NASA ертеңгі астронавттарды терең ғарыштық радиациядан қалай қорғай алады

Tміне, ол қайдан болсын немесе немесе . Және радиациядан өлу болып табылады.

Сізге тотығу банкасын беретін біздің жергілікті жұлдыздың сол энергетикалық шығарындылары олай болмаса . Бүгінгі төмен Жер орбиталық экипажы мен жүк капсулалары өздерінің миниатюралық магнитосфераларымен жабдықталмағанымен, ертеңгі күш - немесе мүмкін біз адамзаттың алғашқы терең ғарыш зерттеушілерін жұлдызаралық сәулеленуден қорғайтын шығармыз. .

Радиацияның түрлері және олармен не істеу керек

Соққылар мен адамдар сияқты, жердегі де, ғарышта да сәулеленудің әртүрлі түрлері мен көздері бар. Иондамайтын сәулелену, яғни атомның өз орбитасынан электронды толығымен алып тастауға жеткілікті энергиясы жоқ дегенді білдіреді, оны микротолқынды пештерде, шамдар мен Күн энергиясының бөлшектерінде (SEP) табуға болады. Сәулеленудің бұл түрлері материалдар мен биологиялық жүйелерге зақым келтіруі мүмкін болғанымен, олардың әсерлері әдетте бұғатталуы мүмкін (демек, күннен қорғайтын кремдер және бүкіл ас үйді сәулелендірмейтін микротолқынды пештер) немесе озон қабаты немесе .

Жердің радиациялық белдеулері біз ғарышқа жіберетін электроникаға зиян келтіруі мүмкін Жердің магнит өрісімен ұсталған энергетикалық бөлшектермен толтырылған. Кредиттер: NASA ғылыми визуализация студиясы/Том Бридгман

Иондаушы сәулелену, екінші жағынан, электронды шығару үшін қуатты және олардың оң зарядталған импульсін бәсеңдететін көп нәрсе жоқ. Альфа және бета бөлшектері, гамма сәулелері, рентгендік сәулелер және галактикалық ғарыштық сәулелер, «жарық жылдамдығымен галактикада жүріп бара жатқанда барлық электрондары жойылған элементтердің ауыр, жоғары энергиялы иондары» . «GCR - бұл қазіргі ғарыш кемелерінде және күн жүйесіндегі болашақ ғарыштық миссияларда жұмыс істеуге тиіс радиацияның басым көзі». GCR қарқындылығы Күннің магнит өрісінің салыстырмалы күшіне кері пропорционалды, яғни олар Күн өрісі ең әлсіз және оларды ең аз бұра алатын кезде күшті болады.

Бір-біріне ұқсамайтын табиғатына қарамастан, GCR және SEP біздің биологиялық денеміздің өзімен бірге. Олардың үздіксіз бомбалауы адам физиологиясына жиынтық теріс әсер етеді, бұл тек қатерлі ісікке ғана емес, сонымен қатар катарактаға, неврологиялық зақымға, ұрық сызығының мутацияларына және доза жеткілікті жоғары болса, жедел сәулелік ауруға әкеледі. Материалдар үшін жоғары энергиялы бөлшектер мен фотондар «ғарыш аппараттарының материалдары мен құрылғыларының уақытша зақымдалуына немесе тұрақты істен шығуына» әкелуі мүмкін, деп атап өтті Бейжің ғарыш аппараттарының қоршаған орта инженериясы институтының қызметкері Зицай Шен 2019 жылы. .

«Зарядталған бөлшектер материал арқылы өткенде бірте-бірте энергиясын жоғалтады және ақырында, тоқтау үшін жеткілікті электрондарды ұстайды», - деп қосты олар. «Қорғаушы материалдың қалыңдығы материалдағы зарядталған бөлшектердің диапазонынан үлкен болған кезде, түскен бөлшектер материалда бітеліп қалады».

