Πώς η NASA μπορεί να προστατεύσει τους αυριανούς αστροναύτες από την ακτινοβολία στο βάθος του διαστήματος

Tεδώ είναι, είτε είναι από είτε ή . Και είναι θάνατος από ακτινοβολία.

Αυτές οι ίδιες ενεργειακές εκπομπές από το τοπικό μας αστέρι που σας χαρίζουν ένα μαύρισμα αν δεν το κάνει . Ενώ το σημερινό πλήρωμα και οι κάψουλες φορτίου σε χαμηλή τροχιά της Γης μπορεί να μην είναι εξοπλισμένα με δικές τους μικροσκοπικές μαγνητόσφαιρες, το αυριανό μπορεί - ή ίσως απλώς θα προστατεύσουμε τους πρώτους εξερευνητές του βαθέος διαστήματος της ανθρωπότητας από τη διαστρική ακτινοβολία .

Τύποι ακτινοβολίας και τι πρέπει να κάνετε για αυτούς

Όπως τα εγκεφαλικά επεισόδια και οι άνθρωποι, υπάρχουν διαφορετικοί τύποι και πηγές ακτινοβολίας τόσο στην επίγεια όσο και στο διάστημα. Η μη ιονίζουσα ακτινοβολία, που σημαίνει ότι το άτομο δεν έχει αρκετή ενέργεια για να αφαιρέσει πλήρως ένα ηλεκτρόνιο από την τροχιά του, μπορεί να βρεθεί σε μικροκύματα, λαμπτήρες και ηλιακά ενεργειακά σωματίδια (SEP) όπως το . Ενώ αυτές οι μορφές ακτινοβολίας μπορούν να βλάψουν υλικά και βιολογικά συστήματα, τα αποτελέσματά τους συνήθως μπορούν να μπλοκαριστούν (εξ ου και τα αντηλιακά και τα μικροκύματα που δεν ακτινοβολούν ολόκληρες κουζίνες) ή να προβληθούν από το στρώμα του όζοντος ή .

Οι ζώνες ακτινοβολίας της Γης είναι γεμάτες με ενεργητικά σωματίδια παγιδευμένα από το μαγνητικό πεδίο της Γης που μπορούν να προκαλέσουν όλεθρο με τα ηλεκτρονικά που στέλνουμε στο διάστημα. Συντελεστές: NASA's Scientific Visualization Studio/Tom Bridgman

Η ιονίζουσα ακτινοβολία, από την άλλη πλευρά, είναι ενεργητική για να ρίξει ένα ηλεκτρόνιο και δεν υπάρχουν πολλά που μπορούν να επιβραδύνουν τη θετικά φορτισμένη ορμή τους. Σωματίδια άλφα και βήτα, ακτίνες γάμμα, ακτίνες Χ και γαλαξιακές κοσμικές ακτίνες, «βαριά, υψηλής ενέργειας ιόντα στοιχείων που έχουν απογυμνωθεί όλα τα ηλεκτρόνια τους καθώς ταξίδευαν μέσω του γαλαξία με σχεδόν την ταχύτητα του φωτός». . «Το GCR είναι μια κυρίαρχη πηγή ακτινοβολίας που πρέπει να αντιμετωπιστεί στο τρέχον διαστημόπλοιο και στις μελλοντικές διαστημικές αποστολές στο ηλιακό μας σύστημα». Η ένταση του GCR είναι αντιστρόφως ανάλογη με τη σχετική ισχύ του μαγνητικού πεδίου του Ήλιου, που σημαίνει ότι είναι ισχυρότερο όταν το πεδίο του Ήλιου είναι στο πιο αδύναμο και λιγότερο ικανό να τα εκτρέψει.

