Hogyan védheti meg a NASA a holnap űrhajósait a mélyűri sugárzástól?

Titt vannak , akár től származik, akár vagy . És sugárzás általi halál.

Ugyanazok a helyi sztárunk energiakibocsátásai, amelyek barnulást kölcsönöznek Önnek ha nem . Míg a mai alacsony Föld körüli pályán lévő legénység és teherkapszulák nem biztos, hogy saját miniatűr magnetoszférákkal vannak felszerelve, a holnap talán – vagy talán csak megvédjük az emberiség első mélyűrkutatóit a csillagközi sugárzástól. .

A sugárzás típusai és mit kell tenni ellenük

Az agyvérzésekhez és az emberekhez hasonlóan a sugárzásnak különböző típusai és forrásai léteznek mind a földi, mind az űrben. Nem ionizáló sugárzás, ami azt jelenti, hogy az atomnak nincs elég energiája ahhoz, hogy teljesen eltávolítsa az elektront a pályájáról, megtalálható a mikrohullámokban, villanykörtékben és a napenergetikai részecskékben (SEP). Míg ezek a sugárzási formák károsíthatják az anyagokat és a biológiai rendszereket, hatásukat jellemzően blokkolhatja (ezért a fényvédő krém és a mikrohullámú sütő nem sugározza be az egész konyhát), vagy az ózonréteg vagy .

A Föld sugárzási övei tele vannak a Föld mágneses mezeje által csapdába esett energetikai részecskékkel, amelyek pusztítást okozhatnak az űrbe küldött elektronikával. Köszönetnyilvánítás: a NASA Tudományos Vizualizációs Stúdiója/Tom Bridgman

Az ionizáló sugárzás viszont energikusan levál egy elektront, és nincs sok, ami lelassítaná a pozitív töltésű lendületüket. Az alfa- és béta-részecskék, a gamma-, a röntgen- és a galaktikus kozmikus sugarak, „olyan elemek nehéz, nagyenergiájú ionjai, amelyeknek minden elektronja lecsillapodott, miközben szinte fénysebességgel haladtak át a galaxison”. . "A GCR egy domináns sugárforrás, amellyel foglalkozni kell a jelenlegi űrhajókon és a jövőbeli űrmissziókon a Naprendszerünkön belül." A GCR intenzitása fordítottan arányos a Nap mágneses terének relatív erősségével, ami azt jelenti, hogy akkor a legerősebbek, amikor a Nap tere a leggyengébb, és a legkevésbé képes eltéríteni őket.

Különböző természetük ellenére mind a GCR, mind a SEP magukkal biológiai testünkkel együtt. Folyamatos bombázásuk halmozottan negatív hatással van az emberi fiziológiára, ami nemcsak rákot, hanem szürkehályogot, neurológiai károsodást, csíravonal-mutációkat és akut sugárbetegséget eredményez, ha a dózis elég magas. Anyagok esetében a nagy energiájú részecskék és fotonok „átmeneti károsodást vagy tartós meghibásodást okozhatnak az űrhajók anyagaiban vagy eszközeiben” – jegyzi meg Zicai Shen, a pekingi Űrhajók Környezetmérnöki Intézetének munkatársa 2019-ben. .

"A feltöltött részecskék fokozatosan veszítenek energiából, ahogy áthaladnak az anyagon, és végül elegendő számú elektront rögzítenek a leálláshoz" - tették hozzá. "Ha az árnyékoló anyag vastagsága nagyobb, mint az anyagban lévő töltött részecske tartománya, a beeső részecskék eltömődnek az anyagban."

Hogyan védi jelenleg a NASA az űrhajósait

Annak érdekében, hogy a holnap űrhajósai sértetlen fogakkal és körömmel érkezzenek a Marsra, a NASA közel négy évtizedet töltött az adatok gyűjtésével és a sugárzás emberi szervezetre gyakorolt ​​hatásának tanulmányozásával. Az ügynökségé (SRAG) a Johnson Űrközpontban a honlapja szerint „felelős azért, hogy az űrhajósok sugárterhelése az alatt maradjon. . "

, „a tipikus átlagos dózis egy személy számára körülbelül 360 mrems évente, vagyis 3.6 mSv, ami kicsi. A nemzetközi szabványok azonban akár évi 5,000 mrem (50 mSv) expozíciót is lehetővé tesznek azok számára, akik radioaktív anyagokkal vagy azok körül dolgoznak. Az űrrepülésnél magasabb a határ. A NASA határértéke az alacsony Föld körüli pályán történő sugárterhelésre 50 mSv/év vagy 50 rem/év.

