כיצד נאס"א עשויה להגן על האסטרונאוטים של מחר מפני קרינת חלל עמוק

Tהנה , בין אם זה מ או , או . ו הוא מוות מקרינה.

אותן פליטות אנרגטיות מהכוכב המקומי שלנו שנותנות לך פחית שיזוף אם לא . בעוד שהצוות הנמוך של מסלול כדור הארץ וקפסולות המטען של היום לא יגיעו מצוידים במגנטוספירות מיניאטוריות משלהם, הכוח של מחר - או אולי פשוט נגן על חוקרי החלל העמוק הראשונים של האנושות מפני קרינה בין-כוכבית על ידי .

סוגי קרינה ומה לעשות בקשר אליהם

כמו שבץ ואנשים, ישנם סוגים ומקורות שונים של קרינה הן יבשתיות והן בחלל. קרינה בלתי מייננת, כלומר לאטום אין מספיק אנרגיה כדי להסיר אלקטרון לגמרי ממסלולו, ניתן למצוא בגלי מיקרוגל, נורות וחלקיקים אנרגטיים סולאריים (SEP) כמו . בעוד שצורות קרינה אלו עלולות לפגוע בחומרים ובמערכות ביולוגיות, השפעותיהן יכולות להיות חסומות בדרך כלל (ולכן קרם הגנה ומיקרוגל שאינם מקרינים מטבחים שלמים) או מסוננים על ידי שכבת האוזון או .

חגורות הקרינה של כדור הארץ מלאות בחלקיקים אנרגטיים שנלכדו בשדה המגנטי של כדור הארץ שיכולים לזרוע הרס עם אלקטרוניקה שאנו שולחים לחלל. קרדיטים: סטודיו להדמיה מדעית של נאס"א/טום ברידג'מן

קרינה מייננת, לעומת זאת, היא אנרגטית להשיל אלקטרון ואין הרבה שיכול להאט את המומנטום הטעון חיובי שלהם. חלקיקי אלפא וביטא, קרני גמא, קרני רנטגן וקרני קוסמיות גלקטיות, "יונים כבדים ובעלי אנרגיה גבוהה של יסודות שכל האלקטרונים שלהם הוסרו כשנסעו בגלקסיה כמעט במהירות האור." . "GCR הם מקור דומיננטי של קרינה שיש לטפל בו על גבי חלליות נוכחיות ומשימות חלל עתידיות במערכת השמש שלנו." עוצמת ה-GCR עומדת ביחס הפוך לחוזק היחסי של השדה המגנטי של השמש, כלומר הם החזקים ביותר כאשר שדה השמש הוא הכי חלש והכי פחות מסוגל להסיט אותם.

למרות האופי השונה שלהם, הן GCR והן SEP יחד עם הגופים הביולוגיים שלנו עצמם. להפצצה המתמשכת שלהם יש השפעה שלילית מצטברת על הפיזיולוגיה האנושית וכתוצאה מכך לא רק סרטן אלא קטרקט, נזקים נוירולוגיים, מוטציות בקווי הנבט ומחלת קרינה חריפה אם המינון גבוה מספיק. עבור חומרים, חלקיקים ופוטונים עתירי אנרגיה יכולים לגרום ל"נזק זמני או כשל קבוע של חומרים או התקנים של חללית", מציין זיקאי שן מהמכון להנדסת סביבה חללית בבייג'ינג ב-2019. .

"חלקיקים טעונים מאבדים בהדרגה אנרגיה כשהם עוברים דרך החומר, ולבסוף, לוכדים מספר מספיק של אלקטרונים כדי לעצור", הוסיפו. "כאשר עובי חומר המיגון גדול מהטווח של חלקיק טעון בחומר, החלקיקים המתרחשים ייחסמו בחומר."

כיצד נאס"א מגינה כיום על האסטרונאוטים שלה

כדי להבטיח שהאסטרונאוטים של מחר יגיעו למאדים עם כל השיניים והציפורניים שלהם שלמות, נאס"א השקיעה כמעט ארבעה עשורים באיסוף נתונים ובחקירת ההשפעות שיש לקרינה על גוף האדם. של הסוכנות (SRAG) במרכז החלל ג'ונסון היא, לפי אתר האינטרנט שלה, "אחראית להבטיח שחשיפה לקרינה שמתקבלת על ידי אסטרונאוטים תישאר מתחת ".

