Kako bi NASA lahko zaščitila jutrišnje astronavte pred sevanjem globokega vesolja

Ttukaj so , ne glede na to, ali je iz ali , ali . in je smrt zaradi sevanja.

Tiste iste energijske emisije naše lokalne zvezde, ki vam dajejo porjavelost če ne . Medtem ko današnja posadka in tovorne kapsule v nizki zemeljski orbiti morda niso opremljene z lastnimi miniaturnimi magnetosferami, bo jutrišnja morda – ali pa bomo prve človeške raziskovalce globokega vesolja samo zaščitili pred medzvezdnim sevanjem z .

Vrste sevanja in kaj storiti z njimi

Tako kot možganske kapi in ljudje obstajajo različne vrste in viri sevanja, tako na zemeljskem kot v vesolju. Neionizirajoče sevanje, kar pomeni, da atom nima dovolj energije, da bi v celoti odstranil elektron iz svoje orbite, lahko najdemo v mikrovalovnih pečicah, žarnicah in sončnih energetskih delcih (SEP), kot je . Čeprav lahko te oblike sevanja poškodujejo materiale in biološke sisteme, je njihove učinke običajno mogoče blokirati (zato krema za sončenje in mikrovalovne pečice, ki ne obsevajo celotne kuhinje) ali zaščitene z ozonsko plastjo ali .

Zemljini sevalni pasovi so napolnjeni z energijskimi delci, ujetimi v zemeljsko magnetno polje, ki lahko povzročijo opustošenje z elektroniko, ki jo pošiljamo v vesolje. Zasluge: NASA Scientific Visualization Studio/Tom Bridgman

Po drugi strani je ionizirajoče sevanje energično, da odvrže elektron in ni veliko, kar bi lahko upočasnilo njihov pozitivno nabit zagon. Alfa in beta delci, gama žarki, rentgenski žarki in galaktični kozmični žarki, "težki, visokoenergijski ioni elementov, ki so jim odstranili vse svoje elektrone, ko so potovali skozi galaksijo s skoraj svetlobno hitrostjo," . "GCR so prevladujoči vir sevanja, ki ga je treba obravnavati na krovu trenutnih vesoljskih plovil in prihodnjih vesoljskih misij znotraj našega sončnega sistema." Intenzivnost GCR je obratno sorazmerna z relativno močjo sončnega magnetnega polja, kar pomeni, da so najmočnejši, ko je Sončevo polje najšibkejše in jih najmanj sposobno odkloniti.

Kljub različni naravi sta tako GCR kot SEP skupaj z našimi samimi biološkimi telesi. Njihovo nadaljnje bombardiranje ima kumulativen negativen učinek na človeško fiziologijo, kar povzroči ne le raka, ampak sive mrene, nevrološke poškodbe, mutacije zarodne linije in akutno sevalno bolezen, če je odmerek dovolj visok. Za materiale lahko visokoenergetski delci in fotoni povzročijo »začasno poškodbo ali trajno odpoved materialov ali naprav vesoljskih plovil«, ugotavlja Zicai Shen s Pekinškega inštituta za okoljsko inženirstvo vesoljskih plovil v letu 2019. .

"Nabiti delci postopoma izgubljajo energijo, ko prehajajo skozi material, in končno zajamejo zadostno število elektronov, da se ustavijo," so dodali. "Ko je debelina zaščitnega materiala večja od obsega nabitih delcev v materialu, bodo vpadni delci blokirani v materialu."

Kako NASA trenutno ščiti svoje astronavte

Da bi zagotovili, da bodo jutrišnji astronavti prispeli na Mars z nedotaknjenimi zobmi in nohti, je NASA skoraj štiri desetletja zbirala podatke in preučevala učinke sevanja na človeško telo. Agencija (SRAG) v vesoljskem centru Johnson je, kot piše na svoji spletni strani, "odgovoren za zagotavljanje, da izpostavljenost sevanju, ki so jo prejeli astronavti, ostane pod «.

