Paano mapoprotektahan ng NASA ang mga astronaut bukas mula sa radiation ng malalim na kalawakan

Tnarito ang , kung ito man ay mula sa o , o . At ay kamatayan sa pamamagitan ng radiation.

Yaong mga parehong masiglang emisyon mula sa aming lokal na bituin na nagbibigay sa iyo ng tan can kung hindi . Bagama't ang mababang Earth orbit crew at cargo capsules ngayon ay maaaring walang sariling mga miniature magnetospheres, ang lakas ng bukas — o baka poprotektahan lang natin ang unang deep space explorer ng sangkatauhan mula sa interstellar radiation sa pamamagitan ng .

Mga Uri ng Radiation at kung ano ang gagawin sa mga ito

Tulad ng mga stroke at mga tao, may iba't ibang uri at pinagmumulan ng radiation parehong terrestrial at sa kalawakan. Ang non-ionizing radiation, ibig sabihin ay walang sapat na enerhiya ang atom upang ganap na maalis ang isang electron mula sa orbit nito, ay matatagpuan sa mga microwave, light bulbs, at Solar Energetic Particles (SEP) tulad ng . Bagama't ang mga anyo ng radiation na ito ay maaaring makapinsala sa mga materyales at biological system, ang kanilang mga epekto ay karaniwang maaaring ma-block (kaya't ang sunscreen at mga microwave na hindi nag-iilaw sa buong kusina) o na-screen ng Ozone layer o .

Ang mga radiation belt ng Earth ay puno ng mga energetic na particle na nakulong ng magnetic field ng Earth na maaaring magdulot ng kalituhan sa mga electronics na ipinadala namin sa kalawakan. Mga Pinasasalamatan: Scientific Visualization Studio ng NASA/Tom Bridgman

Ang ionizing radiation, sa kabilang banda, ay energetic na magbuhos ng electron at walang gaanong makakapagpabagal sa kanilang positive-charged momentum. Mga alpha at beta particle, Gamma ray, X-ray at Galactic Cosmic Rays, "mabibigat, mataas na enerhiya na mga ion ng mga elemento na natanggal ang lahat ng kanilang mga electron habang naglalakbay sila sa kalawakan sa halos bilis ng liwanag," . "Ang GCR ay isang nangingibabaw na pinagmumulan ng radiation na dapat harapin sakay ng kasalukuyang spacecraft at hinaharap na mga misyon sa espasyo sa loob ng ating solar system." Ang intensity ng GCR ay inversely proportional sa relatibong lakas ng magnetic field ng Araw, ibig sabihin, pinakamalakas ang mga ito kapag ang field ng Araw ay nasa pinakamahina at hindi gaanong kayang ilihis ang mga ito.

Sa kabila ng kanilang hindi magkatulad na mga katangian, parehong GCR at SEP kasama ang ating mga biyolohikal na katawan mismo. Ang kanilang patuloy na pambobomba ay may pinagsama-samang negatibong epekto sa pisyolohiya ng tao na nagreresulta hindi lamang sa kanser kundi mga katarata, pinsala sa neurological, mutation ng germline, at matinding radiation sickness kung sapat ang dosis. Para sa mga materyales, ang mga particle at photon na may mataas na enerhiya ay maaaring magdulot ng "pansamantalang pinsala o permanenteng pagkabigo ng mga materyales o device ng spacecraft," sabi ni Zicai Shen ng Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering noong 2019's .

"Ang mga naka-charge na particle ay unti-unting nawawalan ng enerhiya habang dumadaan sila sa materyal, at sa wakas, nakakakuha ng sapat na bilang ng mga electron upang huminto," idinagdag nila. "Kapag ang kapal ng shielding material ay mas malaki kaysa sa hanay ng isang naka-charge na particle sa materyal, ang mga particle ng insidente ay maha-block sa materyal."

Paano kasalukuyang pinoprotektahan ng NASA ang mga astronaut nito

Upang matiyak na ang mga astronaut bukas ay darating sa Mars na buo ang lahat ng kanilang mga ngipin at mga kuko, ang NASA ay gumugol ng halos apat na dekada sa pagkolekta ng data at pag-aaral sa mga epekto ng radiation sa katawan ng tao. Ang ahensya (SRAG) sa Johnson Space Center, ayon sa website nito, “responsable sa pagtiyak na ang radiation exposure na natatanggap ng mga astronaut ay nananatiling nasa ibaba. . "

, “ang karaniwang karaniwang dosis para sa isang tao ay humigit-kumulang 360 mrems bawat taon, o 3.6 mSv, na isang maliit na dosis. Gayunpaman, pinapayagan ng International Standards ang pagkakalantad sa hanggang 5,000 mrems (50 mSv) sa isang taon para sa mga nagtatrabaho sa at sa paligid ng radioactive na materyal. Para sa spaceflight, mas mataas ang limitasyon. Ang limitasyon ng NASA para sa radiation exposure sa low-Earth orbit ay 50 mSv/year, o 50 rem/year.”

