Kuinka NASA voisi suojella huomisen astronautit syvän avaruuden säteilyltä

Ttässä on , onko se peräisin tai tai . Ja on säteilykuolema.

Samat energiapäästöt paikallisesta tähdestämme, jotka antavat sinulle rusketuksen jos ei . Vaikka tämän päivän matalan Maan kiertoradan miehistö ja rahtikapselit eivät välttämättä ole varustettu omilla miniatyyreillä magnetosfääreillä, huomisen ehkä – tai ehkä me vain suojelemme ihmiskunnan ensimmäisiä syväavaruuden tutkijoita tähtienväliseltä säteilyltä .

Säteilytyypit ja mitä niille tehdä

Kuten aivohalvaukset ja ihmiset, on olemassa erilaisia ​​säteilytyyppejä ja -lähteitä sekä maan päällä että avaruudessa. Ionisoimatonta säteilyä, mikä tarkoittaa, että atomilla ei ole tarpeeksi energiaa elektronin poistamiseen kokonaan kiertoradaltaan, löytyy mikroaalloista, hehkulampuista ja aurinkoenergiahiukkasista (SEP), kuten . Vaikka nämä säteilyn muodot voivat vahingoittaa materiaaleja ja biologisia järjestelmiä, niiden vaikutukset voivat tyypillisesti olla estetty (siis aurinkovoide ja mikroaaltouunit, jotka eivät säteilytä koko keittiötä) tai otsonikerros tai .

Maan säteilyvyöhykkeet ovat täynnä energisiä hiukkasia, jotka jäävät Maan magneettikentän loukkuun, ja ne voivat aiheuttaa tuhoa avaruuteen lähettämämme elektroniikkalaitteiden kanssa. Kiitokset: NASAn tieteellinen visualisointistudio/Tom Bridgman

Ionisoiva säteily puolestaan ​​​​on energinen irrottamaan elektronin, eikä ole paljon, mikä voisi hidastaa niiden positiivisesti varautunutta liikemäärää. Alfa- ja beetahiukkaset, gammasäteet, röntgensäteet ja galaktiset kosmiset säteet, "raskaat, korkeaenergiset alkuaineiden ionit, joista kaikki elektronit ovat irronneet, kun ne kulkivat galaksin läpi lähes valon nopeudella". . "GCR on hallitseva säteilylähde, jota on käsiteltävä nykyisissä avaruusaluksissa ja tulevissa avaruustehtävissä aurinkokunnassamme." GCR-intensiteetti on kääntäen verrannollinen Auringon magneettikentän suhteelliseen voimakkuuteen, mikä tarkoittaa, että ne ovat voimakkaimpia, kun Auringon kenttä on heikoimmillaan ja kykenee vähiten kääntämään niitä.

Erilaisista luonteistaan ​​huolimatta sekä GCR että SEP sekä itse biologiset kehomme. Niiden jatkuvalla pommituksella on kumulatiivinen negatiivinen vaikutus ihmisen fysiologiaan, mikä johtaa syövän lisäksi kaihiin, neurologisiin vaurioihin, ituradan mutaatioihin ja akuuttiin säteilysairauteen, jos annos on riittävän suuri. Materiaaleille korkeaenergiset hiukkaset ja fotonit voivat aiheuttaa "tilapäistä vauriota tai pysyvää vikaa avaruusalusten materiaaleille tai laitteille", Zicai Shen Pekingin avaruusalusten ympäristötekniikan instituutista toteaa vuonna 2019. .

"Varatut hiukkaset menettävät vähitellen energiaa kulkiessaan materiaalin läpi ja lopulta vangitsevat riittävän määrän elektroneja pysähtyäkseen", he lisäsivät. "Kun suojamateriaalin paksuus on suurempi kuin materiaalissa olevan varautuneen hiukkasen alue, putoavat hiukkaset tukkeutuvat materiaaliin."

