Як НАСА можа абараніць касманаўтаў заўтрашняга дня ад далёкага касмічнага выпраменьвання

Tвось, няхай гэта будзе з або, ці . І гэта смерць ад радыяцыі.

Тыя самыя энергічныя выпраменьванні ад нашай мясцовай зоркі, якія даюць вам загар калі гэта не так . Нягледзячы на ​​​​тое, што сучасныя экіпажы і грузавыя капсулы на нізкай калязямной арбіце могуць быць не абсталяваны ўласнымі мініяцюрнымі магнітасферамі, заўтрашні дзень можа - ці, магчыма, мы проста абаронім першых даследчыкаў глыбокага космасу чалавецтва ад міжзоркавага выпраменьвання .

Віды радыяцыі і што з імі рабіць

Як інсульты і людзі, існуюць розныя тыпы і крыніцы радыяцыі як на зямлі, так і ў космасе. Неіянізуючае выпраменьванне, якое азначае, што ў атама недастаткова энергіі для поўнага выдалення электрона са сваёй арбіты, можна знайсці ў мікрахвалевых печах, электрычных лямпачках і часціцах сонечнай энергіі (SEP), такіх як . Нягледзячы на ​​тое, што гэтыя формы радыяцыі могуць пашкодзіць матэрыялы і біялагічныя сістэмы, іх уздзеянне звычайна можа быць заблакіравана (такім чынам, сонцаахоўныя крэмы і мікрахвалевыя печы, якія не апраменьваюць цэлую кухню) або экранавана азонавым пластом або .

Радыяцыйныя паясы Зямлі напоўнены энергетычнымі часціцамі, захопленымі магнітным полем Зямлі, якія могуць нанесці хаос электроніцы, якую мы адпраўляем у космас. Аўтары: Студыя навуковай візуалізацыі NASA/Том Брыджман

Іанізуючае выпраменьванне, з іншага боку, мае энергію, каб аддзяліць электрон, і мала што можа запаволіць іх станоўча зараджаны імпульс. Альфа- і бэта-часціцы, гама-прамяні, рэнтгенаўскія прамяні і галактычныя касмічныя прамяні, «цяжкія высокаэнергетычныя іёны элементаў, у якіх усе электроны былі пазбаўлены, калі яны падарожнічалі па галактыцы амаль са хуткасцю святла». . «ГКЛ з'яўляюцца дамінуючай крыніцай радыяцыі, з якой трэба змагацца на борце сучасных касмічных караблёў і будучых касмічных місій у нашай Сонечнай сістэме». Інтэнсіўнасць ГКЛ зваротна прапарцыйная адноснай напружанасці магнітнага поля Сонца, што азначае, што яны найбольш моцныя, калі поле Сонца самае слабое і найменш здольнае іх адхіліць.

Нягледзячы на ​​​​розную прыроду, GCR і SEP разам з самімі нашымі біялагічнымі целамі. Іх пастаянная бамбардзіроўка аказвае кумулятыўны негатыўны ўплыў на фізіялогію чалавека, што прыводзіць не толькі да раку, але і да катаракты, неўралагічных пашкоджанняў, мутацыі зародкавай лініі і вострай прамянёвай хваробы, калі доза дастаткова высокая. Што тычыцца матэрыялаў, часціцы высокай энергіі і фатоны могуць выклікаць "часовы пашкоджанне або пастаянны выхад з ладу матэрыялаў або прылад касмічнага карабля", адзначае ў 2019 г. Зіцай Шэнь з Пекінскага інстытута інжынерыі навакольнага асяроддзя касмічнага карабля. .

«Зараджаныя часціцы паступова губляюць энергію, калі яны праходзяць праз матэрыял, і, нарэшце, захопліваюць дастатковую колькасць электронаў, каб спыніцца», - дадалі яны. «Калі таўшчыня экрануючага матэрыялу перавышае дыяпазон зараджанай часціцы ў матэрыяле, часціцы, якія падаюць, будуць заблакіраваны ў матэрыяле».

Як NASA цяпер абараняе сваіх касманаўтаў

Каб гарантаваць, што заўтрашнія астранаўты прыбудуць на Марс з цэлымі зубамі і пазногцямі, НАСА выдаткавала амаль чатыры дзесяцігоддзі на збор дадзеных і вывучэнне ўздзеяння радыяцыі на чалавечы арганізм. Агенцтва (SRAG) у Касмічным цэнтры Джонсана, паводле яго вэб-сайта, «адказвае за забеспячэнне таго, каб радыяцыйнае ўздзеянне, атрыманае касманаўтамі, заставалася ніжэйшым ».

