Како би НАСА могла да заштити будуће астронауте од зрачења дубоког свемира

Tево , било да је од или , или . И је смрт од зрачења.

Исте оне енергетске емисије наше локалне звезде које вам дају тен ако није . Док данашња посада и теретне капсуле у ниској орбити Земље можда неће бити опремљене сопственим минијатурним магнетосферама, сутрашња би могла – или ћемо можда само заштитити прве истраживаче дубоког свемира човечанства од међузвезданог зрачења .

Врсте зрачења и шта учинити са њима

Као и мождани удари и људи, постоје различите врсте и извори зрачења, како на земљи тако и у свемиру. Нејонизујуће зрачење, што значи да атом нема довољно енергије да у потпуности уклони електрон са своје орбите, може се наћи у микроталасним пећницама, сијалицама и соларним енергетским честицама (СЕП) попут . Иако ови облици зрачења могу оштетити материјале и биолошке системе, њихови ефекти обично могу бити блокирани (дакле крема за сунчање и микроталаси који не зраче целе кухиње) или заштићени озонским омотачем или .

Земљини појасеви зрачења испуњени су енергетским честицама заробљеним Земљиним магнетним пољем које могу да изазову пустош са електроником коју шаљемо у свемир. Заслуге: НАСА-ин студио за научну визуелизацију/Том Бриџмен

Јонизујуће зрачење је, с друге стране, енергично за избацивање електрона и не постоји много тога што би могло успорити њихов позитивно наелектрисани импулс. Алфа и бета честице, гама зраци, рендгенски зраци и галактички космички зраци, „тешки, високоенергетски јони елемената којима су одстрањени сви електрони док су путовали кроз галаксију скоро брзином светлости“, . „ГЦР је доминантан извор зрачења који се мора носити са тренутним свемирским бродовима и будућим свемирским мисијама унутар нашег соларног система. Интензитет ГЦР-а је обрнуто пропорционалан релативној јачини Сунчевог магнетног поља, што значи да су они најјачи када је Сунчево поље најслабије и најмање може да их одбије.

Упркос њиховој различитој природи, и ГЦР и СЕП заједно са самим нашим биолошким телима. Њихово континуирано бомбардовање има кумулативни негативан ефекат на људску физиологију, што доводи не само до рака, већ и до катаракте, неуролошких оштећења, мутација заметне линије и акутне радијационе болести ако је доза довољно висока. Што се тиче материјала, честице високе енергије и фотони могу изазвати „привремено оштећење или трајни квар материјала или уређаја свемирских летелица“, примећује Зицаи Схен из Пекиншког института за инжењерство животне средине свемирских летелица у 2019. .

„Наелектрисане честице постепено губе енергију док пролазе кроз материјал, и коначно, хватају довољан број електрона да се зауставе“, додали су. „Када је дебљина заштитног материјала већа од опсега наелектрисаних честица у материјалу, честице упада ће бити блокиране у материјалу.

Како НАСА тренутно штити своје астронауте

Како би осигурала да сутрашњи астронаути стигну на Марс са нетакнутим зубима и ноктима, НАСА је провела скоро четири деценије прикупљајући податке и проучавајући ефекте зрачења на људско тело. Агенција (СРАГ) у Џонсоновом свемирском центру је, према својој веб страници, „одговоран да осигура да изложеност зрачењу коју примају астронаути остане испод ".

, „типична просечна доза за особу је око 360 мрем годишње, или 3.6 мСв, што је мала доза. Међутим, међународни стандарди дозвољавају излагање чак 5,000 мремс (50 мСв) годишње за оне који раде са и око радиоактивног материјала. За свемирске летове, граница је већа. НАСА граница за изложеност радијацији у ниској орбити Земље је 50 мСв/годишње, или 50 рем/годишње.”

СРАГ-ови службеници за свемирско окружење (СЕО) имају задатак да обезбеде да астронаути могу успешно да заврше своју мисију без апсорбовања превише РАД-ова. Они узимају у обзир различите факторе околине и ситуације присутне током свемирског лета - да ли су астронаути у ЛЕО-у или на површини Месеца, да ли остају у летелици или шетају свемиром, или - комбинују и моделирају те информације са подацима прикупљеним од као и , да доносе своје одлуке.

у Годдардовом центру за свемирске летове, служи истој сврси као СРАГ, али за механичке системе, радећи на развоју ефикасније заштите и робуснијих материјала за употребу у орбити.

