Cum ar putea NASA să-i protejeze pe astronauții de mâine de radiațiile din spațiul profund

Taici sunt, fie că este de la sau, sau . Și este moartea prin radiații.

Aceleași emisii energetice de la starul nostru local care îți oferă o cutie de bronz dacă nu . În timp ce echipajul de pe orbita joasă a Pământului și capsulele de marfă de astăzi ar putea să nu fie echipate cu magnetosfere în miniatură proprii, s-ar putea ca mâine - sau poate doar îi vom proteja pe primii exploratori ai omenirii din spațiul profund de radiația interstelară prin .

Tipuri de radiații și ce trebuie făcut în privința acestora

La fel ca și accidente vasculare cerebrale și oameni, există diferite tipuri și surse de radiații atât terestre, cât și în spațiu. Radiațiile neionizante, adică atomul nu are suficientă energie pentru a elimina complet un electron de pe orbita sa, pot fi găsite în cuptorul cu microunde, becuri și particule energetice solare (SEP), cum ar fi . În timp ce aceste forme de radiații pot deteriora materialele și sistemele biologice, efectele lor pot fi în mod obișnuit blocate (prin urmare, protecție solară și cuptoare cu microunde care nu iradiază bucătării întregi) sau ecranate de stratul de ozon sau .

Centurile de radiații ale Pământului sunt pline cu particule energetice prinse de câmpul magnetic al Pământului, care pot face ravagii cu electronicele pe care le trimitem în spațiu. Credite: Studioul de vizualizare științifică al NASA/Tom Bridgman

Radiația ionizantă, pe de altă parte, este energetică pentru a elimina un electron și nu există prea multe care să le poată încetini impulsul încărcat pozitiv. Particulele alfa și beta, razele Gamma, razele X și razele cosmice galactice, „ioni grei, de înaltă energie, ai elementelor cărora li s-au îndepărtat toți electronii în timp ce călătoreau prin galaxie aproape cu viteza luminii”. . „GCR sunt o sursă dominantă de radiație care trebuie tratată la bordul navelor spațiale actuale și al viitoarelor misiuni spațiale din sistemul nostru solar.” Intensitatea GCR este invers proporțională cu puterea relativă a câmpului magnetic al Soarelui, ceea ce înseamnă că acestea sunt cele mai puternice atunci când câmpul Soarelui este cel mai slab și mai puțin capabil să le devieze.

În ciuda naturii lor diferite, atât GCR cât și SEP împreună cu corpurile noastre biologice înseși. Bombardarea lor continuă are un efect negativ cumulativ asupra fiziologiei umane, rezultând nu doar cancer, ci și cataractă, leziuni neurologice, mutații ale liniei germinale și boală acută de radiații dacă doza este suficient de mare. Pentru materiale, particulele de înaltă energie și fotonii pot cauza „deteriorări temporare sau defecțiuni permanente ale materialelor sau dispozitivelor navelor spațiale”, notează Zicai Shen de la Institutul de Inginerie a Mediului Navelor Spațiale din Beijing în 2019. .

„Particulele încărcate pierd treptat energie pe măsură ce trec prin material și, în cele din urmă, captează un număr suficient de electroni pentru a se opri”, au adăugat ei. „Atunci când grosimea materialului de ecranare este mai mare decât domeniul unei particule încărcate din material, particulele incidente vor fi blocate în material.”

Cum își protejează NASA în prezent astronauții

Pentru a se asigura că astronauții de mâine ajung pe Marte cu toți dinții și unghiile intacte, NASA a petrecut aproape patru decenii culegând date și studiind efectele radiațiilor asupra corpului uman. Al agenției (SRAG) de la Centrul Spațial Johnson este, potrivit site-ului său, „responsabil pentru asigurarea faptului că expunerea la radiații primită de astronauți rămâne sub . "

, „doza medie tipică pentru o persoană este de aproximativ 360 mrems pe an, sau 3.6 mSv, care este o doză mică. Cu toate acestea, standardele internaționale permit expunerea la până la 5,000 mrems (50 mSv) pe an pentru cei care lucrează cu și în jurul materialului radioactiv. Pentru zborurile spațiale, limita este mai mare. Limita NASA pentru expunerea la radiații pe orbita joasă a Pământului este de 50 mSv/an sau 50 rem/an.”

Ofițerii de mediu spațial (SEO) ai SRAG au sarcina de a se asigura că astronauții își pot îndeplini cu succes misiunea fără a absorbi prea multe RAD. Ei iau în considerare diferiții factori de mediu și situaționali prezenți în timpul unui zbor spațial — indiferent dacă astronauții sunt în LEO sau pe suprafața lunară, dacă stau în navă spațială sau fac o plimbare în spațiu sau — combină și modelează acele informații cu datele colectate de la precum și , să-și ia deciziile.

la Goddard Space Flight Center, servește aproape același scop ca SRAG, dar pentru sisteme mecanice, lucrând pentru a dezvolta ecrane mai eficiente și materiale mai robuste pentru utilizare pe orbită.