NASA қазіргі уақытта астронавттарын қалай қорғайды

Ертеңгі астронавттардың Марсқа барлық тістері мен тырнақтары бұзылмай жетуі үшін NASA шамамен қырық жыл бойы деректер жинап, радиацияның адам ағзасына әсерін зерттеуге жұмсады. Агенттіктің (SRAG) Джонсон ғарыш орталығындағы өзінің веб-сайтына сәйкес, «ғарышкерлер қабылдаған радиациялық әсердің төмен болуын қамтамасыз етуге жауапты. . «

, «адам үшін әдеттегі орташа доза жылына шамамен 360 мрем немесе 3.6 мЗв құрайды, бұл шағын доза. Дегенмен, халықаралық стандарттар радиоактивті материалмен және оның айналасында жұмыс істейтіндер үшін жылына 5,000 мремге (50 мЗв) әсер етуге мүмкіндік береді. Ғарышқа ұшу үшін шектеу жоғарырақ. NASA-ның төмен жер орбитасында радиациялық әсер ету шегі 50 мЗв/жыл немесе 50 рем/жыл».

SRAG ғарыштық орта офицерлеріне (SEOs) астронавттардың тым көп RAD сіңірместен өз миссиясын сәтті аяқтауын қамтамасыз ету міндеті жүктелген. Олар ғарышқа ұшу кезінде болатын әртүрлі экологиялық және жағдайлық факторларды ескереді - ғарышкерлер LEO-да немесе Ай бетінде болсын, олар ғарыш кемесінде қалады ма немесе ғарышқа аттанды ма, немесе - бұл ақпаратты жинақталған деректермен біріктіреді және модельдейді. сонымен қатар , өз шешімдерін қабылдау.

The Годдард ғарыштық ұшу орталығында SRAG сияқты бірдей мақсатқа қызмет етеді, бірақ орбитада пайдалану үшін тиімдірек қорғау және берік материалдарды әзірлеу үшін жұмыс істейтін механикалық жүйелер үшін.

«Біз адамдардың, электрониканың, ғарыш аппараттарының және аспаптардың - біз ғарышқа жіберетін кез келген нәрсенің - біз оны орналастыратын ортада аман қалуын қамтамасыз ете аламыз», - деді Меган Кейси, REAG аэроғарыш инженері. . «Олардың қайда бара жатқанын ескере отырып, біз миссия дизайнерлеріне олардың ғарыштық ортасы қандай болатынын айтамыз, олар бізге өздерінің аспаптық жоспарларымен оралып, «Бұл бөліктер сонда аман қалады ма?» деп сұрайды. Жауап әрқашан иә, жоқ немесе мен білмеймін. Білмесек, сол кезде біз қосымша тестілеу жүргіземіз. Бұл біздің жұмысымыздың басым бөлігі».

NASA зерттеулері алдағы Артемида миссиясы кезеңінде жалғасады және кеңейеді. , SLS зымыраны да, Orion ғарыш кемесі де Айдан тыс терең кеңістіктегі радиация деңгейін өлшейтін сенсорлармен жабдықталады, әсіресе Жердегі Ван Аллен белдеулерінен тыс салыстырмалы деңгейлердегі айырмашылықтарды қарастырады. Жиналған деректер мен осы алғашқы экипажсыз ұшулардан алынған сабақтар NASA инженерлеріне болашақта жақсырақ, көбірек қорғаныс кемелерін жасауға көмектеседі.

Соңында ол салынғаннан кейін экипаждар бортқа түседі қоса алғанда, кең радиациялық сенсорлар жиынтығын сақтайды , станциядағы деңгейлерді мұқият және үздіксіз өлшеуге арналған, өйткені ол бір апта бойы Айдың айналасындағы ұзын орбита жасайды.

«Радиациялық ортаның әсерін түсіну астронавтар Айға жақын жерде өмір сүретін орта туралы хабардар болу үшін маңызды болып қана қоймайды, сонымен қатар ол NASA бұдан да үлкен күш-жігерге дайындалу кезінде пайдаланылуы мүмкін маңызды деректерді қамтамасыз етеді, мысалы: Марсқа алғашқы адамдар», - деді Дина Контелла, Gateway Mission Integration and Utilization менеджері. .

NASA болашақта магниттік көпіршіктерді қолдануы мүмкін

GCR және SEP кең таралған планетааралық кеңістікке ертеңгі саяхаттар қазіргі заманғы пассивті қорғаныс материалдары мен ғарыштық ауа-райын болжау болжамдарынан гөрі жан-жақты қорғауды қажет етеді. Жердің магнитосферасы соншалықты ыңғайлы екенін дәлелдегендіктен, Еуропалық комиссияның зерттеушілері (CORDIS) ғарыштық радиацияның аса өткізгіштік қалқаны (SR2S) деп аталатын ғарыш кемесіне қонатындай кішкентай кеме жасауды зерттеді.