, «тыповая сярэдняя доза для чалавека складае каля 360 мрэм у год, або 3.6 мЗв, што з'яўляецца невялікай дозай. Тым не менш, міжнародныя стандарты дазваляюць апраменьвацца да 5,000 мрэм (50 мЗв) у год для тых, хто працуе з радыеактыўнымі матэрыяламі і вакол іх. Для касмічных палётаў мяжа вышэй. Мяжа NASA для ўздзеяння радыяцыі на нізкай калязямной арбіце складае 50 мЗв/год, або 50 бэр/год».

Афіцэрам па касмічным асяроддзі (SEO) SRAG даручана забяспечыць, каб астранаўты маглі паспяхова выканаць сваю місію, не паглынаючы занадта шмат RAD. Яны ўлічваюць розныя экалагічныя і сітуацыйныя фактары, якія прысутнічаюць падчас касмічнага палёту - незалежна ад таго, знаходзяцца астранаўты на НОА або на паверхні Месяца, застаюцца яны ў касмічным караблі або здзяйсняюць выхад у адкрыты космас, або - аб'ядноўваюць і мадэлююць гэтую інфармацыю з дадзенымі, сабранымі з а таксама , прымаць свае рашэнні.

,en у Цэнтры касмічных палётаў імя Годарда, служыць прыкладна той жа мэце, што і SRAG, але для механічных сістэм, якія працуюць над распрацоўкай больш эфектыўнай абароны і больш трывалых матэрыялаў для выкарыстання на арбіце.

«Мы зможам гарантаваць, што людзі, электроніка, касмічныя караблі і прыборы — усё, што мы насамрэч адпраўляем у космас — выжывуць у асяроддзі, у якое мы іх змяшчаем», — заявіла Меган Кейсі, аэракасмічны інжынер з REAG. . «Зыходзячы з таго, куды яны накіроўваюцца, мы гаворым дызайнерам місіі, якім будзе іх касмічнае асяроддзе, і яны вяртаюцца да нас са сваімі планамі прыбораў і пытаюцца: «Ці выжывуць гэтыя часткі там?» Адказ заўсёды так, не, або я не ведаю. Калі мы не ведаем, тады мы праводзім дадатковае тэсціраванне. Гэта пераважная частка нашай працы».

Даследаванні НАСА будуць працягвацца і пашырацца на працягу будучай эры місіі "Артэміда". , як ракета SLS, так і касмічны карабель Orion будуць абсталяваны датчыкамі, якія вымяраюць узровень радыяцыі ў глыбокім космасе за Месяцам - у прыватнасці, разглядаючы адрозненні ў адносных узроўнях за межамі паясоў Ван Алена на Зямлі. Сабраныя даныя і ўрокі, атрыманыя з гэтых першых палётаў без экіпажа, дапамогуць інжынерам NASA будаваць лепшыя касмічныя караблі з большай абаронай у будучыні.

І як толькі ён у рэшце рэшт будзе пабудаваны, экіпажы на борт будзе падтрымліваць шырокі набор датчыкаў выпраменьвання, уключаючы , прызначаны для ўважлівага і пастаяннага вымярэння ўзроўню ўнутры станцыі, калі яна здзяйсняе тыднёвую даўгаватую арбіту вакол Месяца.

«Разуменне ўздзеяння радыяцыйнага асяроддзя мае вырашальнае значэнне не толькі для ўсведамлення навакольнага асяроддзя, дзе будуць жыць астранаўты ў непасрэднай блізкасці ад Месяца, але яно таксама дасць важныя дадзеныя, якія могуць быць выкарыстаны, калі NASA рыхтуецца да яшчэ большых намаганняў, такіх як адпраўка першыя людзі на Марс», - сказала Дзіна Кантэла, менеджэр па інтэграцыі і выкарыстанні місій Gateway. .

NASA можа выкарыстоўваць магнітныя бурбалкі ў будучыні

Заўтрашнія паходы ў міжпланетную прастору, дзе GCR і SEP больш распаўсюджаныя, запатрабуюць больш комплекснай абароны, чым сучасныя пасіўныя ахоўныя матэрыялы і прагнозы касмічнага надвор'я, якія могуць забяспечыць. І паколькі ўласная магнітасфера Зямлі аказалася такой зручнай, даследчыкі з Еўрапейскай камісіі (CORDIS) даследавалі стварэнне дастаткова маленькага, каб змясціцца на касмічным караблі, які атрымаў назву звышправоднага экрана касмічнага выпраменьвання (SR2S).

