Kā NASA varētu aizsargāt rītdienas astronautus no kosmosa starojuma

Tšeit ir , vai tas ir no vai , vai . Un ir nāve no starojuma.

Tās pašas enerģētiskās emisijas no mūsu vietējās zvaigznes, kas dod jums iedegumu ja tā nav . Lai gan šodienas zemās Zemes orbītas apkalpes un kravas kapsulas var nebūt aprīkotas ar savām miniatūrām magnetosfērām, rīt — vai varbūt mēs vienkārši pasargāsim cilvēces pirmos dziļās kosmosa pētniekus no starpzvaigžņu starojuma. .

Radiācijas veidi un ko ar tiem darīt

Tāpat kā insulti un cilvēki, ir dažādi starojuma veidi un avoti gan uz zemes, gan kosmosā. Nejonizējošo starojumu, kas nozīmē, ka atomam nav pietiekami daudz enerģijas, lai pilnībā noņemtu elektronu no orbītas, var atrast mikroviļņu krāsnīs, spuldzēs un saules enerģētiskajās daļiņās (SEP), piemēram, . Lai gan šie starojuma veidi var sabojāt materiālus un bioloģiskās sistēmas, to iedarbību parasti var bloķēt (tātad saules aizsargkrēms un mikroviļņi, kas neapstaro visas virtuves) vai ozona slānis vai .

Zemes radiācijas jostas ir piepildītas ar enerģētiskām daļiņām, kuras iesprosto Zemes magnētiskais lauks, kas var radīt postījumus ar elektroniku, ko mēs nosūtām uz kosmosu. Autori: NASA zinātniskās vizualizācijas studija/Toms Bridžmens

No otras puses, jonizējošais starojums ir enerģisks, lai izdalītu elektronu, un nav daudz, kas varētu palēnināt to pozitīvi uzlādēto impulsu. Alfa un beta daļiņas, gamma stari, rentgenstari un galaktikas kosmiskie stari, "smagie, augstas enerģijas elementu joni, kuriem visi elektroni ir atdalīti, ceļojot cauri galaktikai ar gandrīz gaismas ātrumu". . "GCR ir dominējošais starojuma avots, kas ir jārisina pašreizējos kosmosa kuģos un turpmākajās kosmosa misijās mūsu Saules sistēmā." GCR intensitāte ir apgriezti proporcionāla Saules magnētiskā lauka relatīvajam stiprumam, kas nozīmē, ka tie ir spēcīgākie, kad Saules lauks ir vājākais un vismazāk spēj tos novirzīt.

Neskatoties uz to atšķirīgo raksturu, gan GCR, gan SEP kopā ar pašiem mūsu bioloģiskajiem ķermeņiem. To ilgstošajai bombardēšanai ir kumulatīvi negatīva ietekme uz cilvēka fizioloģiju, izraisot ne tikai vēzi, bet arī kataraktu, neiroloģiskus bojājumus, dzimumšūnu mutācijas un akūtu staru slimību, ja deva ir pietiekami liela. Materiāliem augstas enerģijas daļiņas un fotoni var izraisīt "kosmosa kuģu materiālu vai ierīču īslaicīgus bojājumus vai neatgriezeniskus bojājumus", atzīmē Zicai Shen no Pekinas Kosmosa kuģu vides inženierijas institūta 2019. gadā. .

"Uzlādētās daļiņas pakāpeniski zaudē enerģiju, ejot cauri materiālam, un, visbeidzot, uztver pietiekamu skaitu elektronu, lai apturētu," viņi piebilda. "Ja aizsargmateriāla biezums ir lielāks par lādētās daļiņas diapazonu materiālā, krītošās daļiņas tiks bloķētas materiālā."