Παρά τις ανόμοιες φύσεις τους, τόσο το GCR όσο και το SEP μαζί με τα ίδια τα βιολογικά μας σώματα. Ο συνεχιζόμενος βομβαρδισμός τους έχει σωρευτική αρνητική επίδραση στην ανθρώπινη φυσιολογία με αποτέλεσμα όχι μόνο καρκίνο, αλλά καταρράκτη, νευρολογική βλάβη, μεταλλάξεις βλαστικών γραμμών και οξεία ασθένεια ακτινοβολίας εάν η δόση είναι αρκετά υψηλή. Όσον αφορά τα υλικά, τα σωματίδια υψηλής ενέργειας και τα φωτόνια μπορούν να προκαλέσουν «προσωρινή ζημιά ή μόνιμη αστοχία υλικών ή συσκευών διαστημικού σκάφους», σημειώνει ο Zicai Shen του Ινστιτούτου Μηχανικής Περιβάλλοντος Διαστημικών Σκαφών του Πεκίνου το 2019. .

«Τα φορτισμένα σωματίδια χάνουν σταδιακά ενέργεια καθώς περνούν μέσα από το υλικό και, τέλος, συλλαμβάνουν επαρκή αριθμό ηλεκτρονίων για να σταματήσουν», πρόσθεσαν. «Όταν το πάχος του υλικού θωράκισης είναι μεγαλύτερο από το εύρος ενός φορτισμένου σωματιδίου στο υλικό, τα προσπίπτοντα σωματίδια θα μπλοκαριστούν στο υλικό».

Πώς η NASA προστατεύει επί του παρόντος τους αστροναύτες της

Για να διασφαλίσει ότι οι αυριανοί αστροναύτες θα φτάσουν στον Άρη με όλα τα δόντια και τα νύχια τους ανέπαφα, η NASA έχει περάσει σχεδόν τέσσερις δεκαετίες συλλέγοντας δεδομένα και μελετώντας τις επιπτώσεις της ακτινοβολίας στο ανθρώπινο σώμα. Του πρακτορείου (SRAG) στο Διαστημικό Κέντρο Johnson είναι, σύμφωνα με τον ιστότοπό του, «υπεύθυνος για τη διασφάλιση ότι η έκθεση στην ακτινοβολία που λαμβάνουν οι αστροναύτες παραμένει χαμηλότερη . "

, «η τυπική μέση δόση για ένα άτομο είναι περίπου 360 mrems ετησίως ή 3.6 mSv, που είναι μια μικρή δόση. Ωστόσο, τα διεθνή πρότυπα επιτρέπουν την έκθεση έως και 5,000 mrems (50 mSv) ετησίως για όσους εργάζονται με και γύρω από ραδιενεργό υλικό. Για διαστημικές πτήσεις, το όριο είναι υψηλότερο. Το όριο της NASA για έκθεση σε ακτινοβολία σε χαμηλή τροχιά στη Γη είναι 50 mSv/έτος ή 50 rem/έτος».

Οι Υπεύθυνοι Διαστημικού Περιβάλλοντος (SEO) της SRAG έχουν καθήκον να διασφαλίσουν ότι οι αστροναύτες μπορούν να ολοκληρώσουν με επιτυχία την αποστολή τους χωρίς να απορροφούν πάρα πολλά RAD. Λαμβάνουν υπόψη τους διάφορους περιβαλλοντικούς και περιστασιακούς παράγοντες που υπάρχουν κατά τη διάρκεια μιας διαστημικής πτήσης - είτε οι αστροναύτες βρίσκονται στο LEO είτε στη σεληνιακή επιφάνεια, είτε παραμένουν στο διαστημικό σκάφος είτε κάνουν διαστημικό περίπατο, είτε - συνδυάζουν και μοντελοποιούν αυτές τις πληροφορίες με δεδομένα που συλλέγονται από καθώς , να πάρουν τις αποφάσεις τους.

Η στο Goddard Space Flight Center, εξυπηρετεί σχεδόν τον ίδιο σκοπό με το SRAG αλλά για μηχανικά συστήματα, που εργάζονται για την ανάπτυξη πιο αποτελεσματικής θωράκισης και πιο στιβαρών υλικών για χρήση σε τροχιά.