, "המינון הממוצע הטיפוסי לאדם הוא בערך 360 mrems בשנה, או 3.6 mSv, שהוא מינון קטן. עם זאת, התקנים הבינלאומיים מאפשרים חשיפה לעד 5,000 mrems (50 mSv) בשנה למי שעובד עם וסביב חומר רדיואקטיבי. עבור טיסה בחלל, הגבול גבוה יותר. הגבול של נאס"א לחשיפה לקרינה במסלול נמוך של כדור הארץ הוא 50 mSv לשנה, או 50 rem לשנה".

על קציני סביבת החלל (SEOs) של SRAG מוטלת המשימה להבטיח שהאסטרונאוטים יוכלו להשלים בהצלחה את משימתם מבלי לספוג יותר מדי RADs. הם לוקחים בחשבון את הגורמים הסביבתיים והמצביים השונים הקיימים במהלך טיסת חלל - בין אם האסטרונאוטים נמצאים ב-LEO או על פני הירח, בין אם הם נשארים בחללית או מטיילים בחלל, או - משלבים ומדגמים את המידע הזה עם נתונים שנאספו ממנו כמו גם , לקבל את ההחלטות שלהם.

אל האני במרכז טיסות החלל של גודארד, משרת כמעט את אותה מטרה כמו SRAG אבל למערכות מכניות, עובד לפיתוח מיגון יעיל יותר וחומרים חזקים יותר לשימוש במסלול.

"נוכל להבטיח שבני אדם, אלקטרוניקה, חלליות ומכשירים - כל דבר שאנו שולחים למעשה לחלל - ישרדו בסביבה שבה אנו מכניסים אותו", אמרה מייגן קייסי, מהנדסת תעופה וחלל ב-REAG. . "בהתבסס לאן הם הולכים, אנחנו אומרים למעצבי המשימה איך תהיה סביבת החלל שלהם, והם חוזרים אלינו עם תוכניות המכשירים שלהם ושואלים, 'האם החלקים האלה ישרדו שם?' התשובה היא תמיד כן, לא, או שאני לא יודע. אם אנחנו לא יודעים, אז אנחנו עושים בדיקות נוספות. זה הרוב המכריע של העבודה שלנו".

המחקר של נאס"א ימשיך ויתרחב לאורך עידן משימת ארטמיס הקרוב. , הן טיל ה-SLS והן החללית אוריון יצוידו בחיישנים המודדים את רמות הקרינה בחלל העמוק מעבר לירח - במיוחד בהסתכלות על ההבדלים ברמות היחסיות מעבר לחגורות ואן אלן של כדור הארץ. נתונים שנאספו והלקחים שנלמדו מטיסות ראשוניות אלה ללא צוות יעזרו למהנדסי נאס"א לבנות חלליות טובות יותר ומגוונות יותר בעתיד.

וברגע שזה נבנה בסופו של דבר, הצוותים על הסיפון ישמור על חבילת חיישני קרינה נרחבת, כולל , שנועד למדוד בקפידה ובאופן מתמשך רמות בתוך התחנה כשהיא עושה את מסלולה המוארך של השבוע סביב הירח.

"הבנת ההשפעות של סביבת הקרינה היא לא רק קריטית למודעות לסביבה שבה יחיו אסטרונאוטים בסביבת הירח, אלא היא גם תספק נתונים חשובים שניתן להשתמש בהם כאשר נאס"א מתכוננת למאמצים גדולים עוד יותר, כמו שליחת בני האדם הראשונים למאדים", אמרה דינה קונטלה, מנהלת שילוב משימות וניצול של Gateway, ב- .

נאס"א עשויה להשתמש בבועות מגנטיות בעתיד

הטיולים של מחר לחלל הבין-פלנטרי, שבו GCR ו-SEP נפוצים יותר, ידרשו הגנה מקיפה יותר ממה שחומרי המיגון הפאסיביים העדכניים ביותר וחיזוי מזג האוויר בחלל יכולים לספק. ומכיוון שהמגנטוספירה של כדור הארץ עצמו הוכיחה את עצמה כל כך שימושית, חוקרים עם הנציבות האירופית (CORDIS) חקרו יצירת אחד קטן מספיק כדי להתאים על ספינת חלל, המכונה Space Radiation Superconducting Shield (SR2S).

