Ako by mohla NASA chrániť budúcich astronautov pred žiarením v hlbokom vesmíre

Ttu sú , či už z alebo , alebo . A je smrť ožiarením.

Tie isté energetické emisie z našej miestnej hviezdy, ktoré vás opália ak nie . Zatiaľ čo dnešná posádka na nízkej obežnej dráhe Zeme a nákladné kapsuly nemusia byť vybavené vlastnými miniatúrnymi magnetosférami, zajtrajšok je schopný – alebo možno len ochránime prvých prieskumníkov hlbokého vesmíru pred medzihviezdnym žiarením. .

Druhy žiarenia a čo s nimi robiť

Rovnako ako mŕtvice a ľudia, existujú rôzne typy a zdroje žiarenia na zemi aj vo vesmíre. Neionizujúce žiarenie, čo znamená, že atóm nemá dostatok energie na úplné odstránenie elektrónu zo svojej obežnej dráhy, možno nájsť v mikrovlnách, žiarovkách a solárnych energetických časticiach (SEP), ako sú . Aj keď tieto formy žiarenia môžu poškodiť materiály a biologické systémy, ich účinky môžu byť zvyčajne blokované (preto opaľovací krém a mikrovlny, ktoré neožarujú celé kuchyne) alebo tienené ozónovou vrstvou alebo .

Radiačné pásy Zeme sú naplnené energetickými časticami zachytenými zemským magnetickým poľom, ktoré môžu spôsobiť zmätok s elektronikou, ktorú vysielame do vesmíru. Poďakovanie: Vedecké vizualizačné štúdio NASA/Tom Bridgman

Ionizujúce žiarenie je na druhej strane energické na uvoľnenie elektrónu a nie je veľa, čo by mohlo spomaliť ich kladne nabitú hybnosť. Alfa a beta častice, gama lúče, röntgenové lúče a galaktické kozmické lúče, „ťažké, vysokoenergetické ióny prvkov, ktorým sa odobrali všetky elektróny, keď putovali galaxiou takmer rýchlosťou svetla“. . "GCR sú dominantným zdrojom žiarenia, s ktorým sa musíme vysporiadať na palube súčasných kozmických lodí a budúcich vesmírnych misií v rámci našej slnečnej sústavy." Intenzita GCR je nepriamo úmerná relatívnej sile magnetického poľa Slnka, čo znamená, že sú najsilnejšie, keď je pole Slnka najslabšie a najmenej schopné ich vychýliť.

Napriek ich odlišným povahám, GCR aj SEP spolu s našimi biologickými telami samotnými. Ich pokračujúce bombardovanie má kumulatívny negatívny vplyv na ľudskú fyziológiu, čo má za následok nielen rakovinu, ale aj kataraktu, neurologické poškodenie, zárodočné mutácie a akútnu chorobu z ožiarenia, ak je dávka dostatočne vysoká. V prípade materiálov môžu vysokoenergetické častice a fotóny spôsobiť „dočasné poškodenie alebo trvalé zlyhanie materiálov alebo zariadení kozmickej lode,“ poznamenáva Zicai Shen z Pekingského inštitútu environmentálneho inžinierstva kozmických lodí v roku 2019. .

"Nabité častice postupne strácajú energiu, keď prechádzajú materiálom, a nakoniec zachytia dostatočný počet elektrónov na zastavenie," dodali. "Keď je hrúbka tieniaceho materiálu väčšia ako rozsah nabitých častíc v materiáli, dopadajúce častice budú v materiáli zablokované."