A SRAG Space Environment Officers (SEO) feladata annak biztosítása, hogy az űrhajósok sikeresen teljesíthessék küldetésüket anélkül, hogy túl sok RAD-ot nyelnének el. Figyelembe veszik az űrrepülés során jelenlévő különféle környezeti és szituációs tényezőket – függetlenül attól, hogy az űrhajósok LEO-ban vagy a Hold felszínén vannak-e, maradnak-e az űrhajóban, vagy űrsétát tesznek-e, vagy – kombinálják és modellezik ezeket az információkat az űrrepülés során gyűjtött adatokkal. szintén , hogy meghozzák döntéseiket.

A a Goddard Space Flight Centerben, nagyjából ugyanazt a célt szolgálja, mint az SRAG, de mechanikus rendszerekhez, amelyek hatékonyabb árnyékolást és robusztusabb anyagokat fejlesztenek ki a pályán való használatra.

„Képesek leszünk biztosítani, hogy az emberek, az elektronika, az űrhajók és a műszerek – bármi, amit ténylegesen az űrbe küldünk – életben maradjon abban a környezetben, amelybe helyezzük” – mondta Megan Casey, a REAG repülőgép- és űrmérnöke. . „Attól függően, hogy hová mennek, elmondjuk a küldetéstervezőknek, hogy milyen lesz az űrkörnyezetük, és visszajönnek hozzánk a hangszerterveikkel, és megkérdezik: „Ezek az alkatrészek megmaradnak ott?” A válasz mindig igen, nem, vagy nem tudom. Ha nem tudjuk, akkor további vizsgálatokat végzünk. Ez a munkánk túlnyomó része.”

A NASA kutatása folytatódni fog és kibővül a közelgő Artemis-misszió korszakában. , mind az SLS rakétát, mind az Orion űrszondát olyan érzékelőkkel látják el, amelyek a Holdon túli mélyűrben mérik a sugárzás szintjét – konkrétan a Föld Van Allen övön túli relatív szintkülönbségeket vizsgálva. Az összegyűjtött adatok és az ezekből a kezdeti személyzet nélküli repülésekből levont tanulságok segíteni fognak a NASA mérnökeinek abban, hogy a jövőben jobb, nagyobb védelmet nyújtó űrhajókat építsenek.

És amint végül megépül, a legénység felszáll a fedélzetre kiterjedt sugárzásérzékelő csomagot tart fenn, beleértve a , amelyet arra terveztek, hogy gondosan és folyamatosan mérje a szinteket az állomáson belül, miközben egyhetes hosszúkás pályát tesz a Hold körül.

„A sugárzási környezet hatásainak megértése nemcsak annak a környezetnek a tudatosítása szempontjából kritikus fontosságú, ahol az űrhajósok a Hold közelében élnek majd, hanem fontos adatokkal szolgál majd, amelyek felhasználhatók, amikor a NASA még nagyobb erőfeszítésekre készül, mint például az űrhajósok küldésére. első emberek a Marsra” – mondta Dina Contella, a Gateway Mission Integration and Utilisation menedzsere. .

A NASA a jövőben mágneses buborékokat alkalmazhat

A holnapi utazások a bolygóközi űrbe, ahol a GCR és a SEP elterjedtebbek, átfogóbb védelmet igényelnek, mint amennyit a jelenlegi legkorszerűbb passzív árnyékoló anyagok és az űr-időjárás-előrejelzések nyújtani tudnak. És mivel a Föld saját magnetoszférája nagyon hasznosnak bizonyult, az Európai Bizottság kutatói (CORDIS) azt kutatták, hogy létrehoztak egy elég kicsi űrhajót, amelyet Space Radiation Superconducting Shield (SR2S) névre kereszteltek.

