Kako bi NASA mogla zaštititi sutrašnje astronaute od zračenja dubokog svemira

Tovdje su , bilo da je iz ili , ili . I je smrt radijacijom.

One iste energetske emisije naše lokalne zvijezde koje vam daju preplanuli ten mogu ako ne bude . Dok današnja posada i teretne kapsule u niskoj Zemljinoj orbiti možda neće biti opremljene vlastitim minijaturnim magnetosferama, sutrašnje bi mogle - ili ćemo možda samo zaštititi prve ljudske istraživače dubokog svemira od međuzvjezdanog zračenja .

Vrste zračenja i što s njima učiniti

Poput moždanog udara i ljudi, postoje različite vrste i izvori zračenja kako na zemlji tako iu svemiru. Neionizirajuće zračenje, što znači da atom nema dovoljno energije da u potpunosti ukloni elektron iz svoje orbite, može se pronaći u mikrovalnim pećnicama, žaruljama i solarnim energetskim česticama (SEP) poput . Iako ovi oblici zračenja mogu oštetiti materijale i biološke sustave, njihovi učinci obično mogu biti blokirani (stoga krema za sunčanje i mikrovalne pećnice koje ne zrače cijele kuhinje) ili zaštićeni ozonskim omotačem ili .

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

Ionizirajuće zračenje, s druge strane, ima energiju za odbacivanje elektrona i nema mnogo toga što može usporiti njihov pozitivno nabijeni moment. Alfa i beta čestice, gama zrake, X-zrake i galaktičke kozmičke zrake, "teški, visokoenergetski ioni elemenata kojima su svi elektroni ogoljeni dok su putovali galaksijom brzinom gotovo svjetlosti", . "GCR je dominantan izvor zračenja s kojim se moramo pozabaviti na trenutnim svemirskim letjelicama i budućim svemirskim misijama unutar našeg solarnog sustava." Intenzitet GCR-a je obrnuto proporcionalan relativnoj snazi ​​Sunčevog magnetskog polja, što znači da su oni najjači kada je Sunčevo polje najslabije i najmanje ih može skrenuti.

Unatoč njihovoj različitoj prirodi, i GCR i SEP zajedno sa samim našim biološkim tijelima. Njihovo kontinuirano bombardiranje ima kumulativni negativni učinak na ljudsku fiziologiju što rezultira ne samo rakom, već i kataraktom, neurološkim oštećenjima, mutacijama zametne linije i akutnom radijacijskom bolešću ako je doza dovoljno visoka. Što se tiče materijala, visokoenergetske čestice i fotoni mogu uzrokovati "privremenu štetu ili trajni kvar materijala ili uređaja svemirske letjelice", primjećuje Zicai Shen iz Pekinškog instituta za inženjerstvo okoliša svemirske letjelice 2019. .

"Nabijene čestice postupno gube energiju dok prolaze kroz materijal, i konačno, uhvate dovoljan broj elektrona da se zaustave", dodali su. "Kada je debljina zaštitnog materijala veća od dometa nabijene čestice u materijalu, upadne čestice bit će blokirane u materijalu."

Kako NASA trenutno štiti svoje astronaute

Kako bi osigurala da budući astronauti stignu na Mars sa svim zubima i noktima netaknutima, NASA je provela gotovo četiri desetljeća prikupljajući podatke i proučavajući učinke zračenja na ljudsko tijelo. Agencije (SRAG) u Svemirskom centru Johnson je, prema svojoj web stranici, “odgovoran za osiguravanje da izloženost zračenju koju primaju astronauti ostane ispod ".

, “tipična prosječna doza za osobu je oko 360 mrema godišnje ili 3.6 mSv, što je mala doza. Međutim, međunarodni standardi dopuštaju izloženost do čak 5,000 mrema (50 mSv) godišnje za one koji rade s radioaktivnim materijalom i oko njega. Za svemirske letove granica je viša. NASA-ino ograničenje za izloženost zračenju u niskoj Zemljinoj orbiti je 50 mSv/godina ili 50 rem/godina.”

SRAG-ovi službenici za svemirsko okruženje (SEO) imaju zadatak osigurati da astronauti mogu uspješno dovršiti svoju misiju bez upijanja previše RAD-ova. Oni uzimaju u obzir različite okolišne i situacijske čimbenike prisutne tijekom svemirskog leta — bilo da su astronauti u LEO-u ili na površini Mjeseca, ostaju li u letjelici ili izlaze u svemirsku šetnju ili — kombiniraju i modeliraju te informacije s podacima prikupljenim iz kao i , da donose svoje odluke.