Ako NASA v súčasnosti chráni svojich astronautov

Aby sa zabezpečilo, že astronauti zajtrajška prídu na Mars so všetkými zubami a nechtami neporušenými, NASA strávila takmer štyri desaťročia zhromažďovaním údajov a štúdiom účinkov žiarenia na ľudské telo. Agentúra (SRAG) v Johnsonovom vesmírnom stredisku je podľa svojej webovej stránky „zodpovedná za zabezpečenie toho, aby radiačná expozícia, ktorú dostanú astronauti, zostala nižšia ako . "

„Typická priemerná dávka pre človeka je asi 360 mrems za rok alebo 3.6 mSv, čo je malá dávka. Medzinárodné normy však umožňujú expozíciu až 5,000 50 mrems (50 mSv) ročne pre tých, ktorí pracujú s rádioaktívnym materiálom a v jeho blízkosti. Pre lety do vesmíru je limit vyšší. Limit NASA pre radiačnú expozíciu na nízkej obežnej dráhe Zeme je 50 mSv/rok alebo XNUMX rem/rok.

Pracovníci vesmírneho prostredia SRAG (SEO) majú za úlohu zabezpečiť, aby astronauti mohli úspešne dokončiť svoju misiu bez toho, aby absorbovali príliš veľa RAD. Berú do úvahy rôzne environmentálne a situačné faktory prítomné počas kozmického letu – či sú astronauti v LEO alebo na mesačnom povrchu, či zostávajú v kozmickej lodi alebo sa vydajú na prechádzku do vesmíru, alebo – kombinujú a modelujú tieto informácie s údajmi zozbieranými z rovnako ako , aby mohli robiť svoje rozhodnutia.

v Goddard Space Flight Center, slúži takmer na rovnaký účel ako SRAG, ale pre mechanické systémy, ktoré pracujú na vývoji efektívnejšieho tienenia a robustnejších materiálov na použitie na obežnej dráhe.

"Budeme schopní zabezpečiť, aby ľudia, elektronika, kozmické lode a prístroje - čokoľvek, čo skutočne pošleme do vesmíru - prežili v prostredí, do ktorého to umiestnime," uviedla Megan Casey, letecká inžinierka v REAG. . „Na základe toho, kam idú, povieme dizajnérom misie, aké bude ich vesmírne prostredie, a oni sa k nám vrátia so svojimi plánmi prístrojov a pýtajú sa: 'Prežijú tam tieto časti?' Odpoveď je vždy áno, nie, alebo neviem. Ak to nevieme, práve vtedy robíme dodatočné testy. To je veľká väčšina našej práce.“

Výskum NASA bude pokračovať a rozširovať sa počas nadchádzajúcej éry misie Artemis. Raketa SLS aj kozmická loď Orion budú vybavené senzormi, ktoré merajú úrovne žiarenia v hlbokom vesmíre za Mesiacom – konkrétne pri pohľade na rozdiely v relatívnych úrovniach mimo zemských Van Allenových pásov. Zhromaždené údaje a poznatky získané z týchto počiatočných letov bez posádky pomôžu inžinierom NASA vybudovať v budúcnosti lepšie a bezpečnejšie kozmické lode.

A keď to nakoniec postavia, posádky na palubu bude udržiavať rozsiahlu sadu radiačných senzorov vrátane , navrhnutý tak, aby starostlivo a nepretržite meral hladiny v rámci stanice počas jej týždňovej podlhovastej obežnej dráhy okolo Mesiaca.

„Pochopenie účinkov radiačného prostredia nie je dôležité len pre povedomie o prostredí, v ktorom budú astronauti žiť v blízkosti Mesiaca, ale poskytne aj dôležité údaje, ktoré možno použiť, keď sa NASA pripravuje na ešte väčšie úsilie, ako je posielanie prví ľudia na Marse,“ povedala Dina Contella, manažérka pre integráciu a využitie misií brány .

NASA môže v budúcnosti použiť magnetické bubliny

Zajtrajšie cesty do medziplanetárneho priestoru, kde sú GCR a SEP rozšírenejšie, si budú vyžadovať komplexnejšiu ochranu, než akú dokážu poskytnúť súčasné najmodernejšie materiály pasívneho tienenia a predpovede vesmírneho počasia. A keďže sa vlastná magnetosféra Zeme ukázala ako užitočná, výskumníci z Európskej komisie (CORDIS) skúmali vytvorenie jedného dostatočne malého, aby sa zmestil na vesmírnu loď, nazvanú Space Radiation Superconducting Shield (SR2S).