„Vom fi capabili să ne asigurăm că oamenii, electronicele, navele spațiale și instrumentele – orice trimitem de fapt în spațiu – vor supraviețui în mediul în care îl punem”, a spus Megan Casey, inginer aerospațial în cadrul REAG. . „În funcție de locul în care se îndreaptă, le spunem proiectanților misiunii cum va fi mediul lor spațial, iar ei se întorc la noi cu planurile lor de instrumente și ne întreabă: „Vor supraviețui aceste părți acolo?” Răspunsul este întotdeauna da, nu, sau nu știu. Dacă nu știm, atunci facem teste suplimentare. Aceasta este marea majoritate a muncii noastre.”

Cercetările NASA vor continua și se vor extinde pe parcursul viitoarei ere a misiunii Artemis. , atât racheta SLS, cât și nava spațială Orion vor fi echipate cu senzori care măsoară nivelurile de radiație în spațiul profund dincolo de Lună - în special analizând diferențele de niveluri relative dincolo de Centurile Van Allen ale Pământului. Datele colectate și lecțiile învățate din aceste zboruri inițiale fără echipaj îi vor ajuta pe inginerii NASA să construiască nave spațiale mai bune și mai protectoare în viitor.

Și odată ce în cele din urmă este construit, echipajele la bord va menține o suită extinsă de senzori de radiații, inclusiv , conceput pentru a măsura cu atenție și continuu nivelurile din cadrul stației, pe măsură ce își face orbita alungită de o săptămână în jurul Lunii.

„Înțelegerea efectelor mediului radiațiilor este nu numai esențială pentru conștientizarea mediului în care astronauții vor locui în vecinătatea Lunii, dar va oferi și date importante care pot fi utilizate pe măsură ce NASA se pregătește pentru eforturi și mai mari, cum ar fi trimiterea primii oameni pe Marte”, a declarat Dina Contella, manager pentru Integrarea și Utilizarea Misiunii Gateway .

NASA ar putea folosi bule magnetice în viitor

Călătoriile de mâine în spațiul interplanetar, unde GCR și SEP sunt mai răspândite, vor necesita o protecție mai cuprinzătoare decât o pot oferi materialele actuale de ultimă generație de ecranare pasivă și previziunile meteorologice spațiale. Și din moment ce propria magnetosferă a Pământului s-a dovedit atât de utilă, cercetătorii de la Comisia Europeană (CORDIS) au cercetat crearea unuia suficient de mic pentru a încăpea pe o navă spațială, numit Scutul supraconductor al radiațiilor spațiale (SR2S).

Programul SR2.7S de 2 milioane EUR, care a derulat din 2013 până în 2015, sa extins pe ideea de a folosi magneți supraconductori pentru a genera un câmp de forță magnetic de oprire a radiațiilor, conceput pentru prima dată de fostul inginer aerospațial nazist Wernher von Braun în 1969. Câmpul magnetic produs ar ar fi de peste 3,000 de ori mai concentrat decât cel care înconjoară Pământul și s-ar extinde într-o sferă de 10 metri.

„În cadrul proiectului, vom testa, în lunile următoare, o bobină de pistă de curse înfăşurată cu o bandă supraconductoare MgB2”,” Bernardo Bordini, coordonatorul activităţii CERN în cadrul proiectului SR2S, . „Bobina prototip este proiectată pentru a cuantifica eficiența tehnologiei de ecranare magnetică supraconductoare.”

Nu ar bloca toate radiațiile primite, dar ar elimina eficient cele mai dăunătoare tipuri, cum ar fi GCR, care curge prin ecranare pasivă ca apa printr-o strecurătoare. Prin scăderea ratei cu care astronauții sunt expuși la radiații, aceștia vor putea servi în misiuni de durată mai mare și mai lungă înainte de a atinge limita de expunere pe viață a NASA.

„Pe măsură ce magnetosfera deviază razele cosmice îndreptate către Pământ, câmpul magnetic generat de un magnet supraconductor care înconjoară nava spațială ar proteja echipajul”, a declarat Dr. Riccardo Musenich, managerul științific și tehnic al proiectului. în 2014. „SR2S este primul proiect care nu doar investighează principiile și problemele științifice (de ecranare magnetică), dar se confruntă și cu problemele complexe din inginerie.”

Două bobine supraconductoare au fost deja construite și testate, pentru a construi magneți ușoare, dar aceasta este o cercetare foarte preliminară, ține cont. Echipa CORDIS nu anticipează că această tehnologie va ajunge în spațiu pentru încă câteva decenii.

Cercetătorii de la Departamentul de Astronomie al Universității Wisconsin-Madison s-au apucat recent de a dezvolta propria versiune a ideii CORDIS. Al lor Proiectul (CREW HaT), care a primit finanțare pentru prototipuri de la programul Innovative Advanced Concepts (NIAC) al NASA în februarie, utilizează „nouă tehnologie de bandă supraconductivă, un design implementabil și o nouă configurație pentru un câmp magnetic care nu a fost explorat înainte”. potrivit profesorului asociat UWM și autorului principal al cercetărilor, a spus dr. Elena D'Onghia în Mai.