„Моћи ћемо да осигурамо да људи, електроника, свемирске летелице и инструменти — све што заправо шаљемо у свемир — опстане у окружењу у које га стављамо“, рекла је Меган Кејси, ваздухопловни инжењер у РЕАГ-у. . „На основу тога куда иду, кажемо дизајнерима мисија какво ће бити њихово свемирско окружење, а они нам се враћају са својим плановима инструмената и питају: 'Да ли ће ови делови тамо преживети?' Одговор је увек да, не, или не знам. Ако не знамо, тада радимо додатно тестирање. То је велика већина нашег посла.”

НАСА-ино истраживање ће се наставити и проширити током предстојеће ере мисије Артемис. , и СЛС ракета и свемирска летелица Орион биће опремљене сензорима који мере нивое радијације у дубоком свемиру иза Месеца – посебно посматрајући разлике у релативним нивоима изван Земљиних Ван Аленових појасева. Прикупљени подаци и научене лекције из ових почетних летова без посаде помоћи ће НАСА-иним инжењерима да у будућности изграде боље свемирске летелице са више заштите.

А када се коначно изгради, посаде на броду ће одржавати експанзивни пакет сензора за зрачење, укључујући , дизајниран да пажљиво и непрекидно мери нивое унутар станице док прави своју једнонедељну дугуљасту орбиту око Месеца.

„Разумевање ефеката радијационог окружења није само критично за свест о окружењу у којем ће астронаути живети у близини Месеца, већ ће такође пружити важне податке који се могу користити док се НАСА припрема за још веће подухвате, попут слања први људи на Марс“, рекла је Дина Контела, менаџер за интеграцију и коришћење мисије Гатеваи. .

НАСА би у будућности могла да користи магнетне мехуриће

Сутрашњи путеви у међупланетарни простор, где су ГЦР и СЕП преовлађујући, захтеваће свеобухватнију заштиту него што тренутни најсавременији пасивни заштитни материјали и предвиђања свемирских временских прогноза могу пружити. А пошто се Земљина магнетосфера показала тако корисном, истраживачи Европске комисије (ЦОРДИС) су истраживали да направе један довољно мали да стане на свемирски брод, назван Суперцондуцтинг Схиелд свемирског зрачења (СР2С).

Програм СР2.7С вредан 2 милиона евра, који је трајао од 2013. до 2015. године, проширио је идеју коришћења суправодљивих магнета за генерисање магнетног поља силе која зауставља зрачење које је први осмислио бивши нацистички инжењер за ваздухопловство Вернер фон Браун 1969. Произведено магнетно поље би бити више од 3,000 пута концентрисанији од оног који окружује Земљу и протезао би се у сфери од 10 метара.

„У оквиру пројекта, у наредним месецима ћемо тестирати калем за тркачке стазе намотан МгБ2 суперпроводљивом траком“, Бернардо Бордини, координатор активности ЦЕРН-а у оквиру пројекта СР2С, . "Прототип завојнице је дизајниран да квантификује ефикасност технологије суправодљиве магнетне заштите."

Не би блокирао сво долазно зрачење, али би ефикасно одагнао најштетније врсте, као што је ГЦР, који тече кроз пасивну заштиту као вода кроз цедило. Смањењем стопе по којој су астронаути изложени зрачењу, моћи ће да служе у мисијама све дужег трајања пре него што достигну НАСА-ину границу доживотне изложености.

„Док магнетосфера одбија космичке зраке усмерене ка земљи, магнетно поље које генерише суправодљиви магнет који окружује свемирску летелицу заштитило би посаду“, рекао је др Рикардо Мусеник, научни и технички менаџер пројекта. 2014. „СР2С је први пројекат који не само да истражује принципе и научне проблеме (магнетне заштите), већ се такође суочава са сложеним питањима у инжењерству.“

Два суперпроводна намотаја су већ конструисана и тестирана, за прављење лаганих магнета, али ово је врло прелиминарно истраживање, имајте на уму. Тим ЦОРДИС-а не очекује да ће ова технологија стићи у свемир још неколико деценија.

Истраживачи са Одељења за астрономију Универзитета Висконсин-Медисон недавно су почели да развијају сопствену верзију ЦОРДИС-ове идеје. Њихова (ЦРЕВ ХаТ) пројекат, који је добио средства за израду прототипа од НАСА-иног програма Иновативе Адванцед Цонцептс (НИАЦ) у фебруару, користи „нову технологију суперпроводне траке, дизајн који се може применити и нову конфигурацију за магнетно поље које раније није истражено“, према ванредни професор УВМ и главни аутор истраживања, рекла је др Елена Д'Онгхиа у мају.