תוכנית SR2.7S בשווי 2 מיליון אירו, שפעלה בין השנים 2013 ל-2015, הרחיבה את הרעיון של שימוש במגנטים מוליכים ליצירת שדה כוח מגנטי עוצר קרינה שהומצא לראשונה על ידי מהנדס התעופה הנאצי לשעבר ורנהר פון בראון ב-1969. השדה המגנטי שנוצר יהיה להיות מרוכז יותר מפי 3,000 מזה המקיף את כדור הארץ ויתפרש בכדור של 10 מטרים.

"במסגרת הפרויקט, נבחן, בחודשים הקרובים, סליל מסלול מרוצים שנלפף עם סרט מוליך על MgB2", ברנרדו בורדיני, רכז פעילות CERN במסגרת פרויקט SR2S, . "סליל אב הטיפוס נועד לכמת את האפקטיביות של טכנולוגיית המיגון המגנטי המוליך-על".

זה לא יחסום את כל הקרינה הנכנסת, אבל יסנן ביעילות את הסוגים המזיקים ביותר, כמו GCR, שזורם דרך מיגון פסיבי כמו מים דרך מסננת. על ידי הורדת הקצב שבו אסטרונאוטים נחשפים לקרינה, הם יוכלו לשרת במשימות משך יותר ויותר לפני שיגיעו למגבלת החשיפה לכל החיים של נאס"א.

"כשהמגנטוספירה מסיטה קרניים קוסמיות המכוונות לכדור הארץ, השדה המגנטי שנוצר על ידי מגנט מוליך-על המקיף את החללית יגן על הצוות", אמר ד"ר ריקרדו מוסניך, מנהל מדעי וטכני של הפרויקט. בשנת 2014. "SR2S הוא הפרויקט הראשון אשר לא רק חוקר את העקרונות והבעיות המדעיות (של מיגון מגנטי), אלא הוא גם מתמודד עם הבעיות המורכבות בהנדסה".

שני סלילים מוליכים כבר נבנו ונבדקו, לבנות מגנטים קלים אבל זה מחקר ראשוני מאוד, שימו לב. צוות CORDIS לא צופה שהטכנולוגיה הזו תגיע לחלל עוד כמה עשורים.

חוקרים מהמחלקה לאסטרונומיה של אוניברסיטת ויסקונסין-מדיסון החלו לאחרונה לפתח גרסה משלהם לרעיון של CORDIS. שֶׁלָהֶם פרויקט (CREW HaT), שקיבל מימון אבות טיפוס מתוכנית המושגים החדשניים המתקדמים של נאס"א (NIAC) בפברואר, משתמש ב"טכנולוגיית סרט מוליך-על חדשה, עיצוב הניתן לפריסה ותצורה חדשה לשדה מגנטי שלא נחקר קודם לכן." לדברי פרופסור עמית של UWM והמחבר הראשי של המחקר, סיפרה ד"ר אלנה ד'ונגיה במאי.

"הגיאומטריה של ה-HAT מעולם לא נחקרה בעבר בהקשר זה או נחקרה בשילוב עם קלטות-על-מוליכות מודרניות", אמרה ב- . "זה מסיט למעלה מ-50 אחוז מהקרניים הקוסמיות הפוגעות בביולוגיה (פרוטונים מתחת ל-1 GeV) ויונים בעלי אנרגיה גבוהה יותר. זה מספיק כדי להפחית את מנת הקרינה הנספגת על ידי אסטרונאוטים לרמה שהיא פחות מ-5 אחוזים מהסיכון העודף לכל החיים של רמות תמותה מסרטן שנקבעו על ידי נאס"א".

או שאסטרונאוטים עשויים ללבוש אפודים עופרת כדי להגן על הפרטים שלהם

אבל למה לעבור את המאמץ של עטיפה מגנטית של חללית שלמה כשבאמת מדובר רק בקומץ של פלג גוף עליון וראשים שבאמת זקוקים להגנה? זה הרעיון מאחורי (סוּסָה).

