Kako bi NASA mogla zaštititi sutrašnje astronaute od zračenja dubokog svemira

Tevo , da li je iz ili , ili . I je smrt od radijacije.

Iste one energetske emisije naše lokalne zvijezde koje vam daju ten ako ne . Dok današnja posada i teretne kapsule u niskoj orbiti Zemlje možda neće biti opremljene vlastitim minijaturnim magnetosferama, sutrašnja bi mogla – ili ćemo možda samo zaštititi prve istraživače dubokog svemira čovječanstva od međuzvjezdanog zračenja .

Vrste zračenja i šta učiniti s njima

Poput moždanih udara i ljudi, postoje različite vrste i izvori zračenja, kako na zemlji tako i u svemiru. Nejonizujuće zračenje, što znači da atom nema dovoljno energije da u potpunosti ukloni elektron iz svoje orbite, može se naći u mikrotalasima, sijalicama i solarnim energetskim česticama (SEP) poput . Iako ovi oblici zračenja mogu oštetiti materijale i biološke sisteme, njihovi efekti obično mogu biti blokirani (dakle kreme za sunčanje i mikrovalne pećnice koje ne zrače cijele kuhinje) ili zaštićene ozonskim omotačem ili .

Zemljini pojasevi zračenja ispunjeni su energetskim česticama zarobljenim Zemljinim magnetnim poljem koje mogu izazvati pustoš s elektronikom koju šaljemo u svemir. Zasluge: NASA-in studio za naučnu vizualizaciju/Tom Bridgman

Jonizujuće zračenje je, s druge strane, energično za izbacivanje elektrona i ne postoji mnogo toga što bi moglo usporiti njihov pozitivno nabijeni impuls. Alfa i beta čestice, gama zraci, rendgenski zraci i galaktičke kosmičke zrake, "teški, visokoenergetski joni elemenata kojima su odstranjeni svi elektroni dok su putovali kroz galaksiju skoro brzinom svjetlosti", . “GCR je dominantan izvor zračenja s kojim se mora nositi na trenutnim svemirskim letjelicama i budućim svemirskim misijama unutar našeg solarnog sistema.” Intenzitet GCR-a je obrnuto proporcionalan relativnoj jačini Sunčevog magnetnog polja, što znači da su oni najjači kada je Sunčevo polje najslabije i najmanje može da ih odbije.

Uprkos njihovoj različitoj prirodi, i GCR i SEP zajedno sa samim našim biološkim telima. Njihovo kontinuirano bombardiranje ima kumulativni negativan učinak na ljudsku fiziologiju što rezultira ne samo rakom već i kataraktom, neurološkim oštećenjem, mutacijama zametne linije i akutnom radijacijskom bolešću ako je doza dovoljno visoka. Što se tiče materijala, čestice visoke energije i fotoni mogu uzrokovati "privremeno oštećenje ili trajni kvar materijala ili uređaja svemirskih letjelica", primjećuje Zicai Shen iz Pekinškog instituta za inženjerstvo okoliša svemirskih letjelica u 2019. .

“Nabijene čestice postupno gube energiju dok prolaze kroz materijal i konačno hvataju dovoljan broj elektrona da se zaustave”, dodali su. “Kada je debljina zaštitnog materijala veća od raspona nabijene čestice u materijalu, čestice koje upadaju u materijal će biti blokirane.”

Kako NASA trenutno štiti svoje astronaute

Kako bi osigurala da sutrašnji astronauti stignu na Mars sa svim netaknutim zubima i noktima, NASA je provela skoro četiri decenije prikupljajući podatke i proučavajući efekte zračenja na ljudsko tijelo. Agencija (SRAG) u svemirskom centru Johnson je, prema svojoj web stranici, “odgovoran za osiguranje da izloženost radijaciji koju primaju astronauti ostane ispod . "

, „Tipična prosječna doza za osobu je oko 360 mrem godišnje, ili 3.6 mSv, što je mala doza. Međutim, međunarodni standardi dozvoljavaju izlaganje čak 5,000 mrems (50 mSv) godišnje za one koji rade sa i oko radioaktivnog materijala. Za svemirske letove, granica je veća. NASA granica za izloženost radijaciji u niskoj orbiti Zemlje je 50 mSv/godišnje, ili 50 rem/godišnje.”

SRAG-ovi službenici za svemirsko okruženje (SEO) imaju zadatak da osiguraju da astronauti mogu uspješno završiti svoju misiju bez apsorpcije previše RAD-ova. Oni uzimaju u obzir različite faktore okoline i situacije prisutne tokom svemirskog leta - da li su astronauti u LEO-u ili na površini Mjeseca, da li ostaju u svemirskoj letjelici ili šetaju svemirom, ili - kombinuju i modeliraju te informacije sa podacima prikupljenim od kao i , da donose svoje odluke.

The u Goddard Space Flight Center, služi otprilike istoj svrsi kao SRAG, ali za mehaničke sisteme, radeći na razvoju efikasnije zaštite i robusnijih materijala za upotrebu u orbiti.