Korištenje električnih romobila ističe u Goddard Space Flight Centru, služi gotovo istoj svrsi kao SRAG, ali za mehaničke sustave, radeći na razvoju učinkovitije zaštite i robusnijih materijala za korištenje u orbiti.

"Moći ćemo osigurati da ljudi, elektronika, svemirske letjelice i instrumenti - sve što zapravo šaljemo u svemir - prežive u okruženju u koje to stavljamo", rekla je Megan Casey, zrakoplovna inženjerka u REAG-u. . "Na temelju toga kamo idu, kažemo dizajnerima misije kakvo će biti njihovo svemirsko okruženje, a oni nam se vrate 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 tijekom nadolazeće ere misije Artemis. , i raketa SLS i svemirska letjelica Orion bit će opremljeni senzorima koji će mjeriti razine zračenja u dubokom svemiru iza Mjeseca — posebno promatrajući razlike u relativnim razinama izvan Zemljinog Van Allenovog pojasa. Prikupljeni podaci i lekcije naučene iz ovih početnih letova bez posade pomoći će NASA-inim inženjerima da u budućnosti naprave bolje svemirske letjelice s većom zaštitom.

A kad se konačno izgradi, posada se uključuje će održavati ekspanzivan paket senzora zračenja, uključujući , dizajniran za pažljivo i kontinuirano mjerenje razina unutar postaje dok čini svoju jednotjednu duguljastu orbitu oko Mjeseca.

“Razumijevanje učinaka radijacijskog okruženja nije samo ključno za svijest o okolišu 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 pothvate, poput slanja prvi ljudi na Mars,” rekla je Dina Contella, voditeljica Gateway Mission Integration and Utilization, u .

NASA bi u budućnosti mogla koristiti magnetske mjehuriće

Sutrašnja putovanja u međuplanetarni prostor, gdje su GCR i SEP prevladavajući, zahtijevat će sveobuhvatniju zaštitu nego što to mogu pružiti trenutni najsuvremeniji pasivni zaštitni materijali i predviđanja svemirskog vremena. A budući da se Zemljina vlastita magnetosfera pokazala tako zgodnom, istraživači iz Europske komisije (CORDIS) istraživali su stvaranje jednog dovoljno malog da stane na svemirski brod, nazvanog Space Radiation Superconducting Shield (SR2S).

Program SR2.7S vrijedan 2 milijuna eura, koji je trajao od 2013. do 2015., proširio je ideju korištenja supravodljivih magneta za stvaranje magnetskog polja sile koje zaustavlja radijaciju, a koje je prvi osmislio bivši nacistički zrakoplovni inženjer Wernher von Braun 1969. godine. Proizvedeno magnetsko polje bi biti više od 3,000 puta koncentriraniji od onog koji okružuje Zemlju i protezao bi se u sferi od 10 metara.

“U okviru projekta testirat ćemo, u nadolazećim mjesecima, zavojnicu trkaće staze namotanu supravodljivom trakom MgB2,” Bernardo Bordini, koordinator aktivnosti CERN-a u okviru projekta SR2S, . "Prototip zavojnice dizajniran je za kvantificiranje učinkovitosti tehnologije supravodljive magnetske zaštite."

Ne bi blokirao svo dolazno zračenje, ali bi učinkovito odvojio najštetnije vrste, poput GCR-a, koji teče kroz pasivnu zaštitu poput vode kroz cjedilo. Smanjivanjem stope izlaganja astronauta zračenju, moći će služiti u više i dugotrajnijih misija prije nego što dosegnu NASA-ino ograničenje doživotne izloženosti.

"Kako magnetosfera odbija kozmičke zrake usmjerene prema zemlji, magnetsko polje koje stvara supravodljivi magnet koji okružuje letjelicu zaštitilo bi posadu", rekao je dr. Riccardo Musenich, znanstveni i tehnički voditelj projekta. 2014. "SR2S je prvi projekt koji ne samo da istražuje principe i znanstvene probleme (magnetske zaštite), već se također suočava sa složenim problemima u inženjerstvu."

Dvije supravodljive zavojnice već su konstruirane i ispitane, 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 desetljeća.

Istraživači s Odjela za astronomiju Sveučilišta Wisconsin–Madison nedavno su krenuli u razvoj vlastite verzije CORDIS-ove ideje. Njihovo (CREW HaT), koji je u veljači dobio sredstva za izradu prototipa iz NASA-inog programa Innovative Advanced Concepts (NIAC), koristi “novu tehnologiju supravodljive trake, dizajn koji se može primijeniti i novu konfiguraciju za magnetsko polje koje dosad nije istraženo,” prema riječima izvanrednog profesora UWM-a i glavnog autora istraživanja, dr. Elena D'Onghia za u svibnju.