Kā NASA pašlaik aizsargā savus astronautus

Lai nodrošinātu, ka rītdienas astronauti ierodas Marsā ar neskartiem zobiem un nagiem, NASA ir pavadījusi gandrīz četras desmitgades, vācot datus un pētot starojuma ietekmi uz cilvēka ķermeni. Aģentūras (SRAG) Džonsona kosmosa centrā, saskaņā ar tās tīmekļa vietni, ir "atbildīgs par to, lai astronautu saņemtā radiācijas iedarbība būtu zemāka par . "

, “tipiskā vidējā deva cilvēkam ir aptuveni 360 mrems gadā jeb 3.6 mSv, kas ir neliela deva. Tomēr starptautiskie standarti pieļauj pat 5,000 mrems (50 mSv) gadā tiem, kas strādā ar radioaktīviem materiāliem un to tuvumā. Lidojumiem kosmosā robeža ir augstāka. NASA ierobežojums radiācijas iedarbībai zemas Zemes orbītā ir 50 mSv/gadā jeb 50 rem/gadā.

SRAG kosmosa vides darbiniekiem (SEO) ir uzdots nodrošināt, ka astronauti var veiksmīgi pabeigt savu misiju, neuzsūcot pārāk daudz RAD. Tie ņem vērā dažādus vides un situācijas faktorus, kas pastāv kosmosa lidojuma laikā — neatkarīgi no tā, vai astronauti atrodas LEO vai uz Mēness virsmas, vai viņi paliek kosmosa kuģī vai veic izgājienu kosmosā, vai — apvieno un modelē šo informāciju ar datiem, kas savākti no kā arī , pieņemt savus lēmumus.

Jūsu darbs IR Klientu apkalpošana Godāras kosmosa lidojumu centrā, kalpo gandrīz tādam pašam mērķim kā SRAG, bet mehāniskām sistēmām, kas strādā, lai izstrādātu efektīvāku ekranējumu un izturīgākus materiālus izmantošanai orbītā.

"Mēs varēsim nodrošināt, ka cilvēki, elektronika, kosmosa kuģi un instrumenti — viss, ko mēs faktiski sūtām kosmosā - izdzīvos vidē, kurā mēs to ievietojam," sacīja REAG aviācijas un kosmosa inženiere Megana Keisija. . "Pamatojoties uz to, kur viņi dodas, mēs stāstām misijas dizaineriem, kāda būs viņu kosmosa vide, un viņi atgriežas pie mums ar saviem instrumentu plāniem un jautā: "Vai šīs daļas tur izdzīvos?" Atbilde vienmēr ir jā, nē vai es nezinu. Ja mēs nezinām, tad mēs veicam papildu pārbaudi. Tas ir mūsu darba lielākā daļa.

NASA pētījumi turpināsies un paplašināsies visā gaidāmajā Artemis misijas laikmetā. , gan SLS raķete, gan Orion kosmosa kuģis tiks aprīkoti ar sensoriem, kas mēra radiācijas līmeni dziļajā kosmosā aiz Mēness, īpaši aplūkojot relatīvo līmeņu atšķirības aiz Zemes Van Allena jostām. Iegūtie dati un mācības, kas gūtas no šiem sākotnējiem bezapkalpes lidojumiem, palīdzēs NASA inženieriem nākotnē izveidot labākus, aizsargājošākus kosmosa kuģus.

Kad tas beidzot tiks uzbūvēts, apkalpes uz klāja uzturēs plašu starojuma sensoru komplektu, tostarp , kas izstrādāts, lai rūpīgi un nepārtraukti mērītu līmeņus stacijā, veicot nedēļu garu orbītu ap Mēnesi.

"Izpratne par radiācijas vides ietekmi ir ne tikai būtiska, lai apzinātos vidi, kurā astronauti dzīvos Mēness tuvumā, bet arī sniegs svarīgus datus, ko var izmantot, NASA gatavojoties vēl lielākiem centieniem, piemēram, pirmie cilvēki uz Marsu," sacīja Dina Kontella, Gateway misijas integrācijas un izmantošanas menedžere. .

NASA nākotnē varētu izmantot magnētiskos burbuļus

Rītdienas pārgājieniem starpplanētu telpā, kur GCR un SEP ir vairāk izplatīti, būs nepieciešama visaptverošāka aizsardzība, nekā var nodrošināt pašreizējie jaunākie pasīvie ekranēšanas materiāli un kosmosa laika prognožu prognozes. Un tā kā pašas Zemes magnetosfēra ir izrādījusies tik ērta, pētnieki ar Eiropas Komisijas (CORDIS) ir izpētījuši, kā izveidot pietiekami mazu, lai ietilptu kosmosa kuģī, ko nodēvē par kosmosa starojuma supravadošo vairogu (SR2S).