Program SR2.7S v hodnote 2 milióna EUR, ktorý prebiehal v rokoch 2013 až 2015, rozšíril myšlienku použitia supravodivých magnetov na vytvorenie magnetického silového poľa zastavujúceho žiarenie, ktoré prvýkrát navrhol bývalý nacistický letecký inžinier Wernher von Braun v roku 1969. byť viac ako 3,000-krát koncentrovanejší ako ten, ktorý obklopuje Zem a rozprestieral by sa v 10-metrovej gule.

„V rámci projektu budeme v najbližších mesiacoch testovať pretekársku cievku navinutú supravodivou páskou MgB2,“ Bernardo Bordini, koordinátor činnosti CERN v rámci projektu SR2S, . "Prototyp cievky je navrhnutý tak, aby kvantifikoval účinnosť technológie supravodivého magnetického tienenia."

Neblokovalo by to všetko prichádzajúce žiarenie, ale účinne by odfiltrovalo najškodlivejšie typy, ako je GCR, ktorý preteká pasívnym tienením ako voda cez cedník. Znížením miery, s akou sú astronauti vystavení žiareniu, budú môcť slúžiť na dlhšie a dlhšie trvajúce misie, kým nedosiahnu limit celoživotného vystavenia NASA.

"Keďže magnetosféra odchyľuje kozmické lúče smerujúce k Zemi, magnetické pole generované supravodivým magnetom obklopujúcim kozmickú loď by chránilo posádku," povedal Dr Riccardo Musenich, vedecký a technický manažér projektu. v roku 2014. „SR2S je prvý projekt, ktorý nielen skúma princípy a vedecké problémy (magnetického tienenia), ale čelí aj zložitým problémom v inžinierstve.“

Dve supravodivé cievky už boli skonštruované a testované, na výrobu ľahkých magnetov, ale toto je veľmi predbežný výskum. Tím CORDIS nepredpokladá, že sa táto technológia dostane do vesmíru ešte niekoľko desaťročí.

Výskumníci z University of Wisconsin-Madison's Department of Astronomy sa nedávno pustili do vývoja vlastnej verzie nápadu CORDIS. ich Projekt (CREW HaT), ktorý vo februári získal financovanie prototypov z programu NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC), využíva „novú technológiu supravodivých pások, nasaditeľný dizajn a novú konfiguráciu pre magnetické pole, ktorá ešte nebola preskúmaná“. podľa docentky UWM a hlavnej autorky výskumu, povedala Dr. Elena D'Onghia v Máji.

„Geometria HaT nebola nikdy predtým v tomto kontexte skúmaná ani študovaná v kombinácii s modernými supravodivými páskami,“ povedala . "Odvádza viac ako 50 percent kozmického žiarenia poškodzujúceho biológiu (protóny pod 1 GeV) a vysokoenergetických iónov s vysokým Z. To je dostatočné na zníženie dávky žiarenia absorbovanej astronautmi na úroveň, ktorá je menšia ako 5 percent celoživotného nadmerného rizika úmrtnosti na rakovinu stanoveného NASA.

Alebo astronauti môžu nosiť olovené vesty na ochranu svojich súkromí

Ale prečo sa snažiť magneticky zapuzdrovať celú vesmírnu loď, keď v skutočnosti je to len hŕstka torz a hláv, ktoré skutočne potrebujú ochranu? To je myšlienka za (KOBYLA).