A 2.7 millió eurós SR2S program, amely 2013 és 2015 között futott, kiterjesztette azt az ötletet, hogy szupravezető mágnesekkel sugárzást leállító mágneses erőteret hozzanak létre, amelyet először Wernher von Braun ex-náci repülőgép-mérnök dolgozott ki 1969-ben. Az előállított mágneses tér több mint 3,000-szer koncentráltabb, mint a Földet körülvevő, és egy 10 méteres gömbben nyúlna ki.

„A projekt keretében a következő hónapokban tesztelni fogunk egy MgB2 szupravezető szalaggal feltekercselt versenypálya tekercset” – mondta Bernardo Bordini, a CERN tevékenységének koordinátora az SR2S projekt keretében. . "A prototípus tekercset úgy tervezték, hogy számszerűsítse a szupravezető mágneses árnyékolási technológia hatékonyságát."

Nem blokkolná az összes bejövő sugárzást, de hatékonyan kiszűrné a legkárosabb típusokat, például a GCR-t, amely passzív árnyékoláson keresztül áramlik, mint a víz a szűrőszűrőn. Azáltal, hogy csökkentik az űrhajósok sugárzásnak kitett arányát, több és hosszabb ideig tartó küldetéseket teljesíthetnek majd, mielőtt elérnék a NASA élettartamra szóló expozíciós határát.

„Mivel a magnetoszféra eltéríti a Föld felé irányuló kozmikus sugarakat, az űrhajót körülvevő szupravezető mágnes által generált mágneses tér megvédi a legénységet” – mondta Dr. Riccardo Musenich, a projekt tudományos és műszaki vezetője. 2014-ben. „Az SR2S az első olyan projekt, amely nemcsak a (mágneses árnyékolás) elveit és tudományos problémáit kutatja, hanem a mérnöki komplexitás kérdéseivel is szembesül.”

Két szupravezető tekercset már megépítettek és teszteltek, könnyű mágnesek építésére, de ez nagyon előzetes kutatás, ne feledje. A CORDIS csapata nem számít arra, hogy ez a technológia még néhány évtizedig az űrbe kerül.

A Wisconsin Egyetem – Madison Csillagászati ​​Tanszékének kutatói a közelmúltban hozzáláttak a CORDIS ötletének saját verziójának kidolgozásához. Az övék (CREW HaT) projekt, amely a NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) programjából kapott prototípus-finanszírozást februárban, „új szupravezető szalagtechnológiát, telepíthető kialakítást és egy olyan mágneses mező új konfigurációját alkalmazza, amelyet korábban még nem vizsgáltak”. Az UWM docense és a kutatás vezető szerzője szerint Dr. Elena D'Onghia mondta májusban.

"A HaT geometriát még soha nem tárták fel ebben a kontextusban, és nem tanulmányozták a modern szupravezető szalagokkal kombinálva" - mondta. . „Eltéríti a biológiát károsító kozmikus sugarak több mint 50 százalékát (1 GeV alatti protonok) és a nagyobb energiájú high-Z ionokat. Ez elegendő ahhoz, hogy az űrhajósok által elnyelt sugárdózist olyan szintre csökkentsék, amely kevesebb, mint 5 százaléka a NASA által megállapított, a rákos megbetegedések életre szóló többletkockázatának.

Vagy az űrhajósok viselhetnek ólommellényt, hogy megvédjék a magánszemélyeiket

De miért kellene végigmenni azon az erőfeszítésen, hogy egy egész űrhajót mágneses tokba zárjunk, amikor valójában csak egy maroknyi torzóról és fejről van szó, aminek valójában szüksége van a védelemre? Ez az ötlet mögött (KANCA).

