چگونه ناسا ممکن است از فضانوردان فردا در برابر تشعشعات اعماق فضا محافظت کند

Tاینجا هستند، خواه از آن باشد یا یا . و مرگ در اثر تشعشع است

همان انتشارات پرانرژی ستاره محلی ما که به شما یک قوطی برنزه می دهد اگر آن را ندارد . در حالی که خدمه و کپسول های باری امروزی در مدار پایین زمین ممکن است مجهز به مگنتوسفرهای مینیاتوری نباشند، اما ممکن است فردا - یا شاید ما فقط از اولین کاوشگران فضایی اعماق بشر در برابر تشعشعات بین ستاره ای محافظت کنیم. .

انواع تشعشعات و اقداماتی که باید در مورد آنها انجام داد

مانند سکته مغزی و مردم، انواع و منابع مختلف تشعشع هم در زمین و هم در فضا وجود دارد. پرتوهای غیریونیزان، به این معنی که اتم انرژی کافی برای حذف کامل یک الکترون از مدار خود را ندارد، می‌تواند در امواج مایکروویو، لامپ‌ها و ذرات انرژی خورشیدی (SEP) مانند . در حالی که این اشکال تابش می تواند به مواد و سیستم های بیولوژیکی آسیب برساند، اثرات آنها معمولاً می تواند مسدود شود (از این رو کرم های ضد آفتاب و مایکروویوها که به کل آشپزخانه ها تابش نمی کنند) یا توسط لایه اوزون یا .

کمربندهای تابشی زمین پر از ذرات پرانرژی هستند که توسط میدان مغناطیسی زمین به دام افتاده اند و می توانند با وسایل الکترونیکی که به فضا می فرستیم ویران کنند. اعتبار: استودیوی تجسم علمی ناسا/تام بریجمن

از سوی دیگر، پرتوهای یونیزان برای دفع یک الکترون پرانرژی هستند و چیز زیادی وجود ندارد که بتواند تکانه بار مثبت آنها را کاهش دهد. ذرات آلفا و بتا، پرتوهای گاما، پرتوهای ایکس و پرتوهای کیهانی کهکشانی، «یون‌های سنگین و پرانرژی عناصری که تمام الکترون‌هایشان در حین حرکت در کهکشان با سرعتی نزدیک به نور از بین رفته‌اند.» . GCR یک منبع اصلی تشعشع است که باید با فضاپیمای فعلی و ماموریت‌های فضایی آینده در منظومه شمسی مقابله شود. شدت GCR با شدت نسبی میدان مغناطیسی خورشید نسبت معکوس دارد، به این معنی که وقتی میدان خورشید در ضعیف‌ترین حالت خود باشد و کمترین توانایی را برای انحراف آنها داشته باشد، قوی‌ترین آنهاست.

با وجود ماهیت متفاوت آنها، هر دو GCR و SEP همراه با خود بدن های بیولوژیکی ما. بمباران مداوم آنها تأثیر منفی تجمعی بر فیزیولوژی انسان دارد که نه تنها منجر به سرطان، بلکه آب مروارید، آسیب عصبی، جهش در رده مولد و بیماری تشعشع حاد در صورت بالا بودن دوز می شود. زیکای شن از موسسه مهندسی محیط زیست فضاپیمای پکن در سال 2019 خاطرنشان می‌کند که برای مواد، ذرات و فوتون‌های پرانرژی می‌توانند باعث آسیب موقت یا خرابی دائمی مواد یا دستگاه‌های فضاپیما شوند. .

آنها افزودند: "ذرات باردار به تدریج انرژی خود را با عبور از مواد از دست می دهند و در نهایت تعداد کافی الکترون را برای توقف جذب می کنند." هنگامی که ضخامت ماده محافظ بیشتر از محدوده یک ذره باردار در ماده باشد، ذرات فرورفته در ماده مسدود می شوند.

چگونه ناسا در حال حاضر از فضانوردان خود محافظت می کند

برای اطمینان از اینکه فضانوردان فردا با تمام دندان‌ها و ناخن‌های دست‌نخورده به مریخ می‌رسند، ناسا نزدیک به چهار دهه را صرف جمع‌آوری داده‌ها و مطالعه اثرات تشعشعات بر بدن انسان کرده است. مال آژانس (SRAG) در مرکز فضایی جانسون، طبق وب‌سایت آن، «مسئول اطمینان از این است که قرار گرفتن در معرض تشعشعات دریافتی توسط فضانوردان در زیر باقی می‌ماند. "

"متوسط ​​دوز معمولی برای یک فرد حدود 360 mrems در سال یا 3.6 mSv است که دوز کمی است. با این حال، استانداردهای بین‌المللی اجازه قرار گرفتن در معرض 5,000 mrems (50 mSv) در سال را برای افرادی که با مواد رادیواکتیو و اطراف آن کار می‌کنند، می‌دهد. برای پرواز فضایی، محدودیت بالاتر است. محدودیت ناسا برای قرار گرفتن در معرض تابش در مدار پایین زمین 50 mSv/year یا 50 rem/year است.

