Како НАСА може да ги заштити утрешните астронаути од зрачењето на длабоката вселена

Tеве, без разлика дали е од или, или . И е смрт од зрачење.

Истите енергетски емисии од нашата локална ѕвезда што ви даваат тен конзерва ако не го прави тоа . Додека денешниот екипаж во ниската орбита на Земјата и товарните капсули можеби нема да бидат опремени со свои минијатурни магнетосфери, утрешните сили - или можеби само ќе ги заштитиме првите истражувачи на човештвото во длабоката вселена од меѓуѕвезденото зрачење со .

Видови на зрачење и што да направите со нив

Како и мозочните удари и луѓето, постојат различни видови и извори на зрачење и на копното и на вселената. Нејонизирачкото зрачење, што значи дека атомот нема доволно енергија за целосно отстранување на електронот од својата орбита, може да се најде во микробрановите, сијалиците и соларните енергетски честички (SEP) како . Додека овие облици на зрачење можат да ги оштетат материјалите и биолошките системи, нивните ефекти обично може да се блокираат (оттука и кремите за сончање и микробрановите кои не зрачат цели кујни) или да се прегледаат од озонската обвивка или .

Радијационите појаси на Земјата се полни со енергетски честички заробени од магнетното поле на Земјата што можат да направат хаос со електрониката што ја испраќаме во вселената. Кредити: Научно студио за визуелизација на НАСА/Том Бриџман

Јонизирачкото зрачење, од друга страна, е енергично да исфрли електрон и нема многу што може да го забави нивниот позитивно наелектризиран импулс. Алфа и бета честички, гама зраци, рендгенски зраци и галактички космички зраци, „тешки, високоенергетски јони на елементи на кои им се одземени сите електрони додека патувале низ галаксијата со речиси брзина на светлината“. . „ГЦР е доминантен извор на радијација со кој мора да се справиме со сегашните вселенски летала и идните вселенски мисии во нашиот Сончев систем“. Интензитетот на GCR е обратно пропорционален на релативната јачина на магнетното поле на Сонцето, што значи дека тие се најсилни кога полето на Сонцето е најслабо и најмалку способно да ги отфрли.

И покрај нивните различни природи, и GCR и SEP заедно со самите наши биолошки тела. Нивното континуирано бомбардирање има кумулативен негативен ефект врз човечката физиологија, што резултира не само со рак, туку и со катаракта, невролошко оштетување, мутации на герминативните линии и акутна радијациона болест доколку дозата е доволно висока. За материјалите, честичките и фотоните со висока енергија може да предизвикаат „привремено оштетување или трајно откажување на материјалите или уредите на вселенските летала“, забележува Зикаи Шен од Пекинг Институтот за инженерство на животната средина на вселенските летала во 2019 година. .

„Наелектризираните честички постепено губат енергија додека минуваат низ материјалот, и конечно, заробуваат доволен број електрони за да застанат“, додаваат тие. „Кога дебелината на заштитниот материјал е поголема од опсегот на наелектризирана честичка во материјалот, упадните честички ќе бидат блокирани во материјалот“.

Како НАСА моментално ги штити своите астронаути

За да се осигура дека утрешните астронаути ќе пристигнат на Марс со сите нивни заби и нокти непроменети, НАСА потроши речиси четири децении собирајќи податоци и проучувајќи ги ефектите што радијацијата ги има врз човечкото тело. На агенцијата (SRAG) во вселенскиот центар Џонсон е, според неговата веб-страница, „одговорен за осигурување дека изложеноста на радијација добиена од астронаутите останува под ".

„Типична просечна доза за лице е околу 360 mrems годишно, или 3.6 mSv, што е мала доза. Меѓутоа, меѓународните стандарди дозволуваат изложеност до 5,000 mrems (50 mSv) годишно за оние кои работат со и околу радиоактивен материјал. За вселенски летови, границата е поголема. Ограничувањето на НАСА за изложеност на радијација во ниската орбита на Земјата е 50 mSv/година или 50 rem/годишно.

Службениците за вселенска средина (SEO) на SRAG имаат задача да обезбедат дека астронаутите можат успешно да ја завршат својата мисија без да апсорбираат премногу RAD. Тие ги земаат предвид различните фактори на животната средина и ситуацијата присутни за време на вселенскиот лет - дали астронаутите се во ЛЕО или на површината на Месечината, дали остануваат во леталото или одат на вселенска прошетка, или - ги комбинираат и моделираат тие информации со податоците собрани од како и , да ги донесат своите одлуки.

на во Центарот за вселенски летови Годард, служи речиси иста цел како SRAG, но за механички системи, кои работат на развој на поефективна заштита и поцврсти материјали за употреба во орбитата.