«Θα είμαστε σε θέση να διασφαλίσουμε ότι οι άνθρωποι, τα ηλεκτρονικά, τα διαστημικά σκάφη και τα όργανα - οτιδήποτε στέλνουμε πραγματικά στο διάστημα - θα επιβιώσουν στο περιβάλλον στο οποίο τα βάζουμε», δήλωσε η Μέγκαν Κέισι, μηχανικός αεροδιαστημικής στο REAG. . «Με βάση το πού πηγαίνουν, λέμε στους σχεδιαστές αποστολής πώς θα είναι το διαστημικό τους περιβάλλον και επιστρέφουν σε εμάς με τα σχέδια οργάνων τους και ρωτούν: «Θα επιβιώσουν αυτά τα μέρη εκεί;» Η απάντηση είναι πάντα ναι, όχι ή δεν ξέρω. Αν δεν ξέρουμε, τότε κάνουμε επιπλέον δοκιμές. Αυτή είναι η συντριπτική πλειοψηφία της δουλειάς μας».

Η έρευνα της NASA θα συνεχιστεί και θα επεκταθεί σε όλη την επερχόμενη περίοδο της αποστολής Artemis. , τόσο ο πύραυλος SLS όσο και το διαστημικό σκάφος Orion θα είναι εξοπλισμένα με αισθητήρες που θα μετρούν τα επίπεδα ακτινοβολίας στο βαθύ διάστημα πέρα ​​από τη Σελήνη — ειδικά εξετάζοντας τις διαφορές στα σχετικά επίπεδα πέρα ​​από τις Ζώνες Βαν Άλεν της Γης. Τα δεδομένα που συλλέγονται και τα διδάγματα από αυτές τις αρχικές πτήσεις χωρίς πλήρωμα θα βοηθήσουν τους μηχανικούς της NASA να κατασκευάσουν καλύτερα, πιο προστατευτικά διαστημόπλοια στο μέλλον.

Και μόλις χτιστεί τελικά, τα πληρώματα επιβιβάζονται θα διατηρήσει μια εκτεταμένη σουίτα αισθητήρων ακτινοβολίας, συμπεριλαμβανομένου του , σχεδιασμένο για να μετράει προσεκτικά και συνεχώς τα επίπεδα εντός του σταθμού καθώς κάνει την εβδομαδιαία επιμήκη τροχιά του γύρω από το φεγγάρι.

«Η κατανόηση των επιπτώσεων του περιβάλλοντος ακτινοβολίας δεν είναι μόνο κρίσιμη για την επίγνωση του περιβάλλοντος όπου οι αστροναύτες θα ζουν κοντά στη Σελήνη, αλλά θα παρέχει επίσης σημαντικά δεδομένα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν καθώς η NASA προετοιμάζεται για ακόμη μεγαλύτερες προσπάθειες, όπως η αποστολή πρώτοι άνθρωποι στον Άρη», είπε η Ντίνα Κοντέλα, υπεύθυνη για την Ενσωμάτωση και Αξιοποίηση της Αποστολής Gateway. .

Η NASA ενδέχεται να χρησιμοποιήσει μαγνητικές φυσαλίδες στο μέλλον

Τα αυριανά ταξίδια στο διαπλανητικό διάστημα, όπου το GCR και το SEP είναι πιο διαδεδομένα, θα απαιτήσουν πιο ολοκληρωμένη προστασία από ό,τι μπορούν να προσφέρουν τα τρέχοντα υλικά παθητικής θωράκισης και οι προβλέψεις για τον καιρό στο διάστημα. Και δεδομένου ότι η μαγνητόσφαιρα της Γης έχει αποδειχθεί τόσο χρήσιμη, οι ερευνητές της Ευρωπαϊκής Επιτροπής (CORDIS) έχουν ερευνήσει τη δημιουργία ενός αρκετά μικρού ώστε να χωράει σε ένα διαστημόπλοιο, που ονομάζεται Space Radiation Superconducting Shield (SR2S).