افسران محیط فضایی (SEO) SRAG وظیفه دارند اطمینان حاصل کنند که فضانوردان می توانند بدون جذب RADهای زیاد، ماموریت خود را با موفقیت انجام دهند. آنها عوامل مختلف محیطی و موقعیتی موجود در طول یک پرواز فضایی را در نظر می‌گیرند - چه فضانوردان در LEO باشند یا در سطح ماه، چه در فضاپیما بمانند یا پیاده‌روی فضایی کنند، یا - این اطلاعات را با داده‌های جمع‌آوری‌شده از آن ترکیب و مدل‌سازی کنند. همچنین ، تصمیمات خود را بگیرند.

La در مرکز پرواز فضایی گدارد، تقریباً همان هدف SRAG را دارد، اما برای سیستم‌های مکانیکی، تلاش می‌کند تا محافظ مؤثرتر و مواد مستحکم‌تری برای استفاده در مدار ایجاد کند.

مگان کیسی، مهندس هوافضا در REAG گفت: «ما قادر خواهیم بود اطمینان حاصل کنیم که انسان‌ها، وسایل الکترونیکی، فضاپیماها و ابزارها - هر چیزی که واقعاً به فضا می‌فرستیم - در محیطی که آن را در آن قرار می‌دهیم زنده می‌مانند. . "بر اساس جایی که آنها می روند، ما به طراحان ماموریت می گوییم که محیط فضایی آنها چگونه خواهد بود، و آنها با نقشه های ابزار خود به ما مراجعه می کنند و می پرسند، "آیا این قطعات در آنجا زنده می مانند؟" پاسخ همیشه این است که بله، نه، یا نمی دانم. اگر نمی دانیم، آن موقع است که آزمایشات تکمیلی را انجام می دهیم. این اکثریت کار ماست.»

تحقیقات ناسا در طول دوره ماموریت آرتمیس آتی ادامه خواهد داشت و گسترش خواهد یافت. هم موشک SLS و هم فضاپیمای اوریون مجهز به حسگرهایی خواهند بود که سطوح تشعشعات را در اعماق فضای فراتر از ماه اندازه‌گیری می‌کنند - به‌ویژه به تفاوت‌های سطوح نسبی فراتر از کمربندهای ون آلن زمین. داده‌های جمع‌آوری‌شده و درس‌های آموخته‌شده از این پروازهای اولیه بدون خدمه به مهندسان ناسا کمک می‌کند تا در آینده فضاپیمای بهتر و محافظ‌تری بسازند.

و هنگامی که در نهایت ساخته شد، خدمه سوار می شوند مجموعه حسگر تشعشع گسترده ای از جمله طراحی شده برای اندازه گیری دقیق و مستمر سطوح در ایستگاه در حالی که این ایستگاه در مدار مستطیلی یک هفته ای خود به دور ماه می چرخد.

درک اثرات محیط تشعشعات نه تنها برای آگاهی از محیطی که فضانوردان در مجاورت ماه زندگی خواهند کرد بسیار مهم است، بلکه داده‌های مهمی را نیز ارائه می‌کند که می‌تواند در زمانی که ناسا برای تلاش‌های بزرگ‌تر آماده می‌شود، مانند ارسال فضانوردی مورد استفاده قرار گیرد. دینا کونتلا، مدیر یکپارچه سازی و استفاده از ماموریت دروازه، گفت: اولین انسان به مریخ. .

ناسا ممکن است در آینده از حباب های مغناطیسی استفاده کند

سفرهای فردا به فضای بین سیاره‌ای، جایی که GCR و SEP رایج‌تر هستند، نیاز به حفاظت جامع‌تری نسبت به وضعیت فعلی مواد محافظ غیرفعال و پیش‌بینی‌های هواشناسی فضا دارند. و از آنجایی که مگنتوسفر خود زمین بسیار مفید است، محققان کمیسیون اروپا (CORDIS) بر روی ایجاد یک سفینه فضایی به اندازه کافی کوچک به نام سپر ابررسانای پرتوهای فضایی (SR2S) تحقیق کرده اند.