2.7 жылдан 2 жылға дейін созылған 2013 миллион еуроны құрайтын SR2015S бағдарламасы 1969 жылы бұрынғы нацистік аэроғарыш инженері Вернхер фон Браун алғаш рет 3,000 жылы ойлап тапқан радиацияны тоқтататын магниттік күш өрісін жасау үшін асқын өткізгіш магниттерді пайдалану идеясын кеңейтті. Жерді қоршап тұрғаннан 10 есе көп шоғырланған және XNUMX метрлік сферада созылады.

«Жоба аясында біз алдағы айларда MgB2 асқын өткізгіш таспасы бар ипподром орамын сынаймыз», - деді Бернардо Бордини, SR2S жобасы аясындағы CERN қызметінің үйлестірушісі, . «Прототиптік катушкалар асқын өткізгіш магнитті қорғау технологиясының тиімділігін сандық бағалауға арналған».

Ол барлық түсетін сәулеленуді блоктамайды, бірақ дуршлаг арқылы су сияқты пассивті қорғаныс арқылы өтетін GCR сияқты ең зиянды түрлерін тиімді түрде скринингтен өткізеді. Ғарышкерлердің радиацияға ұшырау жылдамдығын төмендету арқылы олар NASA-ның өмір бойы әсер ету шегіне жеткенге дейін ұзағырақ миссияларда қызмет ете алады.

«Магнитосфера жерге бағытталған ғарыштық сәулелерді бұрып жіберген кезде, ғарыш аппаратын қоршап тұрған аса өткізгіш магнит тудыратын магнит өрісі экипажды қорғайды», - деді жобаның ғылыми-техникалық менеджері доктор Риккардо Музенич. 2014 жылы. «SR2S – бұл тек (магнитті экрандаудың) принциптері мен ғылыми мәселелерін зерттеп қана қоймай, сонымен қатар инженериядағы күрделі мәселелерге тап болатын бірінші жоба».

Екі асқын өткізгіш катушкалар жасалып, сыналған, жеңіл магниттер жасау үшін, бірақ бұл өте алдын ала зерттеу, ескеріңіз. CORDIS командасы бұл технология оны тағы бірнеше онжылдықтар бойы ғарышқа шығарады деп күтпейді.

Висконсин университетінің-Мэдисон астрономия бөлімінің зерттеушілері жақында CORDIS идеясының жеке нұсқасын жасауға кірісті. Олардың Ақпан айында NASA-ның Innovative Advanced Concepts (NIAC) бағдарламасынан прототиптік қаржыландыруды алған (CREW HaT) жобасы «жаңа асқын өткізгіш таспа технологиясын, орналастырылатын дизайнды және бұрын зерттелмеген магнит өрісі үшін жаңа конфигурацияны» пайдаланады. UWM доценті және ғылыми жетекші авторының айтуынша, доктор Елена Д'Онгия Мамырда.

«HaT геометриясы бұрын-соңды осы контексте зерттелмеген немесе заманауи асқын өткізгіш таспалармен бірге зерттелмеген», - деді ол. . «Ол биологияға зиян келтіретін ғарыштық сәулелердің (50 ГэВ төмен протондар) және жоғары энергиясы жоғары Z иондарының 1 пайыздан астамын бағыттайды. Бұл ғарышкерлер сіңіретін сәулелену дозасын NASA белгілеген қатерлі ісік өлімінің өмірлік артық қаупінің 5 пайызынан азырақ деңгейге дейін төмендету үшін жеткілікті ».

Немесе астронавтар өздерінің қатардағы жауынгерлерін қорғау үшін қорғасын кеудеше киюі мүмкін

Бірақ шын мәнінде қорғанысты қажет ететін бірнеше денелер мен бастар болған кезде, бүкіл ғарыш кемесін магнитті түрде инкапсуляциялаудың не қажеті бар? Бұл идеяның астарында жатыр (МАРЕ).