Kuinka NASA tällä hetkellä suojelee astronautejaan

NASA on käyttänyt lähes neljä vuosikymmentä tiedon keräämiseen ja säteilyn ihmiskehoon kohdistuvien vaikutusten tutkimiseen varmistaakseen, että huomisen astronautit saapuvat Marsiin hampaiden ja kynsien ollessa ehjät. Viraston (SRAG) Johnson Space Centerissä on verkkosivustonsa mukaan "vastuussa siitä, että astronautien saama säteilyaltistus jää alle "

, "tyypillinen keskimääräinen annos henkilölle on noin 360 mrems vuodessa eli 3.6 mSv, mikä on pieni annos. Kansainväliset standardit sallivat kuitenkin jopa 5,000 mrem:n (50 mSv) altistuksen vuodessa niille, jotka työskentelevät radioaktiivisten aineiden kanssa ja niiden lähellä. Avaruuslentojen osalta raja on korkeampi. NASA:n raja säteilyaltistukselle matalalla Maan kiertoradalla on 50 mSv/vuosi tai 50 rem/vuosi.

SRAG:n avaruusympäristövirkailijoiden (SEO) tehtävänä on varmistaa, että astronautit voivat suorittaa tehtävänsä onnistuneesti ilman, että ne imevät liikaa RAD:ia. Ne ottavat huomioon avaruuslennon aikana esiintyvät erilaiset ympäristö- ja tilannetekijät — ovatko astronautit LEO:ssa vai kuun pinnalla, jäävätkö he avaruusalukseen vai käyvätkö he avaruuskävelyllä, tai — yhdistävät ja mallintavat nämä tiedot avaruuslennolta kerättyihin tietoihin. sekä , tehdä päätöksensä.

- Goddard Space Flight Centerissä, palvelee paljolti samaa tarkoitusta kuin SRAG, mutta mekaanisille järjestelmille, jotka pyrkivät kehittämään tehokkaampia suojauksia ja kestävämpiä materiaaleja käytettäväksi kiertoradalla.

"Pystymme varmistamaan, että ihmiset, elektroniikka, avaruusalukset ja instrumentit - kaikki, mitä todella lähetämme avaruuteen - säilyvät hengissä ympäristössä, johon laitamme ne", sanoi REAG:n ilmailu-insinööri Megan Casey. . "Sen perusteella, minne he ovat menossa, kerromme tehtäväsuunnittelijoille, millainen heidän tilaympäristönsä tulee olemaan, ja he tulevat takaisin meille instrumenttisuunnitelmiensa kanssa ja kysyvät: "Käyvätkö nämä osat siellä hengissä?" Vastaus on aina kyllä, ei tai en tiedä. Jos emme tiedä, teemme lisätestejä. Se on suurin osa työstämme."

NASAn tutkimus jatkuu ja laajenee koko tulevan Artemis-operaation ajan. , sekä SLS-raketti että Orion-avaruusalus varustetaan antureilla, jotka mittaavat säteilytasoja syvässä avaruudessa Kuun ulkopuolella – tarkasteltaessa erityisesti suhteellisten tasojen eroja Maan Van Allenin vyöhykkeiden ulkopuolella. Näistä ensimmäisistä miehittämättömistä lennoista kerätyt tiedot ja opetukset auttavat NASAn insinöörejä rakentamaan parempia, suojaavampia avaruusaluksia tulevaisuudessa.

Ja kun se lopulta valmistuu, miehistöt kyytiin ylläpitää laajaa säteilyanturisarjaa, mukaan lukien , joka on suunniteltu mittaamaan tarkasti ja jatkuvasti aseman tasoja, kun se kiertää viikon pituisen kiertoradan kuun ympäri.

"Säteilyympäristön vaikutusten ymmärtäminen ei ole vain kriittinen tieto ympäristöstä, jossa astronautit asuvat Kuun läheisyydessä, vaan se tarjoaa myös tärkeitä tietoja, joita voidaan käyttää NASAn valmistautuessa entistä suurempiin ponnisteluihin, kuten astronautien lähettämiseen. ensimmäiset ihmiset Marsiin, Gateway Mission Integration and Utilisation -päällikkö Dina Contella sanoi. .

NASA saattaa käyttää magneettikuplia tulevaisuudessa

Huomiset vaellukset planeettojen väliseen avaruuteen, jossa GCR ja SEP ovat yleisempiä, vaativat kattavamman suojan kuin nykyiset passiiviset suojamateriaalit ja avaruussääennusteet voivat tarjota. Ja koska Maan oma magnetosfääri on osoittautunut niin käteväksi, tutkijat Euroopan komission kanssa (CORDIS) ovat tutkineet sellaisen, joka on tarpeeksi pieni sopimaan avaruusalukseen ja jota kutsutaan nimellä Space Radiation Superconducting Shield (SR2S), luomista.