„Ќе бидеме во можност да обезбедиме дека луѓето, електрониката, вселенските летала и инструментите - сè што всушност испраќаме во вселената - ќе преживее во околината во која го ставаме“, рече Меган Кејси, воздухопловниот инженер во REAG. . „Врз основа на тоа каде одат, им кажуваме на дизајнерите на мисијата каква ќе биде нивната вселенска средина, а тие се враќаат кај нас со нивните планови за инструменти и прашуваат: „Дали овие делови ќе преживеат таму?“ Одговорот е секогаш да, не или не знам. Ако не знаеме, тогаш правиме дополнително тестирање. Тоа е огромното мнозинство од нашата работа“.

Истражувањето на НАСА ќе продолжи и ќе се прошири во текот на претстојната ера на мисијата Артемида. , и ракетата SLS и вселенското летало Орион ќе бидат опремени со сензори кои ги мерат нивоата на радијација во длабоката вселена надвор од Месечината - особено гледајќи ги разликите во релативните нивоа надвор од Земјините појаси Ван Ален. Собраните податоци и научените лекции од овие првични летови без екипаж ќе им помогнат на инженерите на НАСА да изградат подобри, позаштитни вселенски летала во иднина.

И штом на крајот ќе се изгради, екипажот на бродот ќе одржува експанзивен пакет со сензори за зрачење, вклучувајќи го , дизајниран за внимателно и постојано мерење на нивоата во станицата додека ја прави својата еднонеделна долгнавечка орбита околу Месечината.

„Разбирањето на ефектите од радијационото опкружување не е само критично за свесноста за околината каде што астронаутите ќе живеат во близина на Месечината, туку исто така ќе обезбеди важни податоци што може да се користат додека НАСА се подготвува за уште поголеми напори, како што е испраќањето на првите луѓе на Марс“, рече Дина Контела, менаџер за интеграција и искористување на мисијата на порталот. .

НАСА може да користи магнетни меури во иднина

Утрешните патувања во меѓупланетарниот простор, каде што GCR и SEP се позастапени, ќе бараат посеопфатна заштита отколку што може да испорача сегашната состојба на пасивните заштитни материјали и предвидувањата за временска прогноза во вселената. И бидејќи сопствената магнетосфера на Земјата се покажа толку корисна, истражувачите од Европската комисија (CORDIS) истражувале создавање на еден доволно мал за да се собере на вселенски брод, наречен Space Radiation Superconducting Shield (SR2S).

Програмата SR2.7S вредна 2 милиони евра, која работеше од 2013 до 2015 година, ја прошири идејата за користење суперспроводливи магнети за генерирање магнетно поле за запирање на зрачењето, првпат осмислено од поранешниот нацистички инженер за воздухопловство Вернхер фон Браун во 1969 година. Произведеното магнетно поле би да биде повеќе од 3,000 пати поконцентрирана од онаа што ја опкружува Земјата и би се протегала во сфера од 10 метри.

„Во рамките на проектот, во наредните месеци ќе тестираме калем на тркачката патека намотан со суперспроводлива лента MgB2“, Бернардо Бордини, координатор на активноста на ЦЕРН во рамките на проектот SR2S. . „Прототипот на калем е дизајниран да ја квантифицира ефикасноста на технологијата за суперспроводлива магнетна заштита“.

Тоа нема да го блокира целото дојдовно зрачење, но ефикасно ќе ги елиминира најштетните типови, како што е GCR, кој тече низ пасивна заштита како вода низ сито. Со намалување на стапката со која астронаутите се изложени на радијација, тие ќе можат да служат на повеќе и подолги мисии пред да го достигнат лимитот за животна изложеност на НАСА.

„Додека магнетосферата ги отфрла космичките зраци насочени кон земјата, магнетното поле генерирано од суперспроводлив магнет што го опкружува вселенското летало ќе го заштити екипажот“, рече д-р Рикардо Мусених, научен и технички менаџер за проектот. во 2014 година. „SR2S е првиот проект кој не само што ги истражува принципите и научните проблеми (на магнетната заштита), туку се соочува и со сложените прашања во инженерството.

Веќе се конструирани и тестирани две суперспроводливи намотки, за изградба на лесни магнети, но ова е многу прелиминарно истражување, имајте предвид. Тимот на CORDIS не предвидува оваа технологија да стигне во вселената уште неколку децении.

Истражувачите од Универзитетот во Висконсин-Одделот за астрономија на Медисон неодамна започнаа да развијат своја верзија на идејата на CORDIS. Нивните Проектот (CREW HaT), кој доби финансирање за прототипови од програмата на НАСА за иновативни напредни концепти (NIAC) во февруари, користи „нова технологија за суперспроводлива лента, дизајн што може да се распореди и нова конфигурација за магнетно поле кое досега не е истражено“. според вонреден професор на UWM и водечки автор на истражувањата, д-р Елена Д'Онгија изјави во Мај.