Dve vesty MARE, vyvinuté v spolupráci s Izraelskou vesmírnou agentúrou (ISA) a Nemeckým leteckým a kozmickým centrom (DLR), budú pripevnené na palube identických figurín a vypustené do vesmíru na palube misie na Mesiac bez posádky Orion. Počas svojho trojtýždňového letu preletia figuríny Helga a Zohar asi 280,000 XNUMX míľ od Zeme a tisíce míľ okolo Mesiaca. Ich vnútornosti sú navrhnuté tak, aby napodobňovali ľudské kosti a mäkké tkanivá, čo výskumníkom umožňuje merať špecifické dávky žiarenia, ktoré dostávajú.

Jeho súrodenecká štúdia na palube ISS (CHARGE) sa menej zameriava na antiradickú účinnosť vesty a viac na ergonómiu, prispôsobenie a pocit z nej, keď astronauti plnia svoje každodenné povinnosti. Európska vesmírna agentúra tiež skúma tienenie proti žiareniu na odeve , „núdzové zariadenie, ktorého cieľom je chrániť astronautov pred intenzívnym slnečným žiarením pri cestovaní z magnetosféry na budúce misie Deep Space“.

Alebo obložíme trupy lodí vodou a hovienka!

Jedno šťastné médium medzi nepríjemným pocitom pri nosení olovenej zástery v mikrogravitácii a existenčnými obavami z potenciálneho zakódovania vašich synapsií silným elektromagnetom je známe ako .

„Príroda nepoužíva žiadne kompresory, výparníky, kanistre s hydroxidom lítnym, kyslíkové sviečky ani zariadenia na spracovanie moču,“ argumentoval Marc M. Cohen Arch.D v dokumente z roku 2013. . "Pre veľmi dlhodobú prevádzku - ako v medziplanetárnej kozmickej lodi, vesmírnej stanici alebo lunárnej / planetárnej základni - tieto aktívne elektromechanické systémy majú tendenciu byť náchylné na zlyhanie, pretože nepretržité pracovné cykly sťažujú údržbu."

Takže namiesto spoliehania sa na ťažkú ​​a komplikovanú mechanizáciu na spracovanie odpadových materiálov, ktoré astronauti vypúšťajú počas misie, tento systém využíva osmózne vaky, ktoré napodobňujú pasívne prostriedky prírody na čistenie vody. Okrem úpravy sivej a čiernej vody môžu byť tieto vaky prispôsobené aj na čistenie CO2 zo vzduchu, pestovanie rias na jedlo a palivo a môžu byť obložené vnútorným trupom kozmickej lode, aby poskytli vynikajúce pasívne tienenie proti časticiam s vysokou energiou.

„Voda je lepšia ako kovy na ochranu [žiarenia],“ povedal Marco Durante z Technickej univerzity v Darmstadte v Nemecku. . Je to preto, že trojatómové jadro molekuly vody obsahuje viac hmoty ako atóm kovu, a preto je účinnejšie pri blokovaní GCR a iných vysokoenergetických lúčov, pokračoval.

Posádka na palube navrhovanej misie Inspiration Mars, ktorá by pri spektakulárnom prelete okolo Marsu vystrelila pár súkromných astronautov, zatiaľ čo obe planéty boli v roku 2018 najbližšie k svojej orbitálnej dráhe. O tom ste ešte nič nepočuli, pretože v roku 2015 sa potichu potopili. Ale ak by sa im to nejako podarilo, plán bol nechať astronautov nakakať do vrecúšok, odsať tekutinu na opätovné použitie a potom nahromadiť vákuovo zatavené tehly na steny kozmickej lode – vedľa ich škatúľ. potravín — pôsobiť ako radiačná izolácia.

"Znie to trochu nechutne, ale nie je kam ísť ten materiál a poskytuje skvelé tienenie pred žiarením," povedal Taber MacCallum, člen neziskovej organizácie financovanej Dennisom Titom. New Scientist. "Jedlo sa bude skladovať okolo stien kozmickej lode, pretože jedlo dobre chráni pred žiarením." Je to len rýchly výlet na ďalšiu planétu, kto potrebuje inštalatérske práce a výživu?