2.7 miljoonan euron SR2S-ohjelma, joka jatkui vuosina 2013–2015, laajensi ajatusta suprajohtavien magneettien käyttämisestä säteilyä pysäyttävän magneettisen voimakentän luomiseen, jonka entinen natsi-avaruusinsinööri Wernher von Braun kehitti ensimmäisen kerran vuonna 1969. Tuotettu magneettikenttä olla yli 3,000 kertaa keskittyneempi kuin Maata ympäröivä ja ulottuisi 10 metrin palloon.

"Projektin puitteissa testaamme lähikuukausina MgB2-suprajohtavalla teipillä kierrettyä kilparadan kelaa", Bernardo Bordini, CERNin toiminnan koordinaattori SR2S-projektin puitteissa. . "Prototyyppikela on suunniteltu kvantifioimaan suprajohtavan magneettisen suojaustekniikan tehokkuus."

Se ei estäisi kaikkea tulevaa säteilyä, mutta se poistaisi tehokkaasti vahingollisimmat tyypit, kuten GCR, joka virtaa passiivisen suojauksen läpi kuin vesi siivilän läpi. Pienentämällä astronautien altistumista säteilylle, he voivat palvella enemmän ja pidempiä tehtäviä ennen kuin saavuttavat NASAn elinikäisen altistusrajan.

"Kun magnetosfääri ohjaa maata kohti suunnattuja kosmisia säteitä, avaruusalusta ympäröivän suprajohtavan magneetin synnyttämä magneettikenttä suojelisi miehistöä", tohtori Riccardo Musenich, hankkeen tieteellinen ja tekninen johtaja kertoi. vuonna 2014. "SR2S on ensimmäinen projekti, joka ei pelkästään tutki (magneettisuojauksen) periaatteita ja tieteellisiä ongelmia, vaan se kohtaa myös tekniikan monimutkaisia ​​kysymyksiä."

Kaksi suprajohtavaa kelaa on jo rakennettu ja testattu, rakentaa kevyitä magneetteja, mutta tämä on hyvin alustavaa tutkimusta. CORDIS-tiimi ei odota tämän tekniikan pääsevän avaruuteen vielä pariin vuosikymmeneen.

Wisconsinin yliopiston Madisonin tähtitieteen laitoksen tutkijat ovat hiljattain ryhtyneet kehittämään omaa versiotaan CORDIS-ideasta. Heidän (CREW HaT) -projekti, joka sai prototyyppirahoitusta NASAn Innovative Advanced Concepts (NIAC) -ohjelmasta helmikuussa, käyttää "uutta suprajohtavaa nauhateknologiaa, käyttöönotettavaa suunnittelua ja uutta magneettikentän konfiguraatiota, jota ei ole tutkittu aiemmin". UWM:n apulaisprofessorin ja tutkimusten johtavan kirjoittajan mukaan, tohtori Elena D'Onghia kertoi toukokuussa.

"HaT-geometriaa ei ole koskaan aiemmin tutkittu tässä yhteydessä tai tutkittu yhdessä nykyaikaisten suprajohtavien nauhojen kanssa", hän sanoi. . "Se ohjaa yli 50 prosenttia biologiaa vahingoittavista kosmisista säteistä (protoneista alle 1 GeV) ja korkeamman energian korkea-Z-ioneista. Tämä riittää vähentämään astronautien absorboiman säteilyannoksen tasolle, joka on alle 5 prosenttia NASAn määrittämästä elinaikaisesta ylimääräisestä syöpäkuolleisuusriskistä.

Tai astronautit saattavat käyttää lyijylivejä suojellakseen yksityisiä

Mutta miksi yrittää magneettisesti kapseloida kokonainen avaruusalus, kun todellisuudessa se on vain kourallinen torsoja ja päitä, jotka todella tarvitsevat suojaa? Se on idean takana (TAMMA).

