقة عالية Z. هذا كافٍ لتقليل جرعة الإشعاع التي يمتصها رواد الفضاء إلى مستوى أقل من 5 في المائة من خطر الإصابة بالسرطان الذي حددته وكالة ناسا ".

أو قد يرتدي رواد الفضاء سترات من الرصاص لحماية أفرادهم

ولكن لماذا تبذل جهدًا في تغليف سفينة فضاء كاملة مغناطيسيًا بينما في الحقيقة مجرد حفنة من الجذوع والرؤوس التي تحتاج بالفعل إلى الحماية؟ هذه هي الفكرة من وراء (فرس).

تم تطوير سترتين من سترات MARE بالشراكة مع كل من وكالة الفضاء الإسرائيلية (ISA) ومركز الفضاء الألماني (DLR) ، وسيتم ربطهما على متن تماثيل متطابقة وإطلاقهما في الفضاء على متن مهمة القمر غير المأهولة أوريون. في رحلتهم التي تستغرق ثلاثة أسابيع ، ستسافر العارضتان المسمى هيلجا وزوهار على بعد حوالي 280,000 ألف ميل من الأرض وآلاف الأميال بعد القمر. تم تصميم أحشاءهم لتقليد عظام الإنسان والأنسجة الرخوة ، مما يتيح للباحثين قياس جرعات الإشعاع المحددة التي يتلقونها.

دراسة أشقائها على متن محطة الفضاء الدولية ، و (تشارج) ، يركز بدرجة أقل على فعالية السترة في مقاومة الإشعاع وأكثر على بيئة العمل والملاءمة والشعور به أثناء قيام رواد الفضاء بواجباتهم اليومية. تدرس وكالة الفضاء الأوروبية أيضًا الحماية من الإشعاع المرتكزة على الملابس باستخدام ، "جهاز طوارئ يهدف إلى حماية رواد الفضاء من الإشعاع الشمسي الشديد عند السفر خارج الغلاف المغناطيسي في بعثات الفضاء السحيق المستقبلية."

أو سنبطن أجسام السفن بالماء والبراز!

يُعرف أحد الوسطاء السعيد بين الانزعاج القريب لارتداء مئزر يحتوي على الرصاص في الجاذبية الصغرى والقلق الوجودي من احتمال تشويش نقاط الاشتباك العصبي الخاصة بك بواسطة مغناطيس كهربائي قوي باسم .

جادل مارك إم كوهين Arch.D في ورقة عام 2013: "لا تستخدم الطبيعة ضواغط أو مبخرات أو عبوات هيدروكسيد الليثيوم أو شموع الأكسجين أو معالجات البول" . "للتشغيل طويل المدى - كما هو الحال في مركبة فضائية بين الكواكب أو محطة فضائية أو قاعدة قمرية / كوكبية - تميل هذه الأنظمة الكهروميكانيكية النشطة إلى أن تكون عرضة للفشل لأن دورات العمل المستمرة تجعل الصيانة صعبة."

لذلك ، بدلاً من الاعتماد على الآليات الثقيلة والمعقدة لمعالجة النفايات التي ينبعث منها رواد الفضاء أثناء المهمة ، يستخدم هذا النظام أكياس التناضح التي تحاكي وسائل الطبيعة السلبية لتنقية المياه. بالإضافة إلى معالجة المياه الرمادية والسوداء ، يمكن أيضًا تكييف هذه الأكياس لتنظيف الهواء من ثاني أكسيد الكربون ، وتنمية الطحالب للحصول على الطعام والوقود ، ويمكن تبطينها مقابل الهيكل الداخلي للمركبة الفضائية لتوفير حماية سلبية فائقة ضد الجسيمات عالية الطاقة.

قال ماركو دورانتي من جامعة دارمشتات التقنية في ألمانيا: "الماء أفضل من المعادن للحماية من [الإشعاع]" . ويرجع ذلك إلى أن النواة المكونة من ثلاث ذرات لجزيء الماء تحتوي على كتلة أكبر من ذرة المعدن ، وبالتالي فهي أكثر فاعلية في منع GCR وأشعة أخرى عالية الطاقة.

الطاقم على متن مهمة Inspiration Mars المقترحة ، والتي كانت ستطلق مقلاعًا لزوج من رواد الفضاء الخاصين حول المريخ في رحلة طيران مذهلة بينما كان الكوكبان في أقرب مدار لهما في عام 2018. لم تسمع شيئًا عن ذلك لأنه ذهبوا بهدوء في عام 2015. ولكن لو قاموا بطريقة ما بإنجاز هذا العمل الفذ ، كانت الخطة تتمثل في جعل رواد الفضاء يتغوطون في أكياس ، ويخرجون السائل لإعادة استخدامه ، ثم يقومون بتكديس القوالب المحكم الإغلاق على جدران المركبة الفضائية - إلى جانب صناديقهم من الغذاء - ليكون بمثابة عازل للإشعاع.

قال تابر ماك كالوم ، عضو المنظمة غير الربحية التي يمولها دينيس تيتو: عالم جديد. "سيتم تخزين الطعام حول جدران المركبة الفضائية ، لأن الطعام يحمي من الإشعاع بشكل جيد." إنها مجرد رحلة قصيرة إلى الكوكب التالي ، من يحتاج إلى السباكة والقوت؟