NASAが明日の宇宙飛行士を深宇宙放射線からどのように保護するか

Tからのものか、 また 。 と 放射線による死です。

あなたに日焼けを与える私たちの地元の星からのそれらの同じエネルギー放出 そうでない場合 。 今日の低軌道の乗組員と貨物カプセルには、独自の小型磁気圏が装備されていない可能性がありますが、明日の可能性があります。あるいは、人類初の深宇宙探査機を星間放射から保護するだけかもしれません。 .

放射線の種類とその対処法

脳卒中や人々のように、地上と宇宙の両方でさまざまな種類と放射線源があります。 非電離放射線は、原子がその軌道から電子を完全に除去するのに十分なエネルギーを持っていないことを意味し、マイクロ波、電球、およびのような太陽エネルギー粒子（SEP）で見つけることができます。 これらの形態の放射線は物質や生物学的システムに損傷を与える可能性がありますが、通常、それらの影響は遮断されるか（したがって、キッチン全体を照射しない日焼け止めや電子レンジ）、オゾン層によって遮蔽される可能性があります。

地球の放射線帯は、地球の磁場に閉じ込められたエネルギー粒子で満たされているため、宇宙に送る電子機器に大混乱をもたらす可能性があります。 クレジット：NASAのScientific Visualization Studio / Tom Bridgman

一方、電離放射線は電子を放出するのに精力的であり、正に帯電した運動量を遅くすることができるものはほとんどありません。 アルファ粒子とベータ粒子、ガンマ線、X線、銀河宇宙線、「ほぼ光速で銀河を通過するときにすべての電子が取り除かれた元素の重くて高エネルギーのイオン」。 。 「GCRは、現在の宇宙船と太陽系内の将来の宇宙ミッションで対処しなければならない主要な放射線源です。」 GCRの強度は、太陽の磁場の相対的な強さに反比例します。つまり、太陽の磁場が最も弱く、偏向が最も少ないときに最も強くなります。

それらの異なる性質にもかかわらず、GCRとSEPの両方 私たちの生体と一緒に。 彼らの継続的な爆撃は、人間の生理機能に累積的な悪影響を及ぼし、癌だけでなく、白内障、神経学的損傷、生殖細胞変異、および線量が十分に高い場合の急性放射線障害を引き起こします。 材料の場合、高エネルギーの粒子と光子は「宇宙船の材料またはデバイスの一時的な損傷または恒久的な故障」を引き起こす可能性があります、と北京宇宙船環境工学研究所のZicaiShenは2019年に述べています .

「荷電粒子は、材料を通過するときに徐々にエネルギーを失い、最終的には停止するのに十分な数の電子を捕獲します」と彼らは付け加えました。 「シールド材料の厚さが材料内の荷電粒子の範囲よりも大きい場合、入射粒子は材料内でブロックされます。」

NASAが現在どのように宇宙飛行士を保護しているか

明日の宇宙飛行士がすべての歯と爪を無傷で火星に到着させるために、NASAはXNUMX年近くかけてデータを収集し、放射線が人体に与える影響を研究してきました。 代理店の ジョンソン宇宙センターの（SRAG）は、そのWebサイトによると、「宇宙飛行士が受けた放射線被ばくが下に留まるようにする責任があります。 に設立された地域オフィスに加えて、さらにローカルカスタマーサポートを提供できるようになります。」

、「人の一般的な平均線量は、年間約360ミリレム、つまり3.6 mSvであり、これは少量です。 ただし、国際規格では、放射性物質の取り扱いや周辺で作業する人のために、年間5,000ミリレム（50 mSv）もの被ばくが許可されています。 宇宙飛行の場合、制限はより高くなります。 低軌道での放射線被ばくに対するNASAの制限は、50 mSv /年、つまり50レム/年です。」

SRAG の宇宙環境担当官 (SEO) は、宇宙飛行士が RAD を吸収しすぎずにミッションを成功裏に完了できるようにする任務を負っています。 彼らは、宇宙飛行中に存在するさまざまな環境的および状況的要因を考慮に入れます—宇宙飛行士がLEOにいるか月面にいるか、宇宙船に滞在しているか船外活動をしているか、または—その情報をから収集されたデータと組み合わせてモデル化します と同様 、彼らの決定を下すために。

　 ゴダードスペースフライトセンターでは、SRAGとほぼ同じ目的を果たしますが、機械システム用であり、軌道で使用するためのより効果的なシールドとより堅牢な材料の開発に取り組んでいます。