Το πρόγραμμα SR2.7S των 2 εκατομμυρίων ευρώ, το οποίο διήρκεσε από το 2013 έως το 2015, επεκτάθηκε στην ιδέα της χρήσης υπεραγώγιμων μαγνητών για τη δημιουργία ενός μαγνητικού πεδίου δύναμης που σταματά την ακτινοβολία που επινοήθηκε για πρώτη φορά από τον πρώην Ναζί μηχανικό αεροδιαστημικής Wernher von Braun το 1969. Το μαγνητικό πεδίο που παράγεται θα είναι περισσότερο από 3,000 φορές πιο συγκεντρωμένο από αυτό που περιβάλλει τη Γη και θα εκτείνεται σε μια σφαίρα 10 μέτρων.

«Στο πλαίσιο του έργου, θα δοκιμάσουμε, τους επόμενους μήνες, ένα πηνίο πίστας τυλιγμένο με μια υπεραγώγιμη ταινία MgB2», δήλωσε ο Bernardo Bordini, συντονιστής της δραστηριότητας του CERN στο πλαίσιο του έργου SR2S, . «Το πρωτότυπο πηνίο έχει σχεδιαστεί για να ποσοτικοποιεί την αποτελεσματικότητα της τεχνολογίας υπεραγώγιμης μαγνητικής θωράκισης».

Δεν θα εμπόδιζε όλη την εισερχόμενη ακτινοβολία, αλλά θα εξέταζε αποτελεσματικά τους πιο επιβλαβείς τύπους, όπως το GCR, το οποίο ρέει μέσω παθητικής θωράκισης όπως το νερό μέσα από ένα σουρωτήρι. Μειώνοντας τον ρυθμό με τον οποίο οι αστροναύτες εκτίθενται στην ακτινοβολία, θα μπορούν να υπηρετούν σε αποστολές μεγαλύτερης διάρκειας προτού φτάσουν στο όριο έκθεσης της NASA.

«Καθώς η μαγνητόσφαιρα εκτρέπει τις κοσμικές ακτίνες που κατευθύνονται προς τη γη, το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από έναν υπεραγώγιμο μαγνήτη που περιβάλλει το διαστημόπλοιο θα προστατεύει το πλήρωμα», είπε ο Δρ Riccardo Musenich, επιστημονικός και τεχνικός διευθυντής του έργου. το 2014. «Το SR2S είναι το πρώτο έργο που όχι μόνο διερευνά τις αρχές και τα επιστημονικά προβλήματα (της μαγνητικής θωράκισης), αλλά αντιμετωπίζει και τα περίπλοκα ζητήματα της μηχανικής».

Δύο υπεραγώγιμα πηνία έχουν ήδη κατασκευαστεί και δοκιμαστεί, για την κατασκευή ελαφρών μαγνητών, αλλά αυτό είναι πολύ προκαταρκτική έρευνα, προσέξτε. Η ομάδα της CORDIS δεν αναμένει ότι αυτή η τεχνολογία θα φτάσει στο διάστημα για άλλες δύο δεκαετίες.

Ερευνητές από το Τμήμα Αστρονομίας του Πανεπιστημίου του Wisconsin–Madison ξεκίνησαν πρόσφατα να αναπτύξουν τη δική τους εκδοχή της ιδέας του CORDIS. Δικα τους Το έργο (CREW HaT), το οποίο έλαβε χρηματοδότηση πρωτοτύπων από το πρόγραμμα Innovative Advanced Concepts (NIAC) της NASA τον Φεβρουάριο, χρησιμοποιεί «νέα τεχνολογία υπεραγώγιμης ταινίας, σχεδιασμό που μπορεί να αναπτυχθεί και μια νέα διαμόρφωση για ένα μαγνητικό πεδίο που δεν έχει διερευνηθεί πριν». σύμφωνα με την αναπληρώτρια καθηγήτρια του UWM και επικεφαλής συγγραφέα των ερευνών, η Δρ Έλενα Ντ' Όνγκια είπε τον Μάιο.