2.7 miljonus eiro vērtā SR2S programma, kas ilga no 2013. līdz 2015. gadam, paplašināja ideju izmantot supravadošus magnētus, lai radītu radiāciju aizturošu magnētisko spēka lauku, ko 1969. gadā pirmo reizi izstrādāja bijušais nacistu kosmosa inženieris Vernhers fon Brauns. Izveidotais magnētiskais lauks ir vairāk nekā 3,000 reižu koncentrētāks nekā tas, kas ieskauj Zemi, un izstieptos 10 metru sfērā.

"Projekta ietvaros mēs tuvāko mēnešu laikā izmēģināsim sacīkšu trases spoli, kas uztīta ar MgB2 supravadošo lenti," sacīja Bernardo Bordini, CERN darbības koordinators projekta SR2S ietvaros. . "Prototipa spole ir izstrādāta, lai kvantitatīvi noteiktu supravadošās magnētiskās ekranēšanas tehnoloģijas efektivitāti."

Tas nebloķētu visu ienākošo starojumu, bet efektīvi izsijātu visvairāk kaitīgos veidus, piemēram, GCR, kas plūst caur pasīvo ekranējumu kā ūdens caur caurduri. Samazinot ātrumu, kādā astronauti tiek pakļauti starojumam, viņi varēs kalpot vairāk un ilgāku laiku misijās, pirms sasniegs NASA mūža ekspozīcijas ierobežojumu.

"Tā kā magnetosfēra novirza kosmiskos starus, kas vērsti pret zemi, magnētiskais lauks, ko rada supravadošs magnēts, kas ieskauj kosmosa kuģi, aizsargātu apkalpi," stāstīja projekta zinātniskais un tehniskais vadītājs Dr. Rikardo Musenihs. 2014. gadā. "SR2S ir pirmais projekts, kas ne tikai pēta principus un zinātniskās problēmas (magnētiskās ekranēšanas), bet arī saskaras ar sarežģītām problēmām inženierzinātnēs."

Jau ir uzbūvētas un pārbaudītas divas supravadošas spoles, lai izveidotu vieglus magnētus, taču tas ir ļoti provizorisks pētījums, ņemiet vērā. CORDIS komanda neparedz, ka šī tehnoloģija nonāks kosmosā vēl pāris gadu desmitus.

Pētnieki no Viskonsinas Universitātes-Medisonas Astronomijas katedras nesen ir sākuši izstrādāt savu CORDIS idejas versiju. Viņu (CREW HaT) projekts, kas februārī saņēma NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) programmas prototipu finansējumu, izmanto "jaunu supravadošās lentes tehnoloģiju, izvietojamu dizainu un jaunu magnētiskā lauka konfigurāciju, kas iepriekš nav pētīta". saskaņā ar UWM asociēto profesoru un pētījumu vadošo autoru, stāstīja Dr. Elena D'Onghia Maijā.

"HaT ģeometrija nekad iepriekš nav pētīta šajā kontekstā vai pētīta kopā ar modernām supravadošām lentēm," viņa teica. . "Tas novirza vairāk nekā 50 procentus bioloģisko kaitīgo kosmisko staru (protonu zem 1 GeV) un augstākas enerģijas augstas Z jonus. Tas ir pietiekami, lai samazinātu astronautu absorbēto starojuma devu līdz līmenim, kas ir mazāks par 5 procentiem no NASA noteiktā vēža izraisītā mirstības līmeņa pārsnieguma visā dzīves laikā.

Vai arī astronauti var valkāt svina vestes, lai aizsargātu savus ierindas

Bet kāpēc gan piepūlēties, lai magnētiski iekapsulētu visu kosmosa kuģi, ja patiesībā aizsardzība ir nepieciešama tikai nedaudziem torsiem un galvām? Tā ir ideja, kas slēpjas aiz (KRIEVE).