REAGの航空宇宙エンジニアであるMeganCaseyは、次のように述べています。 。 「彼らが行くところに基づいて、私たちはミッションデザイナーに彼らの宇宙環境がどのようになるかを伝え、彼らは彼らの機器計画を持って私たちに戻ってきて、「これらの部品はそこで生き残るのだろうか？」と尋ねます。 答えは常に「はい」、「いいえ」、または私にはわかりません。 わからない場合は、追加のテストを行います。 それが私たちの仕事の大部分です。」

NASAの研究は、今後のアルテミスミッションの時代を通じて継続および拡大されます。 、SLSロケットとオリオン宇宙船の両方に、月を超えた深宇宙の放射線レベルを測定するセンサーが装備されます。具体的には、地球のヴァンアレン帯を超えた相対レベルの違いを調べます。 収集されたデータとこれらの最初の無人宇宙船から学んだ教訓は、NASAのエンジニアが将来、より優れた、より保護的な宇宙船を構築するのに役立ちます。

そして、それが最終的に構築されると、乗組員は を含む広範な放射線センサースイートを維持します 、月の周りをXNUMX週間にわたって長円形に周回するときに、ステーション内のレベルを注意深く継続的に測定するように設計されています。

「放射線環境の影響を理解することは、宇宙飛行士が月の近くに住む環境を認識するために重要であるだけでなく、NASAが送信するなどのさらに大きな努力に備えるために使用できる重要なデータも提供します。火星への最初の人間」と、ゲートウェイミッションの統合と利用のマネージャーであるディナコンテラは次のように述べています。 .

NASAは将来磁気バブルを使用する可能性があります

GCRとSEPが普及している惑星間空間への明日のトレッキングでは、現在の最先端のパッシブシールド材料や宇宙天気予報の予測よりも包括的な保護が必要になります。 そして、地球自身の磁気圏が非常に便利であることが証明されたので、欧州委員会の （CORDIS）は、宇宙放射線超電導シールド（SR2S）と呼ばれる、宇宙船に収まるほど小さいものを作成することを研究しました。

2.7年から2年にかけて実施された2013万ユーロのSR2015Sプログラムは、超伝導磁石を使用して、1969年に元ナチスの航空宇宙エンジニアであるヴェルナーフォンブラウンによって最初に考案された放射線停止磁場を生成するというアイデアを拡張しました。地球を取り巻くものよりも3,000倍以上集中しており、10メートルの球体に広がっています。

「プロジェクトの枠組みの中で、今後数か月以内に、MgB2超電導テープで巻かれた競馬場のコイルをテストします」SR2Sプロジェクトの枠組みの中でCERN活動のコーディネーターであるBernardo Bordiniは、 。 「プロトタイプコイルは、超電導磁気シールド技術の有効性を定量化するように設計されています。」

入ってくるすべての放射線を遮断するわけではありませんが、ザルを通る水のように受動的なシールドを通って流れるGCRのような最も有害なタイプを効率的に遮蔽します。 宇宙飛行士が放射線に被曝する速度を下げることにより、NASAの生涯被曝限界に達する前に、宇宙飛行士はより多くのより長い期間のミッションに従事することができます。

「磁気圏が地球に向けられた宇宙線を偏向させるので、宇宙船を取り巻く超伝導磁石によって生成された磁場は乗組員を保護します」とプロジェクトの科学技術マネージャーであるリカルド・ムセニッチ博士は言いました 「SR2014Sは、（磁気シールドの）原理と科学的問題を調査するだけでなく、エンジニアリングの複雑な問題にも直面する最初のプロジェクトです。」

XNUMXつの超電導コイルがすでに構築され、テストされています。 軽量の磁石を作るためですが、これは非常に予備的な研究です。 CORDISチームは、この技術がさらに数十年にわたって宇宙に登場することを期待していません。

ウィスコンシン大学マディソン校の天文学部の研究者たちは、最近、独自のバージョンのCORDISのアイデアの開発に着手しました。 彼らの （CREW HaT）プロジェクトは、XNUMX月にNASAのInnovative Advanced Concepts（NIAC）プログラムからプロトタイピング資金を受け取り、「新しい超伝導テープ技術、展開可能な設計、およびこれまで調査されたことのない磁場の新しい構成」を使用しています。 UWMの准教授と研究の筆頭著者によると、エレナ・ドンギア博士は次のように述べています。 5月。