Kaksi MARE-liiviä, jotka on kehitetty yhteistyössä Israelin avaruusjärjestön (ISA) ja Saksan ilmailukeskuksen (DLR) kanssa, kiinnitetään identtisiin mallinukkeihin ja lähetetään avaruuteen Orionin miehittämättömällä kuulennolla. Kolmen viikon lennolla mallinuket, nimeltään Helga ja Zohar, lentävät noin 280,000 XNUMX mailia Maasta ja tuhansia mailia kuun ohi. Heidän sisäelimet on suunniteltu jäljittelemään ihmisen luita ja pehmytkudoksia, jolloin tutkijat voivat mitata saamansa säteilyannokset.

Sen sisarustutkimus ISS:llä (CHARGE) keskittyy vähemmän liivin anti-rad-tehokkuuteen, vaan enemmän sen ergonomiaan, istuvuuteen ja tuntumaan astronautien suorittaessa päivittäisiä tehtäviään. Euroopan avaruusjärjestö tutkii myös vaatteisiin perustuvaa säteilysuojausta , "hätälaite, jonka tarkoituksena on suojella astronauteja voimakkaalta auringon säteilyltä heidän matkustaessaan magnetosfääristä tulevissa Deep Space -tehtävissä".

Tai vuoraamme laivojen rungot vedellä ja kakalla!

Eräs onnellinen väline mikrogravitaation aiheuttaman lyijyllisen esiliinan käytöstä aiheutuvan läheisen epämukavuuden ja sen eksistentiaalisen huolen välillä, että voimakas sähkömagneetti saattaa sekoittaa synapssejasi, tunnetaan nimellä .

"Luonto ei käytä kompressoreita, haihduttimia, litiumhydroksidikanistereita, happikynttilöitä tai virtsan prosessoreita", Marc M. Cohen Arch.D väitti vuoden 2013 artikkelissa. . "Hyvin pitkäkestoisessa käytössä - kuten planeettojenvälisessä avaruusaluksessa, avaruusasemassa tai kuun/planeetan tukikohdassa - nämä aktiiviset sähkömekaaniset järjestelmät ovat yleensä vikaherkkiä, koska jatkuvat käyttöjaksot vaikeuttavat ylläpitoa."

Sen sijaan, että luottaisimme raskaisiin ja monimutkaisiin koneisaatioihin astronautien tehtävän aikana vapauttamien jätemateriaalien käsittelyssä, tämä järjestelmä käyttää osmoosipusseja, jotka jäljittelevät luonnon omia passiivisia keinoja veden puhdistamiseen. Harmaan ja mustan veden käsittelyn lisäksi nämä pussit voitaisiin myös mukauttaa puhdistamaan hiilidioksidia ilmasta, kasvattamaan leviä ruokaa ja polttoainetta varten, ja ne voidaan vuorata avaruusaluksen sisärunkoa vasten tarjoamaan ylivoimaisen passiivisen suojan korkean energian hiukkasia vastaan.

"Vesi on metallia parempi [säteily]suojauksessa", Marco Durante Darmstadtin teknisestä yliopistosta Saksasta kertoi. . Tämä johtuu siitä, että vesimolekyylin kolmen atomin ydin sisältää enemmän massaa kuin metalliatomi ja siksi se on tehokkaampi estämään GCR:ää ja muita korkean energian säteitä, hän jatkoi.

Miehistö ehdotetun Inspiration Mars -tehtävän kanssa, joka olisi lentänyt yksityistä astronauttia Marsin ympäri upealla ohilennolla näiden kahden planeetan ollessa lähimpänä kiertoradansa vuonna 2018. Et ole kuullut siitä mitään, koska meni hiljaa alle vuonna 2015. Mutta jos he olisivat jotenkin saaneet tämän saavutuksen päätökseen, suunnitelmana oli saada astronautit kakkaamaan pusseihin, imemään nestettä uudelleenkäyttöä varten ja sitten pinoamaan tyhjiösuljetut paskatiilet avaruusaluksen seiniä vasten – laatikoidensa viereen. ruoasta — toimimaan säteilyeristeenä.

"Se kuulostaa hieman epämiellyttävältä, mutta materiaalille ei ole paikkaa mihin mennä, ja se suojaa erinomaisesti säteilyltä", Dennis Titon rahoittaman voittoa tavoittelemattoman järjestön jäsen Taber MacCallum kertoi. New Scientist. "Ruoka varastoidaan joka puolelle avaruusaluksen seiniä, koska ruoka on hyvä säteilysuojaus." Se on vain nopea matka seuraavalle planeetalle, kuka tarvitsee putkistoa ja ravintoa?