, »tipična povprečna doza za osebo je približno 360 mrem na leto ali 3.6 mSv, kar je majhna doza. Vendar mednarodni standardi dovoljujejo izpostavljenost do 5,000 mrem (50 mSv) na leto za tiste, ki delajo z radioaktivnimi snovmi in okoli njih. Za vesoljske polete je meja višja. NASA-ina meja za izpostavljenost sevanju v nizki orbiti Zemlje je 50 mSv/leto ali 50 rem/leto.

SRAG-ovi uradniki za vesoljsko okolje (SEO) so zadolženi za zagotavljanje, da lahko astronavti uspešno dokončajo svojo misijo, ne da bi absorbirali preveč RAD. Upoštevajo različne okoljske in situacijske dejavnike, ki so prisotni med vesoljskim poletom – ne glede na to, ali so astronavti v LEO ali na luninem površju, ali ostanejo v vesoljskem plovilu ali se odpravijo na vesoljski sprehod, ali pa te informacije združijo in modelirajo s podatki, zbranimi iz tako dobro, kot , da sprejemajo svoje odločitve.

O v Goddard Space Flight Center, služi skoraj istemu namenu kot SRAG, vendar za mehanske sisteme, ki si prizadevajo za razvoj učinkovitejšega ščitnika in robustnejših materialov za uporabo v orbiti.

"Lahko bomo zagotovili, da bodo ljudje, elektronika, vesoljska plovila in instrumenti - vse, kar dejansko pošiljamo v vesolje - preživeli v okolju, v katerega ga nameščamo," je dejala Megan Casey, vesoljska inženirka v REAG. . "Glede na to, kam gredo, oblikovalcem misij povemo, kakšno bo njihovo vesoljsko okolje, oni pa se vrnejo k nam s svojimi načrti instrumentov in vprašajo: 'Ali bodo ti deli tam preživeli?' Odgovor je vedno da, ne ali pa ne vem. Če ne vemo, takrat opravimo dodatno testiranje. To je velika večina našega dela.”

Nasine raziskave se bodo nadaljevale in širile v prihajajoči dobi misije Artemis. , tako raketa SLS kot vesoljsko plovilo Orion bosta opremljeni s senzorji, ki bodo merili ravni sevanja v globokem vesolju onkraj lune – natančneje glede na razlike v relativnih ravneh zunaj zemeljskih Van Allenovih pasov. Zbrani podatki in pridobljene izkušnje iz teh začetnih letov brez posadke bodo Nasinim inženirjem v prihodnosti pomagali zgraditi boljša in bolj zaščitna vesoljska plovila.

In ko bo končno zgrajena, posadke na krovu bo vzdrževal obsežen nabor senzorjev za sevanje, vključno z , zasnovan za skrbno in neprekinjeno merjenje nivojev znotraj postaje, ko kroži svojo tedensko podolgovato orbito okoli lune.

"Razumevanje učinkov sevalnega okolja ni ključnega pomena le za zavedanje okolja, v katerem bodo astronavti živeli v bližini Lune, ampak bo zagotovilo tudi pomembne podatke, ki jih je mogoče uporabiti, ko se NASA pripravlja na še večje podvige, kot je pošiljanje prvi ljudje na Mars,« je povedala Dina Contella, vodja za integracijo in uporabo misij Gateway. .

NASA bi lahko v prihodnosti uporabila magnetne mehurčke

Jutrišnji pohodi v medplanetarni vesolje, kjer sta GCR in SEP bolj razširjena, bodo zahtevali bolj celovito zaščito, kot jo lahko zagotovijo trenutni najsodobnejši pasivni zaščitni materiali in napovedi vesoljske vremenske napovedi. In ker se je Zemljina lastna magnetosfera izkazala za tako priročno, raziskovalci z Evropsko komisijo (CORDIS) so raziskovali ustvarjanje dovolj majhnega, da se prilega vesoljski ladji, poimenovanega Space Radiation Superconducting Shield (SR2S).