Ang mga Space Environment Officers (SEOs) ng SRAG ay may tungkuling tiyakin na matagumpay na makumpleto ng mga astronaut ang kanilang misyon nang hindi sumisipsip ng masyadong maraming RAD. Isinasaalang-alang nila ang iba't ibang mga salik sa kapaligiran at sitwasyon na naroroon sa panahon ng paglipad sa kalawakan — kung ang mga astronaut ay nasa LEO o nasa ibabaw ng buwan, kung sila ay mananatili sa spacecraft o sumakay sa spacewalk, o — pagsamahin at imodelo ang impormasyong iyon sa data na nakolekta mula sa at , upang gumawa ng kanilang mga desisyon.

Ang sa Goddard Space Flight Center, nagsisilbing halos kapareho ng layunin ng SRAG ngunit para sa mga mekanikal na sistema, na nagsisikap na bumuo ng mas epektibong shielding at mas matatag na materyales para sa paggamit sa orbit.

"Magagawa nating matiyak na ang mga tao, electronics, spacecraft at mga instrumento - anumang bagay na aktwal nating ipinapadala sa kalawakan - ay mabubuhay sa kapaligiran kung saan natin ito inilalagay," sabi ni Megan Casey, isang aerospace engineer sa REAG sa isang . "Batay sa kung saan sila pupunta, sinasabi namin sa mga mission designer kung ano ang magiging kapaligiran ng kanilang espasyo, at bumalik sila sa amin kasama ang kanilang mga plano sa instrumento at nagtatanong, 'Mabubuhay ba ang mga bahaging ito doon?' Ang sagot ay laging oo, hindi, o hindi ko alam. Kung hindi natin alam, doon tayo gumagawa ng karagdagang pagsubok. Iyan ang karamihan sa aming trabaho.”

Ang pananaliksik ng NASA ay magpapatuloy at lalawak sa buong paparating na panahon ng misyon ng Artemis. , ang SLS rocket at ang Orion spacecraft ay lagyan ng mga sensor na sumusukat sa mga antas ng radiation sa malalim na espasyo sa kabila ng buwan — partikular na tinitingnan ang mga pagkakaiba sa mga kamag-anak na antas sa kabila ng Van Allen Belts ng Earth. Ang mga nakolektang data at mga aral na natutunan mula sa mga unang uncrewed na flight na ito ay makakatulong sa mga inhinyero ng NASA na bumuo ng mas mahusay, mas proteksiyon na spacecraft sa hinaharap.

At sa sandaling mabuo na ito, sakay ang mga crew ay magpapanatili ng malawak na radiation sensor suite, kabilang ang , na idinisenyo upang maingat at patuloy na sukatin ang mga antas sa loob ng istasyon habang ginagawa nito ang isang linggong pahaba na orbit sa paligid ng buwan.

"Ang pag-unawa sa mga epekto ng kapaligiran ng radiation ay hindi lamang kritikal para sa kamalayan ng kapaligiran kung saan ang mga astronaut ay maninirahan sa paligid ng Buwan, ngunit ito ay magbibigay din ng mahalagang data na maaaring magamit habang naghahanda ang NASA para sa mas malaking pagsisikap, tulad ng pagpapadala ng unang tao sa Mars," sabi ni Dina Contella, manager para sa Gateway Mission Integration and Utilization .

Maaaring gumamit ang NASA ng mga magnetic bubble sa hinaharap

Ang mga paglalakbay bukas sa interplanetary space, kung saan mas laganap ang GCR at SEP, ay mangangailangan ng mas komprehensibong proteksyon kaysa sa kasalukuyang kalagayan ng mga passive shielding na materyales at mga hula sa pagtataya ng lagay ng panahon sa kalawakan. At dahil napatunayang madaling gamitin ang sariling magnetosphere ng Earth, ang mga mananaliksik sa European Commission's (CORDIS) ay nagsaliksik ng paglikha ng isang sapat na maliit upang magkasya sa isang sasakyang pangkalawakan, na tinatawag na Space Radiation Superconducting Shield (SR2S).