「HaTの形状は、これまでこの文脈で調査されたり、最新の超電導テープと組み合わせて研究されたりしたことはありません」と彼女は述べています。 。 「これは、生物学に損傷を与える宇宙線（50 GeV未満の陽子）と高エネルギーの高Zイオンの1％以上を迂回させます。 これは、宇宙飛行士が吸収する放射線量を、NASAによって確立された癌による死亡レベルの生涯の過剰リスクの5パーセント未満のレベルに減らすのに十分です。」

または宇宙飛行士は彼らのプライベートを保護するために鉛のベストを着るかもしれません

しかし、実際に保護が必要なのはほんの一握りの胴体と頭であるのに、なぜ宇宙船全体を磁気的にカプセル化する努力をするのでしょうか。 それが背後にある考え方です （MARE）。

イスラエル宇宙局（ISA）とドイツ航空宇宙センター（DLR）の両方と共同で開発された、280,000つのMAREベストは、同一のマネキンにストラップで固定され、オリオンの無人宇宙船のミッションに搭載されて宇宙に打ち上げられます。 XNUMX週間の飛行で、ヘルガとゾハールという名前のマネキンは、地球から約XNUMXマイル、月を数千マイル通過します。 彼らの内臓は人間の骨や軟組織を模倣するように設計されており、研究者は彼らが受ける特定の放射線量を測定することができます。

ISSに乗ったその兄弟研究、 （CHARGE）は、ベストのアンチラッド効果に重点を置くのではなく、宇宙飛行士が日常業務を行う際の人間工学、フィット感、感触に重点を置いています。 欧州宇宙機関はまた、衣服ベースの放射線シールドを調査しています。 、「将来の深宇宙ミッションで磁気圏から出て行くときに、宇宙飛行士を強い太陽放射から保護することを目的とした緊急装置」。

または、船体に水とうんちを並べます！

微小重力下で有鉛エプロンを着用することの接近した不快感と、強力な電磁石によってシナプスがスクランブルされる可能性があるという実存的な心配との間のXNUMXつの幸せな媒体は次のように知られています。 .

「Natureはコンプレッサー、エバポレーター、水酸化リチウムキャニスター、酸素キャンドル、または尿処理装置を使用していません」と、2013年の論文でMarc M.CohenArch.Dは主張しました。 . 「惑星間宇宙船、宇宙ステーション、月/惑星基地などの非常に長期間の運用では、これらのアクティブな電気機械システムは、継続的なデューティサイクルによってメンテナンスが困難になるため、故障しやすい傾向があります。」

したがって、このシステムは、宇宙飛行士がミッション中に放出する廃棄物を処理するために重くて複雑な機械化に依存するのではなく、自然の受動的な水浄化手段を模倣する浸透バッグを利用します。 灰色と黒色の水を処理することに加えて、これらのバッグは、空気からCO2をこすり落とし、食物と燃料のために藻類を育て、宇宙船の船体の内側に並べて、高エネルギー粒子に対する優れた受動的シールドを提供することもできます。

ドイツのダルムシュタット工科大学のマルコ・ドゥランテは、「[放射線]防護には水が金属よりも優れている」と語った。 。 これは、水分子のXNUMX原子核には金属原子よりも多くの質量が含まれているため、GCRやその他の高エネルギー光線を遮断するのにより効果的であるためです。

提案されたインスピレーション火星ミッションに搭乗した乗組員は、2018年にXNUMXつの惑星が軌道に最も近いときに、火星の周りのXNUMX人の民間宇宙飛行士を壮大なフライバイでパチンコで撃ちました。 2015年に静かに沈没しました。しかし、彼らがどういうわけかその偉業を成し遂げたのであれば、宇宙船を袋に入れ、液体を吸い上げて再利用し、真空シールされたシットブリックを宇宙船の壁に積み上げる計画でした。食品の—放射線絶縁として機能します。

デニス・チトーが資金提供した非営利団体のメンバーであるテイバー・マッカラムは、「少し奇妙な響きですが、その材料を置く場所がなく、優れた放射線遮蔽になります」と語った。 ニュー·サイエンティスト。 「食物は優れた放射線遮蔽であるため、食物は宇宙船の壁の周り全体に保管されます。」 それは、配管と栄養を必要とする次の惑星へのちょっとした遠足です。