Program SR2.7S v vrednosti 2 milijona evrov, ki je potekal od leta 2013 do 2015, je razširil idejo o uporabi superprevodnih magnetov za ustvarjanje magnetnega polja sile, ki zaustavi sevanje, ki ga je leta 1969 prvi zasnoval nekdanji nacistični vesoljski inženir Wernher von Braun. Proizvedeno magnetno polje bi biti več kot 3,000-krat bolj koncentriran od tistega, ki obkroža Zemljo in bi se raztezal v 10-metrski krogli.

“V okviru projekta bomo v prihodnjih mesecih testirali dirkalno tuljavo, navito s superprevodnim trakom MgB2,” Bernardo Bordini, koordinator dejavnosti CERN v okviru projekta SR2S, . "Prototipna tuljava je zasnovana za količinsko opredelitev učinkovitosti tehnologije superprevodnega magnetnega zaščite."

Ne bi blokiral vsega dohodnega sevanja, ampak bi učinkovito odkril najbolj škodljive vrste, kot je GCR, ki teče skozi pasivno zaščito kot voda skozi cedilo. Z znižanjem stopnje, s katero so astronavti izpostavljeni sevanju, bodo lahko služili na več in daljših misijah, preden bodo dosegli NASA-ino mejo življenjske izpostavljenosti.

"Ko magnetosfera odbija kozmične žarke, usmerjene proti zemlji, bi magnetno polje, ki ga ustvari superprevodni magnet, ki obdaja vesoljsko plovilo, zaščitilo posadko," je povedal dr. Riccardo Musenich, znanstveni in tehnični vodja projekta. leta 2014. "SR2S je prvi projekt, ki ne raziskuje le načel in znanstvenih problemov (magnetnega zaščite), ampak se sooča tudi s kompleksnimi vprašanji v inženirstvu."

Dve superprevodni tuljavi sta bili že izdelani in preizkušeni, za izdelavo lahkih magnetov, vendar je to zelo preliminarna raziskava, upoštevajte. Ekipa CORDIS ne pričakuje, da bo ta tehnologija prišla v vesolje še nekaj desetletij.

Raziskovalci z Oddelka za astronomijo Univerze v Wisconsinu – Madison so se pred kratkim lotili razvoja lastne različice CORDIS-ove ideje. Njihovo Projekt (CREW HaT), ki je februarja prejel sredstva za izdelavo prototipov iz Nasinega programa Innovative Advanced Concepts (NIAC), uporablja "novo tehnologijo superprevodnega traku, namestitveno zasnovo in novo konfiguracijo za magnetno polje, ki še ni bila raziskana," po besedah ​​izredne profesorice UWM in vodilne avtorice raziskav, je povedala dr. Elena D'Onghia maja.

"Geometrija HaT še nikoli ni bila raziskana v tem kontekstu ali preučevana v kombinaciji s sodobnimi superprevodnimi trakovi," je dejala v . »Preusmeri več kot 50 odstotkov kozmičnih žarkov, ki poškodujejo biologijo (protoni pod 1 GeV) in visokoenergijskih ionov z visoko Z. To zadostuje za zmanjšanje odmerka sevanja, ki ga absorbirajo astronavti, na raven, ki je manjša od 5 odstotkov presežnega tveganja za smrtnost zaradi raka v življenju, ki ga je določila NASA.

Ali pa lahko astronavti nosijo svinčene jopiče, da zaščitijo svoje osebnosti

Toda zakaj bi se trudili z magnetnim kapsuliranjem celotne vesoljske ladje, če pa je v resnici le peščica trupov in glav, ki dejansko potrebujejo zaščito? To je ideja v ozadju (KOBILA).