"Geometrija HaT nikada prije nije bila istražena u ovom kontekstu ili proučavana u kombinaciji s modernim supravodljivim trakama", rekla je u . “On preusmjerava preko 50 posto biološki štetnih kozmičkih zraka (protona ispod 1 GeV) i visokoenergetskih iona visokog Z. To je dovoljno da se smanji doza zračenja koju apsorbiraju astronauti na razinu koja je manja od 5 posto životnog prekomjernog rizika od smrtnosti od raka koje je utvrdila NASA.”

Ili bi astronauti mogli nositi olovne prsluke kako bi zaštitili svoja intimna tijela

Ali zašto se truditi magnetski zatvoriti cijeli svemirski brod kada je zapravo samo nekoliko torza i glava ono što zapravo treba zaštitu? To je ideja iza (KOBILA).

Razvijena u partnerstvu s Izraelskom svemirskom agencijom (ISA) i Njemačkim svemirskim centrom (DLR), dva MARE prsluka bit će pričvršćena na identične lutke i lansirana u svemir na brodu misije Orion bez posade na Mjesec. Na svom trotjednom letu, lutke, nazvane Helga i Zohar, proputovat će oko 280,000 milja od Zemlje i tisuće milja pored Mjeseca. Njihova je utroba dizajnirana tako da oponaša ljudske kosti i meka tkiva, omogućujući istraživačima mjerenje specifičnih doza zračenja koje primaju.

Njegova srodna studija na ISS-u, (CHARGE), fokusira se manje na učinkovitost prsluka protiv radijacije, a više na ergonomiju, pristajanje i osjećaj dok astronauti obavljaju svoje dnevne dužnosti. Europska svemirska agencija također istražuje zaštitu od zračenja temeljenu na odjeći , “uređaj za hitne slučajeve koji ima za cilj zaštititi astronaute od intenzivnog sunčevog zračenja kada putuju izvan magnetosfere u budućim misijama dubokog svemira.”

Ili ćemo brodske trupove obložiti vodom i kakicom!

Jedna sretna sredina između nelagode u neposrednoj blizini nošenja olovne pregače u mikrogravitaciji i egzistencijalne brige da vam moćni elektromagnet potencijalno poremeti sinapse poznat je kao .

"Priroda ne koristi kompresore, isparivače, kanistere litij hidroksida, svijeće s kisikom ili procesore urina", ustvrdio je Marc M. Cohen Arch.D u radu iz 2013. . "Za vrlo dugotrajan rad - kao u međuplanetarnoj svemirskoj letjelici, svemirskoj postaji ili lunarnoj/planetarnoj bazi - ovi aktivni elektro-mehanički sustavi obično su skloni kvarovima jer kontinuirani radni ciklusi otežavaju održavanje."

Dakle, umjesto da se oslanja na teške i komplicirane mehanizacije za obradu otpadnih materijala koje astronauti emitiraju tijekom misije, ovaj sustav koristi vrećice za osmozu koje oponašaju prirodne pasivne načine pročišćavanja vode. Osim za obradu sive i crne vode, ove se vreće također mogu prilagoditi za čišćenje CO2 iz zraka, uzgoj algi za hranu i gorivo, a mogu se postaviti uz unutarnji trup svemirske letjelice kako bi se osigurala vrhunska pasivna zaštita od čestica visoke energije.

"Voda je bolja od metala za zaštitu [od zračenja]", rekao je Marco Durante s Tehničkog sveučilišta u Darmstadtu u Njemačkoj . To je zato što jezgra od tri atoma molekule vode sadrži veću masu od atoma metala i stoga je učinkovitija u blokiranju GCR-a i drugih visokoenergetskih zraka, nastavio je.

Posada na predloženoj misiji Inspiration Mars, koja bi iz praćke gađala par privatnih astronauta oko Marsa u spektakularnom preletu dok su dva planeta bila u najbližoj orbiti 2018. O tome niste ništa čuli jer tiho je propao 2015. Ali da su nekako uspjeli u tom podvigu, plan je bio da astronauti kake u vrećice, izvade tekućinu za ponovnu upotrebu, a zatim naslažu vakuumski zatvorene usrane cigle na zidove svemirske letjelice — pored svojih kutija. hrane — da djeluje kao izolacija od zračenja.

"Zvuči pomalo neugodno, ali nema mjesta za taj materijal, a čini i sjajnu zaštitu od zračenja", rekao je Taber MacCallum, član neprofitne organizacije koju financira Dennis Tito New Scientist. "Hrana će biti pohranjena oko zidova svemirske letjelice, jer hrana dobro štiti od zračenja." To je samo brzi izlet do sljedećeg planeta, tko treba vodovod i hranu?