Ang €2.7 milyong SR2S program, na tumakbo mula 2013 hanggang 2015, ay pinalawak ang ideya ng paggamit ng superconducting magnets upang makabuo ng radiation-stopping magnetic force field na unang ginawa ng ex-Nazi aerospace engineer na si Wernher von Braun noong 1969. Ang magnetic field na ginawa ay ay higit sa 3,000 beses na mas puro kaysa sa nakapalibot sa Earth at lalawak sa 10-meter sphere.

"Sa balangkas ng proyekto, susuriin namin, sa mga darating na buwan, ang isang racetrack coil na sugat na may MgB2 superconducting tape," Bernardo Bordini, coordinator ng aktibidad ng CERN sa balangkas ng proyekto ng SR2S, . "Ang prototype coil ay idinisenyo upang mabilang ang bisa ng superconducting magnetic shielding technology."

Hindi nito haharangan ang lahat ng papasok na radiation, ngunit mahusay na i-screen out ang mga pinaka nakakapinsalang uri, tulad ng GCR, na dumadaloy sa pamamagitan ng passive shielding tulad ng tubig sa pamamagitan ng isang colander. Sa pamamagitan ng pagpapababa sa rate kung saan ang mga astronaut ay nalantad sa radiation, makakapaglingkod sila sa mas marami at mas matagal na mga misyon bago maabot ang habambuhay na limitasyon sa pagkakalantad ng NASA.

"Habang ang magnetosphere ay nagpapalihis ng mga cosmic ray na nakadirekta patungo sa lupa, ang magnetic field na nabuo ng isang superconducting magnet na nakapalibot sa spacecraft ay magpoprotekta sa mga tripulante," sinabi ni Dr Riccardo Musenich, siyentipiko at teknikal na tagapamahala para sa proyekto. noong 2014. "Ang SR2S ay ang unang proyekto na hindi lamang nagsisiyasat sa mga prinsipyo at mga problemang siyentipiko (ng magnetic shielding), ngunit nahaharap din ito sa mga kumplikadong isyu sa engineering."

Dalawang superconducting coils ang nagawa at nasubok na, upang makabuo ng mga magaan na magnet ngunit ito ay napaka-preliminary na pananaliksik, isipin mo. Ang koponan ng CORDIS ay hindi inaasahan ang teknolohiyang ito na makapasok sa kalawakan para sa isa pang ilang dekada.

Ang mga mananaliksik mula sa University of Wisconsin–Madison's Department of Astronomy ay nagtakda kamakailan tungkol sa pagbuo ng kanilang sariling bersyon ng ideya ng CORDIS. Ang kanilang (CREW HaT) project, na nakatanggap ng prototyping funding mula sa Innovative Advanced Concepts (NIAC) program ng NASA noong Pebrero, ay gumagamit ng “bagong superconductive tape technology, isang deployable na disenyo, at isang bagong configuration para sa isang magnetic field na hindi pa na-explore dati,” ayon sa UWM associate professor at researches lead author, sinabi ni Dr. Elena D'Onghia sa Mayo.

"Ang geometry ng HaT ay hindi pa na-explore bago sa kontekstong ito o pinag-aralan kasama ng mga modernong superconductive tape," sabi niya sa . "Inililihis nito ang higit sa 50 porsyento ng mga cosmic ray na nakakapinsala sa biology (mga proton sa ibaba 1 GeV) at mas mataas na enerhiya na high-Z ions. Ito ay sapat na upang bawasan ang dosis ng radiation na hinihigop ng mga astronaut sa isang antas na mas mababa sa 5 porsiyento ng habambuhay na labis na panganib ng mga antas ng pagkamatay sa kanser na itinatag ng NASA."

O ang mga astronaut ay maaaring magsuot ng leaden vests upang protektahan ang kanilang mga pribado

Ngunit bakit kailangan mong gawin ang magnetically encapsulating ng isang buong spaceship kung talagang kakaunti lang ng torso at ulo ang talagang nangangailangan ng proteksyon? Iyan ang ideya sa likod ng (MARE).