Праграма SR2.7S коштам 2 мільёна еўра, якая дзейнічала з 2013 па 2015 гады, пашырыла ідэю выкарыстання звышправодных магнітаў для стварэння магнітнага сілавога поля, якое спыняе выпраменьванне, упершыню распрацаванае былым нацысцкім аэракасмічным інжынерам Вернерам фон Браўнам у 1969 годзе. быць больш чым у 3,000 разоў больш канцэнтраваным, чым той, які акружае Зямлю, і будзе распаўсюджвацца ў 10-метровай сферы.

«У рамках праекта ў бліжэйшыя месяцы мы выпрабуем катушку іпадрома, абматаную звышправоднай стужкай MgB2», — сказаў Бернарда Бардзіні, каардынатар дзейнасці CERN у рамках праекта SR2S. . «Прататып шпулькі прызначаны для колькаснай ацэнкі эфектыўнасці тэхналогіі звышправоднага магнітнага экранавання».

Яно не заблакуе ўсё паступаючае выпраменьванне, але эфектыўна адсеіць найбольш шкодныя тыпы, такія як GCR, які цячэ праз пасіўнае экранаванне, як вада праз друшляк. Знізіўшы хуткасць уздзеяння радыяцыі, касманаўты змогуць выконваць больш працяглыя місіі, перш чым дасягнуць ліміту апрамянення НАСА на працягу ўсяго жыцця.

«Паколькі магнітасфера адхіляе касмічныя прамяні, накіраваныя на зямлю, магнітнае поле, якое ствараецца звышправодным магнітам, які атачае касмічны карабель, будзе абараняць экіпаж», - сказаў доктар Рыкарда Мусеніч, навуковы і тэхнічны кіраўнік праекта. у 2014 г. "SR2S - гэта першы праект, які не толькі даследуе прынцыпы і навуковыя праблемы (магнітнага экранавання), але і сутыкаецца са складанымі праблемамі ў тэхніцы".

Дзве звышправодныя шпулькі ўжо сканструяваны і выпрабаваны, будаваць лёгкія магніты, але гэта вельмі папярэдняе даследаванне, майце на ўвазе. Каманда CORDIS не чакае, што гэтая тэхналогія з'явіцца ў космасе яшчэ пару дзесяцігоддзяў.

Даследчыкі з Дэпартамента астраноміі Універсітэта Вісконсіна-Мэдысан нядаўна прыступілі да распрацоўкі ўласнай версіі ідэі CORDIS. Іх Праект (CREW HaT), які ў лютым атрымаў фінансаванне на стварэнне прататыпа ад праграмы Innovative Advanced Concepts (NIAC) НАСА, выкарыстоўвае «новую тэхналогію звышправоднай стужкі, разгортваемую канструкцыю і новую канфігурацыю для магнітнага поля, якое раней не даследавалася». па словах дацэнта UWM і вядучага аўтара даследавання, д-р Алена Д'Онгія сказала ў траўні.

"Геаметрыя HaT ніколі раней не даследавалася ў гэтым кантэксце і не вывучалася ў спалучэнні з сучаснымі звышправоднымі стужкамі", - сказала яна ў . «Ён адводзіць больш за 50 працэнтаў шкодных для біялогіі касмічных прамянёў (пратонаў з энергіяй ніжэй за 1 ГэВ) і іёнаў высокай энергіі з высокім Z. Гэтага дастаткова, каб знізіць дозу радыяцыі, якую паглынаюць астранаўты, да ўзроўню, які складае менш за 5 працэнтаў ад залішняй рызыкі смяротнасці ад раку на працягу жыцця, устаноўленага NASA».

Або астранаўты могуць насіць свінцовыя камізэлькі, каб абараніць сваіх асабістых

Але навошта прыкладаць намаганні для магнітнай інкапсуляцыі ўсяго касмічнага карабля, калі на самой справе абарона патрэбна толькі некалькім тулавам і галовам? Гэта ідэя (КАБЫЛА).