«Η γεωμετρία του HaT δεν έχει διερευνηθεί ποτέ πριν σε αυτό το πλαίσιο ή δεν έχει μελετηθεί σε συνδυασμό με σύγχρονες υπεραγώγιμες ταινίες», είπε στο . «Εκτρέπει πάνω από το 50 τοις εκατό των κοσμικών ακτίνων που βλάπτουν τη βιολογία (πρωτόνια κάτω από 1 GeV) και ιόντων υψηλής περιεκτικότητας σε Ζ υψηλότερης ενέργειας. Αυτό είναι αρκετό για να μειώσει τη δόση ακτινοβολίας που απορροφούν οι αστροναύτες σε επίπεδο μικρότερο από το 5 τοις εκατό των επιπέδων θνησιμότητας από καρκίνο που καθορίζονται από τη NASA».

Ή οι αστροναύτες μπορεί να φορούν μολυβένια γιλέκα για να προστατεύσουν τα προσωπικά τους

Αλλά γιατί να κάνετε την προσπάθεια να εγκλωβίσετε μαγνητικά ένα ολόκληρο διαστημόπλοιο όταν στην πραγματικότητα είναι μόνο μια χούφτα κορμούς και κεφαλές που χρειάζονται πραγματικά την προστασία; Αυτή είναι η ιδέα πίσω από το (ΦΟΡΑΔΑ).

Αναπτύχθηκε σε συνεργασία τόσο με την Ισραηλινή Διαστημική Υπηρεσία (ISA) όσο και με το Γερμανικό Αεροδιαστημικό Κέντρο (DLR), δύο από τα γιλέκα MARE θα δεθούν σε πανομοιότυπα μανεκέν και θα εκτοξευθούν στο διάστημα με την αποστολή Orion χωρίς πλήρωμα φεγγάρι. Στην πτήση των τριών εβδομάδων, τα μανεκέν, που ονομάζονται Helga και Zohar, θα ταξιδέψουν περίπου 280,000 μίλια από τη Γη και χιλιάδες μίλια πέρα ​​από το φεγγάρι. Τα σπλάχνα τους είναι σχεδιασμένα να μιμούνται τα ανθρώπινα οστά και τους μαλακούς ιστούς, επιτρέποντας στους ερευνητές να μετρήσουν τις συγκεκριμένες δόσεις ακτινοβολίας που λαμβάνουν.

Η αδερφή του μελέτη στο ISS, το (CHARGE), εστιάζει λιγότερο στην αποτελεσματικότητα του γιλέκου κατά του ραδιοφώνου και περισσότερο στην εργονομία, την εφαρμογή και την αίσθηση του, καθώς οι αστροναύτες κάνουν τις καθημερινές τους υποχρεώσεις. Ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος διερευνά επίσης τη θωράκιση ακτινοβολίας με βάση τα ρούχα με το , μια «συσκευή έκτακτης ανάγκης που στοχεύει στην προστασία των αστροναυτών από την έντονη ηλιακή ακτινοβολία όταν ταξιδεύουν έξω από τη μαγνητόσφαιρα σε μελλοντικές αποστολές στο Deep Space».

Ή θα βάλουμε τα σκαριά των πλοίων με νερό και πώ!

Ένα χαρούμενο μέσο μεταξύ της στενής ταλαιπωρίας του να φοράτε μια μολυβένια ποδιά στη μικροβαρύτητα και της υπαρξιακής ανησυχίας ότι οι συνάψεις σας ενδέχεται να ανακατευτούν από έναν ισχυρό ηλεκτρομαγνήτη είναι γνωστό ως .