Binuo sa pakikipagtulungan sa Israel Space Agency (ISA) at sa German Aerospace Center (DLR), dalawa sa mga MARE vests ay ibibigkas sa magkatulad na mannequin at ilulunsad sa kalawakan sakay ng Orion uncrewed moon mission. Sa kanilang tatlong linggong paglipad, ang mga mannequin, na pinangalanang Helga at Zohar, ay maglalakbay ng mga 280,000 milya mula sa Earth at libu-libong milya lampas sa buwan. Ang kanilang mga laman-loob ay idinisenyo upang gayahin ang mga buto ng tao at malambot na tisyu, na nagbibigay-daan sa mga mananaliksik na sukatin ang mga partikular na dosis ng radiation na kanilang natatanggap.

Ang kapatid nitong pag-aaral sakay ng ISS, ang (CHARGE), hindi gaanong nakatuon sa pagiging epektibo ng vest laban sa rad at higit pa sa ergonomya, akma at pakiramdam nito habang ginagawa ng mga astronaut ang kanilang pang-araw-araw na tungkulin. Ang European Space Agency ay nag-iimbestiga rin ng garment-based radiation shielding gamit ang , isang "emergency device na naglalayong protektahan ang mga astronaut mula sa matinding solar radiation kapag naglalakbay palabas ng magnetosphere sa hinaharap na Deep Space mission."

O lagyan natin ng tubig at poo ang mga kasko ng barko!

Ang isang masayang daluyan sa pagitan ng malapit na kakulangan sa ginhawa ng pagsusuot ng leaded na apron sa microgravity at ang umiiral na pag-aalala sa posibleng pagkakaroon ng iyong mga synapses na scramble ng isang malakas na electromagnet ay kilala bilang .

"Ang kalikasan ay hindi gumagamit ng mga compressor, evaporator, lithium hydroxide canisters, oxygen candle, o urine processors," Marc M. Cohen Arch.D, argued in the 2013 paper . "Para sa napakatagal na operasyon - tulad ng sa isang interplanetary spacecraft, space station, o lunar/planetary base - ang mga aktibong electro-mechanical system na ito ay malamang na mabigo dahil ang patuloy na mga duty cycle ay nagpapahirap sa pagpapanatili."

Kaya, sa halip na umasa sa mabigat at kumplikadong mga mekanisasyon upang iproseso ang mga basurang materyales na ibinubuga ng mga astronaut sa panahon ng isang misyon, ang sistemang ito ay gumagamit ng mga osmosis bag na ginagaya ang sariling passive na paraan ng paglilinis ng tubig ng kalikasan. Bilang karagdagan sa paggamot sa kulay abo at itim na tubig, ang mga bag na ito ay maaari ding iakma upang mag-scrub ng CO2 mula sa himpapawid, magpatubo ng algae para sa pagkain at gasolina, at maaaring i-linya laban sa panloob na katawan ng isang spacecraft upang magbigay ng higit na passive shielding laban sa mga particle ng mataas na enerhiya.

"Ang tubig ay mas mahusay kaysa sa mga metal para sa proteksyon ng [radiation]," sinabi ni Marco Durante ng Technical University of Darmstadt sa Germany, . Ito ay dahil ang tatlong-atom na nucleus ng isang molekula ng tubig ay naglalaman ng mass kaysa sa isang metal na atom at samakatuwid ay mas epektibo sa pagharang sa GCR at iba pang mataas na enerhiya na sinag, patuloy niya.

Ang mga tripulante na sakay ng iminungkahing Inspiration Mars mission, na maaaring tirador ng isang pares ng mga pribadong astronaut sa paligid ng Mars sa isang kamangha-manghang paglipad habang ang dalawang planeta ay nasa kanilang orbital na pinakamalapit noong 2018. Wala kang narinig tungkol doon dahil tahimik na sumailalim noong 2015. Ngunit kung sa anumang paraan ay nagawa na nila ang tagumpay na iyon, ang plano ay ang mga astronaut ay magtapon sa mga bag, ilabas ang likido para muling magamit at pagkatapos ay itambak ang mga vacuum-sealed na shitbricks sa mga dingding ng spacecraft - sa tabi ng kanilang mga kahon ng pagkain - upang kumilos bilang pagkakabukod ng radiation.

"Ito ay medyo nakakahiyang tunog, ngunit walang lugar para sa materyal na iyon, at ito ay gumagawa ng mahusay na radiation shielding," sabi ni Taber MacCallum, isang miyembro ng nonprofit na pinondohan ni Dennis Tito. Bagong dalub-agham. "Ang pagkain ay itatabi sa paligid ng mga dingding ng spacecraft, dahil ang pagkain ay isang mahusay na radiation shielding." Ito ay isang mabilis na paglalakbay sa susunod na planeta, sino ang nangangailangan ng pagtutubero at kabuhayan?