„ХаТ геометријата никогаш претходно не била истражена во овој контекст или проучена во комбинација со модерни суперспроводливи ленти“, рече таа во . „Тоа пренасочува над 50 проценти од космичките зраци што ги оштетуваат биологијата (протони под 1 GeV) и јоните со висока Z-и со повисока енергија. Ова е доволно за да се намали дозата на зрачење што ја апсорбираат астронаутите на ниво што е помалку од 5 проценти од вишокот на животниот ризик од смртност од рак утврдени од НАСА.

Или астронаутите можеби носат оловни елеци за да ги заштитат своите приватници

Но, зошто се обидуваме магнетно да го обложиме целиот вселенски брод кога навистина тоа е само грст торзо и глави на кои всушност им е потребна заштита? Тоа е идејата зад (МАРЕ).

Развиени во партнерство и со Израелската вселенска агенција (ISA) и со Германскиот авијациски центар (DLR), два од елеците MARE ќе бидат врзани на идентични манекени и ќе бидат лансирани во вселената на мисијата Орион без екипаж на месечината. На нивниот тринеделен лет, куклите, наречени Хелга и Зохар, ќе патуваат околу 280,000 милји од Земјата и илјадници милји покрај Месечината. Нивната внатрешност е дизајнирана да имитира човечки коски и меко ткиво, овозможувајќи им на истражувачите да ги измерат специфичните дози на зрачење што ги добиваат.

Нејзините брат и сестри студираат на ISS, на (CHARGE), помалку се фокусира на анти-рад ефективноста на елекот, а повеќе на ергономијата, одговарањето и чувството на него додека астронаутите ги извршуваат своите секојдневни обврски. Европската вселенска агенција, исто така, ја истражува радијационата заштита заснована на облека , „итен уред кој има за цел да ги заштити астронаутите од интензивно сончево зрачење кога патуваат надвор од магнетосферата на идните мисии во длабоката вселена“.

Или ќе ги обложиме бродовите со вода и пука!

Еден среќен медиум помеѓу блиската непријатност од носење оловна престилка во микрогравитацијата и егзистенцијалната грижа за потенцијалното мешање на вашите синапси од моќен електромагнет е познат како .

„Природата не користи компресори, испарувачи, канистри со литиум хидроксид, свеќи со кислород или процесори за урина“, тврди Марк М. Коен Арч.Д, во трудот од 2013 година. . „За многу долгорочно работење - како во меѓупланетарни вселенски летала, вселенска станица или лунарна/планетарна база - овие активни електро-механички системи имаат тенденција да бидат склони кон дефекти бидејќи континуираните работни циклуси го отежнуваат одржувањето.

Така, наместо да се потпира на тешки и комплицирани механизации за обработка на отпадните материјали што астронаутите ги испуштаат за време на мисијата, овој систем користи кеси за осмоза кои ги имитираат сопствените пасивни средства на природата за прочистување на водата. Освен за третирање на сивата и црната вода, овие кеси би можеле да се прилагодат и за чистење на CO2 од воздухот, одгледување алги за храна и гориво и може да се постават на внатрешната обвивка на вселенското летало за да обезбедат супериорна пасивна заштита од честички со висока енергија.

„Водата е подобра од металите за заштита од [радијација]“, рече Марко Дуранте од Техничкиот универзитет во Дармштат во Германија. . Тоа е затоа што јадрото со три атоми на молекулата на водата содржи повеќе маса од атом на метал и затоа е поефективно во блокирањето на ГЦР и другите високоенергетски зраци, продолжи тој.

Екипажот на предложената мисија Инспирација Марс, која би стрелала пар приватни астронаути околу Марс во спектакуларно прелетување додека двете планети биле на најблиската орбитала во 2018 година. Не сте слушнале ништо за тоа бидејќи тивко пропадна во 2015 година. Но, ако некако го направија тој подвиг, планот беше астронаутите да се изметат во вреќи, да ја исфрлат течноста за повторна употреба и потоа да ги натрупуваат тулите затворени со правосмукалка на ѕидовите на вселенското летало - покрај нивните кутии. на храна - да дејствува како изолација од зрачење.

„Звучи малку непријатно, но нема каде да оди тој материјал и прави одлична заштита од радијација“, рече Табер МекКалум, член на непрофитната организација финансирана од Денис Тито. New Scientist. „Храната ќе се чува насекаде околу ѕидовите на вселенското летало, бидејќи храната е добра заштита од радијација“. Тоа е само брзо излетување до следната планета, на кого му треба водовод и храна?