برنامه 2.7 میلیون یورویی SR2S که از سال 2013 تا 2015 اجرا شد، ایده استفاده از آهنرباهای ابررسانا برای تولید میدان نیروی مغناطیسی متوقف کننده تشعشع را که برای اولین بار توسط مهندس هوافضای سابق نازی ورنر فون براون در سال 1969 طراحی شد، گسترش داد. بیش از 3,000 برابر بیشتر از چیزی که زمین را احاطه کرده است متمرکز باشد و در یک کره 10 متری گسترش یابد.

برناردو بوردینی، هماهنگ کننده فعالیت سرن در چارچوب پروژه SR2S، گفت: «در چارچوب این پروژه، در ماه‌های آینده، یک سیم پیچ پیست مسابقه را با نوار ابررسانا MgB2 آزمایش خواهیم کرد. . نمونه اولیه سیم پیچ برای تعیین کمیت اثربخشی فناوری محافظ مغناطیسی ابررسانا طراحی شده است.

این همه تشعشعات ورودی را مسدود نمی کند، اما به طور موثر آسیب رسان ترین انواع را از بین می برد، مانند GCR، که از طریق محافظ غیرفعال مانند آب از طریق یک آبکش جریان می یابد. با کاهش سرعت قرار گرفتن فضانوردان در معرض تشعشعات، آنها می توانند قبل از رسیدن به حد مجاز قرار گرفتن در معرض طول عمر ناسا، در ماموریت های طولانی تر و طولانی تر خدمت کنند.

دکتر ریکاردو موسنیچ، مدیر علمی و فنی این پروژه، گفت: «از آنجایی که مگنتوسفر پرتوهای کیهانی را به سمت زمین منحرف می کند، میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط یک آهنربای ابررسانا در اطراف فضاپیما از خدمه محافظت می کند. در سال 2014. SR2S اولین پروژه ای است که نه تنها به بررسی اصول و مشکلات علمی (حفاظ مغناطیسی) می پردازد، بلکه با مسائل پیچیده مهندسی نیز مواجه است.

دو سیم پیچ ابررسانا قبلاً ساخته و آزمایش شده است. برای ساخت آهنرباهای سبک، اما این تحقیقات بسیار مقدماتی است. تیم CORDIS پیش بینی نمی کند که این فناوری تا چند دهه دیگر وارد فضا شود.

محققان دپارتمان نجوم دانشگاه ویسکانسین-مدیسون اخیراً در حال توسعه نسخه خود از ایده CORDIS هستند. آنها پروژه (CREW HaT) که بودجه ساخت نمونه اولیه را از برنامه مفاهیم پیشرفته نوآورانه ناسا (NIAC) در ماه فوریه دریافت کرد، از «فناوری نوار ابررسانا جدید، طراحی قابل استقرار و پیکربندی جدید برای میدان مغناطیسی استفاده می‌کند که قبلاً کاوش نشده است». به گفته دکتر النا دونگیا، دانشیار UWM و نویسنده اصلی تحقیقات در ماه می.

او گفت: «هندسه HaT قبلاً در این زمینه مورد بررسی قرار نگرفته یا در ترکیب با نوارهای ابررسانا مدرن مورد مطالعه قرار نگرفته است. . بیش از 50 درصد از پرتوهای کیهانی (پروتون‌های کمتر از 1 گیگا الکترون ولت) و یون‌های پرانرژی بالای کیهانی را منحرف می‌کند. این برای کاهش دوز تشعشع جذب شده توسط فضانوردان به سطحی است که کمتر از 5 درصد خطر مرگ و میر ناشی از سرطان تعیین شده توسط ناسا در طول عمر است.

یا ممکن است فضانوردان برای محافظت از افراد خصوصی خود جلیقه های سربی بپوشند

اما چرا تلاش برای محصور کردن یک سفینه فضایی به صورت مغناطیسی انجام شود، در حالی که واقعاً فقط چند تنه و سر هستند که واقعاً به محافظت نیاز دارند؟ این ایده پشت آن است (ماده).