Razvita v partnerstvu z Izraelsko vesoljsko agencijo (ISA) in nemškim letalskim vesoljsko centrom (DLR), bosta dva jopiča MARE pripeta na enake lutke in izstreljena v vesolje na misiji Orion na Luni brez posadke. Na svojem tritedenskem letu bosta manekenki, imenovani Helga in Zohar, prepotovala približno 280,000 milj od Zemlje in na tisoče kilometrov mimo Lune. Njihova notranjost je zasnovana tako, da posnema človeške kosti in mehka tkiva, kar raziskovalcem omogoča merjenje specifičnih doz sevanja, ki jih prejmejo.

Njegova bratska študija na krovu ISS, (CHARGE), se manj osredotoča na učinkovitost telovnika proti radiu in bolj na ergonomijo, prileganje in občutek, ko astronavti opravljajo svoje vsakodnevne naloge. Evropska vesoljska agencija preiskuje tudi zaščito pred sevanjem na oblačilih , "naprava v sili, katere namen je zaščititi astronavte pred intenzivnim sončnim sevanjem, ko potujejo iz magnetosfere na prihodnjih misijah v globoki vesolj."

Ali pa bomo ladijske trupe obložili z vodo in kakcem!

En srečni medij med bližino neprijetnosti ob nošenju svinčenega predpasnika v mikrogravitaciji in eksistencialnimi skrbmi, da bi lahko vaše sinapse premešal močan elektromagnet, je znan kot .

"Narava ne uporablja kompresorjev, uparjalnikov, posod z litijevim hidroksidom, kisikovih sveč ali predelovalcev urina," je v dokumentu iz leta 2013 trdil Marc M. Cohen Arch.D. . "Za zelo dolgotrajno delovanje - kot v medplanetarnem vesoljskem plovilu, vesoljski postaji ali lunarni/planetarni bazi - so ti aktivni elektromehanski sistemi nagnjeni k okvaram, ker neprekinjeni delovni cikli otežujejo vzdrževanje."

Torej, namesto da bi se zanašal na težke in zapletene mehanizacije za predelavo odpadnih materialov, ki jih astronavti oddajajo med misijo, ta sistem uporablja osmozne vrečke, ki posnemajo lastna pasivna sredstva narave za čiščenje vode. Poleg obdelave sive in črne vode bi lahko te vreče prilagodili tudi za čiščenje CO2 iz zraka, gojenje alg za hrano in gorivo ter jih je mogoče obložiti ob notranji trup vesoljskega plovila, da zagotovijo vrhunsko pasivno zaščito pred visokoenergetskimi delci.

"Voda je boljša od kovin za zaščito pred sevanjem," je povedal Marco Durante s Tehnične univerze v Darmstadtu v Nemčiji. . To je zato, ker jedro vodne molekule s tremi atomi vsebuje več mase kot kovinski atom in je zato učinkovitejše pri blokiranju GCR in drugih visokoenergetskih žarkov, je nadaljeval.

Posadka na predlagani misiji Inspiration Mars, ki bi v spektakularnem preletu okoli Marsa ustrelila par zasebnih astronavtov, medtem ko sta bila planeta leta 2018 najbližje svoji orbiti. O tem še niste slišali, ker leta 2015 je tiho propadel. Če pa bi nekako izpeljali ta podvig, je bil načrt, da astronavti pokakajo v vrečke, izvlečejo tekočino za ponovno uporabo in nato vakuumsko zapečatene opeke naložijo na stene vesoljskega plovila – poleg svojih škatel. hrane - deluje kot izolacija sevanja.

"Sliši se nekoliko neprijetno, vendar ni kam, da bi šel ta material, in odlično ščiti pred sevanjem," je povedal Taber MacCallum, član neprofitne organizacije, ki jo financira Dennis Tito. New Scientist. "Hrana bo shranjena povsod okoli sten vesoljskega plovila, ker hrana dobro ščiti pred sevanjem." To je samo hiter izlet na naslednji planet, kdo potrebuje vodovod in preživetje?