"Moći ćemo osigurati da ljudi, elektronika, svemirske letjelice i instrumenti - sve što zapravo šaljemo u svemir - preživi u okruženju u koje ga stavljamo", rekla je Megan Casey, inženjerka aeronautike u REAG-u. . „Na osnovu toga kuda idu, kažemo dizajnerima misija kakvo će biti njihovo svemirsko okruženje, a oni nam se vraćaju sa svojim planovima instrumenata i pitaju: 'Hoće li ovi dijelovi tamo preživjeti?' Odgovor je uvijek da, ne, ili ne znam. Ako ne znamo, tada radimo dodatna testiranja. To je velika većina našeg posla.”

NASA-ino istraživanje će se nastaviti i proširiti tokom predstojeće ere misije Artemis. , i SLS raketa i svemirska letjelica Orion će biti opremljene senzorima koji mjere nivoe radijacije u dubokom svemiru iza Mjeseca – posebno gledajući na razlike u relativnim nivoima izvan Zemljinih Van Allenovih pojaseva. Prikupljeni podaci i naučene lekcije iz ovih početnih letova bez posade pomoći će NASA-inim inženjerima da u budućnosti izgrade bolje svemirske letjelice sa više zaštite.

A kada se konačno izgradi, posade na brodu će održavati ekspanzivni paket senzora radijacije, uključujući , dizajniran za pažljivo i kontinuirano mjerenje nivoa unutar stanice dok pravi svoju jednonedeljnu duguljastu orbitu oko mjeseca.

“Razumijevanje efekata radijacijskog okruženja nije samo kritično za svijest o okruženju u kojem će astronauti živjeti u blizini Mjeseca, već će također pružiti važne podatke koji se mogu koristiti dok se NASA priprema za još veće poduhvate, poput slanja prvi ljudi na Mars,” rekla je Dina Contella, menadžerica za integraciju i korištenje misije Gateway. .

NASA bi u budućnosti mogla koristiti magnetne mehuriće

Sutrašnji pohodi u međuplanetarni prostor, gdje su GCR i SEP preovlađujući, zahtijevat će sveobuhvatniju zaštitu nego što trenutni najmoderniji pasivni zaštitni materijali i predviđanja svemirskih vremenskih prognoza mogu pružiti. A budući da se Zemljina vlastita magnetosfera pokazala tako korisnom, istraživači iz Evropske komisije (CORDIS) su istraživali stvaranje dovoljno malog da stane na svemirski brod, nazvanog Space Radiation Superconducting Shield (SR2S).

Program SR2.7S vrijedan 2 miliona eura, koji je trajao od 2013. do 2015., proširio je ideju upotrebe supravodljivih magneta za generiranje magnetnog polja sile koja zaustavlja zračenje koju je prvi osmislio bivši nacistički inženjer svemirskog svemira Wernher von Braun 1969. Proizvedeno magnetsko polje bi biti više od 3,000 puta koncentrisaniji od onog koji okružuje Zemlju i protezao bi se u sferi od 10 metara.

“U okviru projekta, mi ćemo u narednim mjesecima testirati zavojnicu za trkačke staze namotanu supravodljivom trakom MgB2”, Bernardo Bordini, koordinator aktivnosti CERN-a u okviru projekta SR2S, . "Prototip zavojnice je dizajniran da kvantifikuje efikasnost tehnologije supravodljive magnetne zaštite."

Ne bi blokirao svu dolaznu radijaciju, ali bi efikasno odagnao najštetnije vrste, poput GCR-a, koji teče kroz pasivnu zaštitu poput vode kroz cjedilo. Smanjenjem stope po kojoj su astronauti izloženi zračenju, moći će služiti u misijama sve dužih trajanja prije nego što dostignu NASA-inu granicu doživotne izloženosti.

“Dok magnetosfera odbija kosmičke zrake usmjerene prema zemlji, magnetno polje koje generiše supravodljivi magnet koji okružuje svemirsku letjelicu zaštitilo bi posadu,” rekao je dr Riccardo Musenich, naučni i tehnički menadžer projekta. 2014. „SR2S je prvi projekat koji ne samo da istražuje principe i naučne probleme (magnetne zaštite), već se suočava i sa složenim pitanjima u inženjerstvu.“

Dvije supravodljive zavojnice su već konstruirane i testirane, za izradu laganih magneta, ali ovo je vrlo preliminarno istraživanje, imajte na umu. CORDIS tim ne očekuje da će ova tehnologija stići u svemir još nekoliko decenija.

Istraživači sa Odsjeka za astronomiju Univerziteta Wisconsin-Madison nedavno su počeli razvijati vlastitu verziju CORDIS-ove ideje. Njihova (CREW HaT) projekat, koji je dobio sredstva za izradu prototipa od NASA-inog programa Innovative Advanced Concepts (NIAC) u februaru, koristi "novu tehnologiju supravodljive trake, dizajn koji se može postaviti i novu konfiguraciju za magnetno polje koje ranije nije istraženo", prema vanredni profesor UWM-a i glavni autor istraživanja, rekla je dr. Elena D'Onghia u maju.