Divas no MARE vestēm, kas izstrādātas sadarbībā ar Izraēlas Kosmosa aģentūru (ISA) un Vācijas Aviācijas un kosmosa centru (DLR), tiks piesprādzētas uz identiskiem manekeniem un tiks izlaistas kosmosā ar Orion bezapkalpes mēness misiju. Savā trīs nedēļu lidojumā manekeni, vārdā Helga un Zohars, ceļos aptuveni 280,000 XNUMX jūdžu attālumā no Zemes un tūkstošiem jūdžu gar Mēnesi. Viņu iekšpuse ir veidota tā, lai atdarinātu cilvēka kaulus un mīkstos audus, ļaujot pētniekiem izmērīt specifiskās saņemtās radiācijas devas.

Tās brāļa un māsas pētījums uz ISS klāja (CHARGE), astronautiem veicot ikdienas pienākumus, mazāk uzmanības tiek pievērsta vestes pretradiācijas efektivitātei, bet gan ergonomikai, piemērotībai un sajūtai. Eiropas Kosmosa aģentūra arī izmeklē apģērbu radīto starojuma aizsardzību ar , "avārijas ierīce, kuras mērķis ir aizsargāt astronautus no intensīva saules starojuma, kad tie ceļo ārpus magnetosfēras nākotnes Deep Space misijās".

Vai arī izklājam kuģu korpusus ar ūdeni un poo!

Viens laimīgs līdzeklis starp ciešu diskomfortu, kas rodas, valkājot svinu saturošu priekšautu mikrogravitācijas apstākļos, un eksistenciālām bažām par to, ka jūsu sinapses varētu tikt sajauktas ar spēcīgu elektromagnētu, ir zināma kā .

"Daba neizmanto kompresorus, iztvaicētājus, litija hidroksīda balonus, skābekļa sveces vai urīna pārstrādātājus," 2013. gada rakstā apgalvoja Marks M. Koens Arch.D. . "Ļoti ilgstošai darbībai, piemēram, starpplanētu kosmosa kuģī, kosmosa stacijā vai Mēness/planētu bāzē, šīs aktīvās elektromehāniskās sistēmas mēdz būt pakļautas atteicēm, jo ​​nepārtrauktie darba cikli apgrūtina apkopi."

Tātad, tā vietā, lai paļautos uz smagām un sarežģītām mehanizāciju, lai apstrādātu atkritumus, ko astronauti izdala misijas laikā, šī sistēma izmanto osmozes maisiņus, kas atdarina pašas dabas pasīvos ūdens attīrīšanas līdzekļus. Papildus pelēkā un melnā ūdens apstrādei šos maisiņus var pielāgot arī CO2 attīrīšanai no gaisa, aļģu audzēšanai pārtikai un degvielai, un tos var novietot pret kosmosa kuģa iekšējo korpusu, lai nodrošinātu izcilu pasīvo ekranējumu pret augstas enerģijas daļiņām.

"Ūdens [radiācijas] aizsardzībai ir labāks par metāliem," sacīja Marko Durante no Darmštates Tehniskās universitātes Vācijā. . Tas ir tāpēc, ka ūdens molekulas trīs atomu kodols satur vairāk masas nekā metāla atoms, un tāpēc tas efektīvāk bloķē GCR un citus augstas enerģijas starus, viņš turpināja.

Apkalpe uz ierosinātās Inspiration Mars misijas, kas 2018. gadā būtu ap Marsu nošāvusi privātu astronautu pāri, kamēr abas planētas atradās vistuvākajā orbītā. Jūs par to neko neesat dzirdējuši, jo 2015. gadā klusi nokrita. Taču, ja viņi kaut kā būtu paveikuši šo varoņdarbu, plāns bija likt astronautiem izkāst maisos, izsūknēt šķidrumu atkārtotai izmantošanai un pēc tam piekraut vakuumā noslēgtos ķieģeļus pie kosmosa kuģa sienām — kopā ar savām kastēm. pārtika — darboties kā starojuma izolācija.

"Tas izklausās nedaudz nepatīkami, taču šim materiālam nav vietas, un tas lieliski aizsargā pret radiāciju," sacīja Denisa Tito finansētās bezpeļņas organizācijas loceklis Tabers Makkalums. New Scientist. "Pārtika tiks uzglabāta ap kosmosa kuģa sienām, jo ​​pārtika ir labs starojuma aizsargs." Tas ir tikai ātrs ceļojums uz nākamo planētu, kam ir vajadzīga santehnika un pārtika?