Два камізэлькі MARE, распрацаваныя ў партнёрстве з Ізраільскім касмічным агенцтвам (ISA) і Нямецкім аэракасмічным цэнтрам (DLR), будуць прышпілены на аднолькавых манекенах і запушчаны ў космас на борце місіі Orion без экіпажа на месяц. Падчас трохтыднёвага палёту манекены Хельга і Зохар праляцяць каля 280,000 XNUMX міль ад Зямлі і тысячы міль за Месяц. Іх вантробы створаны так, каб імітаваць чалавечыя косці і мяккія тканіны, што дазваляе даследчыкам вымяраць канкрэтныя дозы радыяцыі, якія яны атрымліваюць.

Яго брат вучыцца на борце МКС (CHARGE), менш засяроджаны на эфектыўнасці камізэлькі супраць радыяцыі, а больш на эрганоміцы, пасадцы і адчуванні, калі касманаўты выконваюць свае штодзённыя абавязкі. Еўрапейскае касмічнае агенцтва таксама даследуе абарону ад радыяцыі на вопратцы , «аварыйная прылада, якая накіравана на абарону касманаўтаў ад інтэнсіўнага сонечнага выпраменьвання пры падарожжы з магнітасферы ў будучых місіях у глыбокі космас».

Або мы палім карпусы караблёў вадой і калам!

Адно шчаслівае сярэдняе значэнне паміж блізкім дыскамфортам ад нашэння этыляванага фартуха ва ўмовах мікрагравітацыі і экзістэнцыяльным клопатам аб тым, што вашы сінапсы патэнцыйна могуць быць перамешаны магутным электрамагнітам, вядома як .

«Прырода не выкарыстоўвае кампрэсары, выпарнікі, каністры з гідраксідам літыя, кіслародныя свечкі або працэсары мачы», — сцвярджаў Марк М. Коэн Архі. Д у артыкуле 2013 года. . «Для вельмі працяглай працы — напрыклад, у міжпланетных касмічных караблях, касмічных станцыях або месяцовых/планетарных базах — гэтыя актыўныя электрамеханічныя сістэмы, як правіла, схільныя да збояў, таму што бесперапынныя працоўныя цыклы ўскладняюць абслугоўванне».

Такім чынам, замест таго, каб спадзявацца на цяжкую і складаную механізацыю для апрацоўкі адходаў, якія астранаўты выкідваюць падчас місіі, гэтая сістэма выкарыстоўвае мяшкі для осмасу, якія імітуюць уласныя пасіўныя сродкі прыроды для ачысткі вады. У дадатак да ачысткі шэрай і чорнай вады, гэтыя мяшкі таксама могуць быць прыстасаваны для ачысткі CO2 з паветра, вырошчвання багавіння для ежы і паліва, і могуць быць абліцаваны ўнутраным корпусам касмічнага карабля, каб забяспечыць цудоўную пасіўную абарону ад часціц высокай энергіі.

«Вада лепш, чым металы для [радыяцыйнай] абароны», — сказаў Марка Дурантэ з Тэхнічнага ўніверсітэта Дармштадта ў Германіі. . Гэта адбываецца таму, што ядро ​​з трох атамаў малекулы вады змяшчае большую масу, чым атам металу, і таму больш эфектыўна блакуе GCR і іншыя прамяні высокай энергіі, працягнуў ён.

Экіпаж на борце прапанаванай місіі Inspiration Mars, у рамках якой пара прыватных астранаўтаў павінна была абляцець Марс з рагаткі ў захапляльным пралёце, калі дзве планеты былі на самай блізкай арбіце ў 2018 годзе. Вы нічога пра гэта не чулі, таму што ціха загінуў у 2015 годзе. Але калі б яны нейкім чынам здзейснілі гэты подзвіг, план заключаўся ў тым, каб прымусіць астранаўтаў какаць у мяшкі, выкапаць вадкасць для паўторнага выкарыстання, а потым насыпаць запячатаныя ў вакууме гаўняныя цэглы да сцен касмічнага карабля — побач са сваімі скрынкамі харчовых прадуктаў — выконваць ролю радыяцыйнай ізаляцыі.

"Гэта гучыць крыху сумна, але гэты матэрыял няма куды падзець, і ён выдатна абараняе ад радыяцыі", - сказаў Табер МакКалум, член некамерцыйнай арганізацыі, якую фінансуе Дэніс Ціта. New Scientist. «Ежа будзе захоўвацца вакол сцен касмічнага карабля, таму што ежа добра абараняе ад радыяцыі». Гэта проста хуткая прагулка на наступную планету, каму патрэбна сантэхніка і пражытак?