دو جلیقه MARE که با همکاری آژانس فضایی اسرائیل (ISA) و مرکز هوافضای آلمان (DLR) توسعه یافته اند، بر روی مانکن های یکسان بسته می شوند و با ماموریت ماه بدون خدمه Orion به فضا پرتاب می شوند. در پرواز سه هفته‌ای خود، مانکن‌هایی که هلگا و زوهر نام دارند، حدود 280,000 مایل از زمین و هزاران مایل از ماه دور خواهند شد. درون آنها به گونه ای طراحی شده است که استخوان ها و بافت نرم انسان را تقلید کند و محققان را قادر می سازد تا دوزهای تشعشعی خاصی را که دریافت می کنند اندازه گیری کنند.

مطالعه خواهر و برادرش روی ISS، the (CHARGE)، کمتر بر روی اثربخشی ضد راد جلیقه تمرکز می کند و بیشتر بر روی ارگونومی، تناسب و احساس آن به عنوان فضانوردان به انجام وظایف روزانه خود تمرکز می کند. آژانس فضایی اروپا همچنین در حال بررسی پوشش تشعشعی مبتنی بر پوشاک با این است یک دستگاه اضطراری است که هدف آن محافظت از فضانوردان در برابر تشعشعات شدید خورشیدی هنگام سفر به خارج از مگنتوسفر در ماموریت‌های آینده در فضای عمیق است.

یا بدنه کشتی را با آب و پو می کنیم!

یکی از رسانه های خوشحال کننده بین ناراحتی نزدیک پوشیدن پیش بند سربی در ریزگرانش و نگرانی وجودی ناشی از درهم ریختن سیناپس های شما توسط یک آهنربای الکتریکی قوی به عنوان شناخته شده است. .

مارک ام. . این سیستم‌های الکترومکانیکی فعال برای عملیات بسیار طولانی‌مدت - مانند یک فضاپیما بین سیاره‌ای، ایستگاه فضایی، یا پایگاه قمری/سیاره‌ای - مستعد خرابی هستند زیرا چرخه‌های کار مداوم، تعمیر و نگهداری را دشوار می‌کنند.

بنابراین، این سیستم به‌جای تکیه بر مکانیزم‌های سنگین و پیچیده برای پردازش مواد زائد که فضانوردان در طول یک مأموریت منتشر می‌کنند، از کیسه‌های اسمز استفاده می‌کند که از ابزار غیرفعال خود طبیعت برای تصفیه آب تقلید می‌کنند. علاوه بر تصفیه آب خاکستری و سیاه، این کیسه ها همچنین می توانند برای پاک کردن CO2 از هوا، رشد جلبک برای غذا و سوخت سازگار شوند و می توانند در مقابل بدنه داخلی فضاپیما قرار بگیرند تا محافظ غیرفعال برتر در برابر ذرات با انرژی بالا ایجاد کنند.

مارکو دورانته از دانشگاه فنی دارمشتات در آلمان گفت: "آب برای محافظت در برابر اشعه بهتر از فلزات است." . او ادامه داد: این به این دلیل است که هسته سه اتمی یک مولکول آب حاوی جرم بیشتری نسبت به یک اتم فلز است و بنابراین در مسدود کردن GCR و دیگر پرتوهای پر انرژی موثرتر است.

خدمه مأموریت پیشنهادی Inspiration Mars، که می توانست یک جفت فضانورد خصوصی را در یک پرواز تماشایی در اطراف مریخ تیراندازی کند، در حالی که این دو سیاره در نزدیکترین مدار خود در سال 2018 بودند. شما چیزی در مورد آن نشنیده اید زیرا در سال 2015 بی سر و صدا از بین رفت. اما اگر آنها به نحوی این شاهکار را انجام می دادند، برنامه این بود که فضانوردان را در کیسه هایی مدفوع کنند، مایع را برای استفاده مجدد خارج کنند و سپس آجرهای مهر و موم شده با خلاء را روی دیواره های فضاپیما - در کنار جعبه هایشان انباشته کنند. مواد غذایی - به عنوان عایق تشعشع عمل می کند.

تابر مک کالوم، یکی از اعضای سازمان غیرانتفاعی که توسط دنیس تیتو تامین مالی شده است، گفت: "صدای کمی ناخوشایند است، اما جایی برای رفتن آن مواد وجود ندارد، و محافظ تشعشعی بسیار خوبی ایجاد می کند." دانشمند جدید. قرار است غذا در اطراف دیوارهای فضاپیما ذخیره شود، زیرا مواد غذایی محافظ خوبی در برابر تشعشعات هستند. این فقط یک سفر سریع به سیاره بعدی است، چه کسی به لوله کشی و رزق و روزی نیاز دارد؟