Израиль ғарыш агенттігімен (ISA) және неміс аэроғарыш орталығымен (DLR) серіктестікте әзірленген MARE кеудешелерінің екеуі бірдей манекендердің бортында бекітіліп, Орионның экипажсыз ай миссиясының бортында ғарышқа ұшырылады. Хельга мен Зохар атты манекендер үш апталық ұшуында Жерден 280,000 XNUMX миль қашықтықта және айдан мыңдаған миль қашықтықта өтеді. Олардың ішкі мүшелері адамның сүйектері мен жұмсақ тіндерін имитациялауға арналған, бұл зерттеушілерге алатын сәулеленудің нақты дозаларын өлшеуге мүмкіндік береді.

Оның інісі ХҒС бортында оқиды (CHARGE), көкірекшенің радиацияға қарсы тиімділігіне азырақ назар аударады және ғарышкерлер күнделікті міндеттерін орындау кезінде оның эргономикасына, жарамдылығына және сезіміне көбірек көңіл бөледі. Еуропалық ғарыш агенттігі сонымен қатар киімге негізделген радиациядан қорғауды зерттеп жатыр , «ғарышкерлерді болашақ терең ғарыш миссияларында магнитосферадан тысқары жерлерге саяхаттау кезінде қарқынды күн радиациясынан қорғауға бағытталған төтенше жағдай құрылғысы».

Немесе кеменің корпустарын су мен нәжіспен толтырамыз!

Микрогравитацияда қорғасынды алжапқыш киюдегі қолайсыздық пен қуатты электромагниттің әсерінен синапстарыңыздың шиеленісуі мүмкін деген экзистенциалды уайым арасындағы бақытты орта деп аталады. .

«Табиғат компрессорларды, буландырғыштарды, литий гидроксиді ыдыстарын, оттегі шамдарын немесе зәр өңдегіштерді пайдаланбайды», - дейді Марк М.Коэн Арч.Д, 2013 жылғы мақалада. . «Өте ұзақ мерзімді жұмыс үшін - планетааралық ғарыш кемесі, ғарыш станциясы немесе ай/планеталық база сияқты - бұл белсенді электромеханикалық жүйелер істен шығуға бейім, өйткені үздіксіз жұмыс циклдары техникалық қызмет көрсетуді қиындатады».

Осылайша, ғарышкерлер миссия кезінде шығаратын қалдықтарды өңдеу үшін ауыр және күрделі механикаландыруларға сүйенудің орнына, бұл жүйе суды тазартудың табиғаттың пассивті құралдарын ұқсайтын осмос қаптарын пайдаланады. Сұр және қара суды тазартудан басқа, бұл қаптарды ауадағы СО2 тазартуға, тамақ пен отынға арналған балдырларды өсіруге бейімделуге болады және жоғары энергия бөлшектерінен жоғары пассивті қорғанысты қамтамасыз ету үшін ғарыш кемесінің ішкі корпусына төсеуге болады.

Германиядағы Дармштадт техникалық университетінің қызметкері Марко Дюранте: «Су [радиациядан] қорғану үшін металдардан жақсырақ», - деді. . Бұл су молекуласының үш атомды ядросының металл атомына қарағанда массасы көп болғандықтан, GCR және басқа да жоғары энергия сәулелерін блоктауда тиімдірек, деп жалғастырды ол.

Ұсынылған Inspiration Mars миссиясының бортындағы экипаж 2018 жылы екі планета өздерінің орбитасына ең жақын болған кезде Марстың айналасында жеке астронавттардың жұбын керемет ұшу кезінде түсіретін еді. Сіз бұл туралы ештеңе естіген жоқсыз, өйткені 2015 жылы тыныштықпен батып кетті. Бірақ егер олар бұл ерлікті қалай болғанда да орындаса, ғарышкерлерді сөмкелерге салып, қайта пайдалану үшін сұйықтықты сорып алып, содан кейін ғарыш кемесінің қабырғаларына вакууммен жабылған кірпіштерді қораптарының жанына үйу болды. тағамның — радиациялық оқшаулау ретінде әрекет ету.

Деннис Тито қаржыландыратын коммерциялық емес ұйымның мүшесі Табер МакКаллум: «Бұл аздап ыңғайсыз дыбыс, бірақ бұл материалды өткізуге орын жоқ және ол радиациядан тамаша қорғайды», - деді. Жаңа ғалым. «Азық-түлік ғарыш кемесінің барлық қабырғаларында сақталады, өйткені тамақ жақсы радиациядан қорғайды». Бұл келесі планетаға жылдам саяхат, кімге су құбыры мен азық-түлік қажет?