„Geometria HaT nu a fost niciodată explorată înainte în acest context sau studiată în combinație cu benzi supraconductoare moderne”, a spus ea în . „Deturnează peste 50% din razele cosmice dăunătoare biologiei (protoni sub 1 GeV) și ionii de înaltă Z de energie mai mare. Acest lucru este suficient pentru a reduce doza de radiații absorbită de astronauți la un nivel care este mai mic de 5% din excesul de risc pe viață de niveluri de mortalitate prin cancer stabilite de NASA.

Sau astronauții ar putea purta veste de plumb pentru a-și proteja persoanele private

Dar de ce să treci prin efortul de a încapsula magnetic o întreagă navă spațială, când într-adevăr doar o mână de trunchi și capete au nevoie de protecție? Aceasta este ideea din spatele (IEPA).

Dezvoltate în parteneriat atât cu Agenția Spațială Israel (ISA) cât și cu Centrul Aerospațial German (DLR), două dintre vestele MARE vor fi legate la bordul manechinelor identice și lansate în spațiu la bordul misiunii lunare fără echipaj Orion. În zborul lor de trei săptămâni, manechinele, numite Helga și Zohar, vor călători la aproximativ 280,000 de mile de Pământ și la mii de mile pe lângă Lună. Interiorul lor este conceput pentru a imita oasele umane și țesuturile moi, permițând cercetătorilor să măsoare dozele specifice de radiații pe care le primesc.

Studiul fratelui său la bordul ISS, the (CHARGE), se concentrează mai puțin pe eficacitatea anti-rad a vestei și mai mult pe ergonomia, potrivirea și senzația acesteia pe măsură ce astronauții își îndeplinesc sarcinile zilnice. Agenția Spațială Europeană investighează, de asemenea, protecția împotriva radiațiilor pe bază de îmbrăcăminte cu , un „dispozitiv de urgență care își propune să protejeze astronauții de radiațiile solare intense atunci când călătoresc în afara magnetosferei în viitoarele misiuni în spațiul profund”.

Sau vom căptuși corpurile navei cu apă și caca!

Un mediu fericit între disconfortul apropiat de a purta un șorț cu plumb în microgravitație și îngrijorarea existențială de a avea sinapsele amestecate de un electromagnet puternic este cunoscut sub numele de .

„Natura nu folosește compresoare, evaporatoare, recipiente cu hidroxid de litiu, lumânări cu oxigen sau procesoare de urină”, a argumentat Marc M. Cohen Arch.D în lucrarea din 2013. . „Pentru o funcționare pe termen foarte lung – ca într-o navă spațială interplanetară, o stație spațială sau o bază lunară/planeară – aceste sisteme electro-mecanice active tind să fie predispuse la defecțiuni, deoarece ciclurile de funcționare continue fac întreținerea dificilă.”

Deci, în loc să se bazeze pe mecanizări grele și complicate pentru a procesa deșeurile pe care astronauții le emit în timpul unei misiuni, acest sistem utilizează pungi de osmoză care imită mijloacele pasive ale naturii de purificare a apei. Pe lângă tratarea apelor cenușii și negre, aceste pungi ar putea fi, de asemenea, adaptate pentru a curăța CO2 din aer, pentru a crește alge pentru hrană și combustibil și pot fi căptușite pe carcasa interioară a unei nave spațiale pentru a oferi o ecranare pasivă superioară împotriva particulelor de înaltă energie.

„Apa este mai bună decât metalele pentru protecția [radiațiilor]”, a declarat Marco Durante de la Universitatea Tehnică din Darmstadt din Germania. . Acest lucru se datorează faptului că nucleul cu trei atomi al unei molecule de apă conține mai multă masă decât un atom de metal și, prin urmare, este mai eficient în blocarea GCR și a altor raze de înaltă energie, a continuat el.

Echipajul de la bordul misiunii propuse Inspiration Mars, care ar fi împușcat o pereche de astronauți privați în jurul lui Marte într-un zbor spectaculos, în timp ce cele două planete se aflau la cea mai apropiată orbită în 2018. Nu ați auzit nimic despre asta, deoarece s-a prăbușit în liniște în 2015. Dar dacă ar fi reușit cumva această ispravă, planul era ca astronauții să facă caca în pungi, să scoată lichidul pentru reutilizare și apoi să strângă cărămizile sigilate cu vid pe pereții navei spațiale - alături de cutiile lor. a alimentelor — pentru a acționa ca izolator de radiații.

„Sunt puțin stânjenitor, dar nu există loc unde să meargă acel material și oferă o protecție excelentă împotriva radiațiilor”, a declarat Taber MacCallum, membru al organizației nonprofit finanțate de Dennis Tito. New Scientist. „Mâncarea va fi depozitată peste tot în jurul pereților navei spațiale, pentru că mâncarea este o bună protecție împotriva radiațiilor.” Este doar o excursie rapidă pe următoarea planetă, cine are nevoie de instalații sanitare și de întreținere?