«Η φύση δεν χρησιμοποιεί συμπιεστές, εξατμιστές, δοχεία υδροξειδίου του λιθίου, κεριά οξυγόνου ή επεξεργαστές ούρων», υποστήριξε ο Marc M. Cohen Arch.D στην εργασία του 2013. . "Για πολύ μακροπρόθεσμη λειτουργία - όπως σε ένα διαπλανητικό διαστημόπλοιο, διαστημικό σταθμό ή σεληνιακή/πλανητική βάση - αυτά τα ενεργά ηλεκτρομηχανικά συστήματα τείνουν να είναι επιρρεπή σε αστοχίες, επειδή οι συνεχείς κύκλοι λειτουργίας καθιστούν δύσκολη τη συντήρηση."

Έτσι, αντί να βασίζεται σε βαρείς και περίπλοκους μηχανισμούς για την επεξεργασία των αποβλήτων που εκπέμπουν οι αστροναύτες κατά τη διάρκεια μιας αποστολής, αυτό το σύστημα χρησιμοποιεί σακούλες όσμωσης που μιμούνται τα παθητικά μέσα της φύσης για τον καθαρισμό του νερού. Εκτός από την επεξεργασία του γκρίζου και μαύρου νερού, αυτές οι σακούλες θα μπορούσαν επίσης να προσαρμοστούν για την απομάκρυνση του CO2 από τον αέρα, την ανάπτυξη φυκιών για τροφή και καύσιμα και μπορούν να επενδυθούν στο εσωτερικό κύτος ενός διαστημικού σκάφους για να παρέχουν ανώτερη παθητική θωράκιση έναντι σωματιδίων υψηλής ενέργειας.

«Το νερό είναι καλύτερο από τα μέταλλα για την προστασία [από την ακτινοβολία]», είπε ο Marco Durante από το Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Darmstadt στη Γερμανία. . Αυτό συμβαίνει επειδή ο πυρήνας τριών ατόμων ενός μορίου νερού περιέχει περισσότερη μάζα από ένα άτομο μετάλλου και επομένως είναι πιο αποτελεσματικός στο να μπλοκάρει το GCR και άλλες ακτίνες υψηλής ενέργειας, συνέχισε.

Το πλήρωμα της προτεινόμενης αποστολής Inspiration Mars, η οποία θα είχε σφεντόνα ένα ζευγάρι ιδιωτικών αστροναυτών γύρω από τον Άρη σε μια εντυπωσιακή πτήση, ενώ οι δύο πλανήτες βρίσκονταν στην πιο κοντινή τροχιά τους το 2018. Δεν έχετε ακούσει τίποτα για αυτό γιατί Το 2015 κατέρρευσε αθόρυβα. Αλλά αν είχαν καταφέρει με κάποιο τρόπο αυτό το κατόρθωμα, το σχέδιο ήταν να βάλουν τους αστροναύτες να βάλουν τα κακά τους σε σακούλες, να αφαιρέσουν το υγρό για επαναχρησιμοποίηση και στη συνέχεια να στοίβουν τα σφραγισμένα με κενό τούβλα στους τοίχους του διαστημικού σκάφους - δίπλα στα κουτιά τους των τροφίμων — να λειτουργεί ως μόνωση ακτινοβολίας.

«Ακούγεται λίγο ενοχλητικό, αλλά δεν υπάρχει πού να πάει αυτό το υλικό και κάνει μεγάλη θωράκιση από την ακτινοβολία», είπε ο Taber MacCallum, μέλος της μη κερδοσκοπικής οργάνωσης που χρηματοδοτείται από τον Dennis Tito. New Scientist. «Τα τρόφιμα θα αποθηκεύονται γύρω από τα τοιχώματα του διαστημικού σκάφους, επειδή τα τρόφιμα είναι καλή θωράκιση από την ακτινοβολία». Είναι απλώς μια γρήγορη εκδρομή στον επόμενο πλανήτη, ποιος χρειάζεται υδραυλικά και συντήρηση;