„ХаТ геометрија никада раније није истраживана у овом контексту или проучавана у комбинацији са модерним суперпроводљивим тракама“, рекла је она у . „Она преусмерава преко 50 процената космичких зрака који оштећују биологију (протони испод 1 ГеВ) и јона високе енергије високе енергије. Ово је довољно да смањи дозу зрачења коју апсорбују астронаути на ниво који је мањи од 5 процената доживотног вишка ризика од смртности од рака који је утврдила НАСА.

Или би астронаути могли да носе оловне прслуке да заштите своје приватне особе

Али зашто се трудити да магнетно инкапсулирамо цео свемирски брод када је заиста само неколико торза и глава којима је заправо потребна заштита? То је идеја која стоји иза (КОБИЛА).

Развијена у партнерству са Израелском свемирском агенцијом (ИСА) и Немачким ваздушно-космичким центром (ДЛР), два МАРЕ прслука биће причвршћена на идентичне лутке и лансирана у свемир на мисији Орион на Месецу без посаде. На свом тронедељном лету, манекени по имену Хелга и Зохар ће путовати око 280,000 миља од Земље и хиљадама миља поред Месеца. Њихова унутрашњост је дизајнирана да имитира људске кости и мека ткива, што омогућава истраживачима да измере специфичне дозе зрачења које примају.

Његова братска студија на ИСС-у, (ЦХАРГЕ), мање се фокусира на ефикасност прслука против рада, а више на ергономију, пристајање и осећај док астронаути обављају своје свакодневне обавезе. Европска свемирска агенција такође истражује заштиту од зрачења на бази одеће , „уређај за хитне случајеве који има за циљ да заштити астронауте од интензивног сунчевог зрачења када путују ван магнетосфере у будућим мисијама дубоког свемира“.

Или ћемо обложити трупове бродова водом и какицом!

Један срећан медиј између блиске нелагоде ношења оловне кецеље у микрогравитацији и егзистенцијалне бриге да ће вам моћни електромагнет потенцијално промрсити синапсе познат је као .

„Природа не користи компресоре, испариваче, канистере са литијум хидроксидом, свеће са кисеоником или процесоре урина“, тврди Марц М. Цохен Арцх.Д у раду из 2013. . „За веома дуготрајан рад — као у међупланетарној свемирској летелици, свемирској станици или лунарној/планетарној бази — ови активни електро-механички системи имају тенденцију да буду склони кваровима јер континуирани циклуси рада отежавају одржавање.

Дакле, уместо да се ослања на тешке и компликоване механизације за обраду отпадних материјала које астронаути емитују током мисије, овај систем користи кесе за осмозу које опонашају сопствена пасивна средства за пречишћавање воде. Поред третмана сиве и црне воде, ове кесе такође могу бити прилагођене за чишћење ЦО2 из ваздуха, узгајање алги за храну и гориво и могу се поставити уз унутрашњи труп свемирске летелице како би обезбедиле супериорну пасивну заштиту од честица високе енергије.

„Вода је боља од метала за заштиту од зрачења“, рекао је Марко Дуранте са Техничког универзитета у Дармштату у Немачкој . То је зато што језгро од три атома молекула воде садржи више масе од атома метала и стога је ефикасније у блокирању ГЦР-а и других зрака високе енергије, наставио је.

Посада на предложеној мисији Инспиратион Марс, која би у спектакуларном прелету око Марса погодила пар приватних астронаута док су две планете биле на најближој орбити 2018. Нисте чули ништа о томе јер тихо је пропао 2015. Али да су некако извели тај подвиг, план је био да астронаути покакају у кесе, извуку течност за поновну употребу, а затим да гомилају вакуумски запечаћене цигле од гована уз зидове свемирске летелице — поред својих кутија хране — да делује као изолација од зрачења.

„Мало звучи мучно, али нема места за тај материјал и одлично штити од зрачења“, рекао је Табер Мекалум, члан непрофитне организације коју финансира Деннис Тито. Нев Сциентист. "Храна ће бити ускладиштена свуда око зидова свемирске летелице, јер храна добро штити од зрачења." То је само брзи излет до следеће планете, коме су потребни водовод и храна?