Az Izraeli Űrügynökséggel (ISA) és a Német Légiközlekedési Központtal (DLR) együttműködésben kifejlesztett MARE mellények közül kettőt egyforma próbababák fedélzetére kell felcsatolni, és az Orion legénység nélküli holdküldetése fedélzetén bocsátani az űrbe. Háromhetes repülésük során a Helga és Zohar nevű próbababák mintegy 280,000 XNUMX mérföldre utaznak el a Földtől és több ezer mérföldre a Hold mellett. Belsejüket úgy tervezték, hogy utánozzák az emberi csontokat és a lágyszöveteket, lehetővé téve a kutatók számára, hogy megmérjék a kapott specifikus sugárdózist.

Testvértanulmánya az ISS fedélzetén, a (CHARGE) kevésbé összpontosít a mellény anti-rad hatékonyságára, sokkal inkább az ergonómiára, illeszkedésre és tapintásra, miközben az űrhajósok végzik napi feladataikat. Az Európai Űrügynökség a ruházati alapú sugárárnyékolást is vizsgálja a , egy „vészhelyzeti eszköz, amelynek célja, hogy megvédje az űrhajósokat az intenzív napsugárzástól, amikor a magnetoszférán kívülre utaznak a jövőbeli mélyűri küldetések során”.

Vagy kibéleljük a hajótesteket vízzel és pocival!

Az egyik boldog közeg a mikrogravitációs ólmozott kötény viselésének közeli kényelmetlensége és az az egzisztenciális aggodalom között, hogy szinapszisait esetleg egy erős elektromágnes összezavarja, az úgynevezett .

„A természet nem használ kompresszorokat, elpárologtatókat, lítium-hidroxid-tartályokat, oxigéngyertyákat vagy vizeletfeldolgozókat” – érvelt Marc M. Cohen Arch.D a 2013-as cikkben. . „Nagyon hosszú távú működés esetén – mint egy bolygóközi űrhajó, űrállomás vagy hold/bolygóbázis esetén – ezek az aktív elektromechanikus rendszerek hajlamosak meghibásodásra, mivel a folyamatos munkaciklusok megnehezítik a karbantartást.”

Tehát ahelyett, hogy nehéz és bonyolult gépesítésekre hagyatkozna az űrhajósok által a küldetés során kibocsátott hulladékok feldolgozására, ez a rendszer ozmóziszsákokat használ, amelyek utánozzák a természet saját passzív víztisztítási módszereit. A szürke és fekete víz kezelésén túl ezek a zacskók alkalmasak arra is, hogy kimossák a levegőből a CO2-t, algákat termeljenek élelmiszer- és üzemanyagként, és bélelhetők az űrhajó belső testéhez, hogy kiváló passzív árnyékolást biztosítsanak a nagy energiájú részecskékkel szemben.

Marco Durante, a német Darmstadti Műszaki Egyetem munkatársa elmondta: „A víz jobb, mint a fémek a sugárvédelem szempontjából. . Ennek az az oka, hogy a vízmolekula háromatomos magja nagyobb tömeget tartalmaz, mint egy fématom, ezért hatékonyabban gátolja a GCR-t és más nagy energiájú sugarakat – folytatta.

A javasolt Inspiration Mars küldetés legénysége, amely 2018-ban egy pár magánűrhajóst lőtt volna a Mars körül, miközben a két bolygó a legközelebbi keringési pályán volt XNUMX-ban. Erről még nem hallottál, mert 2015-ben csendesen elsüllyedt. De ha valahogy megcsinálták volna ezt a bravúrt, a terv az volt, hogy az űrhajósok zacskókba kakilnak, újrafelhasználásra felszívják a folyadékot, majd a vákuumzárral lezárt szartéglákat az űrrepülőgép falaihoz halmozzák – a dobozaik mellé. élelmiszerek – sugárszigetelésként működnek.

"Kicsit nyűgösen hangzik, de nincs hova menni ennek az anyagnak, és kiváló sugárzás elleni védelmet nyújt" - mondta Taber MacCallum, a Dennis Tito által finanszírozott nonprofit szervezet tagja. New Scientist. "Élelmiszert fognak tárolni az űrhajó falai körül, mert az élelmiszer jó sugárzásvédő." Ez csak egy gyors kirándulás a következő bolygóra, kinek van szüksége vízvezetékre és ellátásra?