פותחו בשיתוף עם סוכנות החלל הישראלית (ISA) והמרכז הגרמני לחלל (DLR), שניים מהאפודים של MARE יהיו חגורים על גבי בובות תצוגה זהות וישוגרו לחלל על סיפון משימת הירח ללא צוות של אוריון. בטיסה בת שלושת השבועות שלהן, הבובות, בשם הלגה וזוהר, ייסעו כ-280,000 קילומטרים מכדור הארץ ואלפי קילומטרים מעבר לירח. הקרביים שלהם נועדו לחקות עצמות אנושיות ורקמות רכות, מה שמאפשר לחוקרים למדוד את מינוני הקרינה הספציפיים שהם מקבלים.

מחקר אחיו על סיפון ה-ISS, ה (CHARGE), מתמקד פחות ביעילות האנטי-רד של האפוד ויותר בארגונומיה, ההתאמה והתחושה שלו בזמן שהאסטרונאוטים מבצעים את תפקידיהם היומיומיים. סוכנות החלל האירופית חוקרת גם מיגון קרינה מבוסס בגד עם ה- , "מכשיר חירום שמטרתו להגן על אסטרונאוטים מקרינת שמש עזה בעת נסיעה מחוץ למגנטוספירה במשימות עתידיות בחלל העמוק".

או שנרפד את גוף הספינה במים וקקי!

מדיום משמח אחד בין אי הנוחות הקרובה של לבישת סינר עופרת במיקרו-כבידה לבין הדאגה הקיומית של פוטנציאל שהסינפסות שלך מעורפלות על ידי אלקטרומגנט רב עוצמה, ידוע בתור .

"הטבע אינו משתמש במדחסים, מאיידים, מיכלי ליתיום הידרוקסיד, נרות חמצן או מעבדי שתן", טען מארק מ. כהן Arch.D במאמר משנת 2013 . "לפעולה לטווח ארוך מאוד - כמו בחללית בין-כוכבית, תחנת חלל או בסיס ירח/פלנטרי - המערכות האלקטרו-מכניות האקטיביות הללו נוטות להיות מועדות לכשלים מכיוון שמחזורי העבודה המתמשכים מקשים על תחזוקה."

לכן, במקום להסתמך על מיכון כבד ומסובך לעיבוד חומרי הפסולת שהאסטרונאוטים פולטים במהלך משימה, מערכת זו משתמשת בשקיות אוסמוזה המחקות את האמצעים הפסיביים של הטבע לטיהור מים. בנוסף לטיפול במים אפורים ושחורים, ניתן להתאים את השקיות הללו גם לקרצוף CO2 מהאוויר, לגדל אצות למזון ולדלק, וניתן להצמיד אותן לגוף הפנימי של חללית כדי לספק מיגון פסיבי מעולה מפני חלקיקי אנרגיה גבוהה.

"מים עדיפים על מתכות להגנה על [קרינה]", אמר מרקו דוראנטה מהאוניברסיטה הטכנית של דרמשטט בגרמניה. . הסיבה לכך היא שגרעין שלושת האטומים של מולקולת מים מכיל יותר מסה מאשר אטום מתכת ולכן הוא יעיל יותר בחסימת GCR וקרני אנרגיה גבוהה אחרות, הוא המשיך.

הצוות על סיפון המשימה המוצעת של Inspiration Mars, שהייתה רושמת זוג אסטרונאוטים פרטיים מסביב למאדים בטיסה מרהיבה בזמן ששני כוכבי הלכת היו במסלול הקרוב ביותר שלהם בשנת 2018. לא שמעתם על כך דבר כי נפלו בשקט בשנת 2015. אבל אם הם הצליחו איכשהו לממש את ההישג הזה, התכנון היה לגרום לאסטרונאוטים לקקי לתוך שקיות, לנקות את הנוזל לשימוש חוזר ואז להערים את הלבנים אטומים בוואקום על קירות החללית - לצד הקופסאות שלהם. של מזון - לשמש כבידוד קרינה.

"זה נשמע קצת מביך, אבל אין מקום לחומר הזה ללכת אליו, והוא מספק מיגון קרינה מצוין", אמר טאבר מקאלום, חבר בעמותה במימון דניס טיטו. מדען חדש. "מזון הולך להיות מאוחסן מסביב לקירות החללית, כי האוכל הוא מגן קרינה טוב." זו רק יציאה מהירה לכוכב הבא, מי צריך אינסטלציה ומזון?