„HaT geometrija nikada ranije nije istraživana u ovom kontekstu niti proučavana u kombinaciji sa modernim supravodljivim trakama“, rekla je u . “Ona preusmjerava preko 50 posto kosmičkih zraka koji oštećuju biologiju (protoni ispod 1 GeV) i iona visoke energije visoke Z. Ovo je dovoljno da smanji dozu zračenja koju apsorbiraju astronauti na nivo koji je manji od 5 posto od životnog viška rizika od smrtnosti od raka koji je utvrdila NASA.”

Ili astronauti mogu nositi olovne prsluke kako bi zaštitili svoje privatne osobe

Ali zašto se truditi magnetski inkapsulirati cijeli svemirski brod kada je zapravo samo nekoliko torza i glava kojima je zapravo potrebna zaštita? To je ideja iza (MARE).

Razvijena u partnerstvu sa Izraelskom svemirskom agencijom (ISA) i Njemačkim svemirskim centrom (DLR), dva MARE prsluka bit će vezana na identične lutke i lansirana u svemir na misiji Orion na Mjesec bez posade. Na svom tronedeljnom letu, manekeni po imenu Helga i Zohar će putovati oko 280,000 milja od Zemlje i hiljadama milja pored Meseca. Njihova unutrašnjost je dizajnirana da oponaša ljudske kosti i meka tkiva, omogućavajući istraživačima da mjere specifične doze zračenja koje primaju.

Njegova bratska studija na ISS-u, (CHARGE), manje se fokusira na efikasnost prsluka protiv rada, a više na ergonomiju, pristajanje i osjećaj dok astronauti obavljaju svoje dnevne obaveze. Europska svemirska agencija također istražuje zaštitu od zračenja na bazi odjeće , "uređaj za hitne slučajeve koji ima za cilj da zaštiti astronaute od intenzivnog sunčevog zračenja kada putuju van magnetosfere u budućim misijama dubokog svemira."

Ili ćemo obložiti trupove brodova vodom i kakicom!

Jedan sretan medij između bliske nelagode nošenja olovne pregače u mikrogravitaciji i egzistencijalne brige da će vam moćni elektromagnet potencijalno pokvariti sinapse poznat je kao .

„Priroda ne koristi kompresore, isparivače, kanistere litijum hidroksida, sveće sa kiseonikom ili procesore urina,“ tvrdi Marc M. Cohen Arch.D u radu iz 2013. . “Za vrlo dugotrajan rad – kao u međuplanetarnoj svemirskoj letjelici, svemirskoj stanici ili lunarnoj/planetarnoj bazi – ovi aktivni elektromehanički sistemi su skloni kvarovima jer kontinuirani ciklusi rada otežavaju održavanje.”

Dakle, umjesto da se oslanja na teške i komplikovane mehanizacije za obradu otpadnih materijala koje astronauti emituju tokom misije, ovaj sistem koristi osmozne vreće koje oponašaju pasivna sredstva prirode za pročišćavanje vode. Osim za tretiranje sive i crne vode, ove vreće također mogu biti prilagođene za čišćenje CO2 iz zraka, uzgoj algi za hranu i gorivo i mogu se postaviti uz unutrašnji trup svemirske letjelice kako bi pružile superiornu pasivnu zaštitu od čestica visoke energije.

„Voda je bolja od metala za zaštitu od zračenja“, rekao je Marko Durante sa Tehničkog univerziteta u Darmštatu u Nemačkoj. . To je zato što jezgro od tri atoma molekula vode sadrži veću masu od atoma metala i stoga je efikasnije u blokiranju GCR-a i drugih zraka visoke energije, nastavio je.

Posada na predloženoj misiji Inspiration Mars, koja bi praćkom uplovila par privatnih astronauta oko Marsa u spektakularnom preletu dok su dvije planete bile na svojoj orbiti najbližoj 2018. Niste čuli ništa o tome jer tiho je propao 2015. Ali da su nekako izveli taj podvig, plan je bio da se astronauti pokakaju u vrećice, izvuku tekućinu za ponovnu upotrebu, a zatim da gomilaju vakuumski zapečaćene cigle od govana uz zidove svemirske letjelice - pored svojih kutija hrane — da djeluje kao izolacija od zračenja.

"Malo zvuči neugodno, ali nema mjesta za taj materijal i odlično štiti od zračenja", rekao je Taber MacCallum, član neprofitne organizacije koju finansira Dennis Tito New Scientist. “Hrana će biti pohranjena svuda oko zidova svemirske letjelice, jer hrana dobro štiti od zračenja.” To je samo brzi izlet do sljedeće planete, kome treba vodovod i opskrba?