NASA yarının astronotlarını derin uzay radyasyonundan nasıl koruyabilir?

Tişte burada, ister nereden, ister , veya . Ve radyasyon nedeniyle ölümdür.

Yerel yıldızımızın size bronzluk veren aynı enerjik emisyonları olmazsa . Günümüzün alçak Dünya yörüngesindeki mürettebatı ve kargo kapsülleri kendilerine ait minyatür manyetosferlerle donatılmamış olsa da yarınınki olabilir - ya da belki de insanlığın ilk derin uzay kaşiflerini yıldızlararası radyasyondan koruyacağız. .

Radyasyon Türleri ve Bunlarla İlgili Ne Yapılması Gerekir?

Felç ve millet gibi, hem karada hem de uzayda farklı radyasyon türleri ve kaynakları vardır. İyonlaştırıcı olmayan radyasyon, yani atomun bir elektronu yörüngesinden tamamen çıkarmak için yeterli enerjiye sahip olmadığı anlamına gelir; mikrodalgalarda, ampullerde ve Güneş Enerjisi Parçacıklarında (SEP) bulunabilir. Bu radyasyon türleri malzemelere ve biyolojik sistemlere zarar verebilirken, etkileri genellikle engellenebilir (dolayısıyla tüm mutfağı ışınlamayan güneş kremi ve mikrodalgalar) veya Ozon tabakası tarafından perdelenebilir.

Dünyanın radyasyon kuşakları, Dünya'nın manyetik alanı tarafından hapsedilen ve uzaya gönderdiğimiz elektronik cihazlara zarar verebilecek enerjik parçacıklarla doludur. Kredi: NASA'nın Bilimsel Görselleştirme Stüdyosu/Tom Bridgman

Öte yandan iyonlaştırıcı radyasyon, bir elektronu saçacak kadar enerjiktir ve onların pozitif yüklü momentumunu yavaşlatabilecek fazla bir şey yoktur. Alfa ve beta parçacıkları, Gama ışınları, X ışınları ve Galaktik Kozmik Işınlar, "galakside neredeyse ışık hızıyla yolculuk ederken tüm elektronları soyulmuş ağır, yüksek enerjili element iyonları". . "GCR, mevcut uzay gemilerinde ve güneş sistemimizdeki gelecekteki uzay görevlerinde ele alınması gereken baskın bir radyasyon kaynağıdır." GCR yoğunluğu, Güneş'in manyetik alanının göreceli gücüyle ters orantılıdır; bu, Güneş'in alanının en zayıf olduğu ve onları en az saptırabildiği zaman en güçlü oldukları anlamına gelir.

Farklı doğalarına rağmen hem GCR hem de SEP biyolojik bedenlerimizin kendisiyle birlikte. Devam eden bombardımanları insan fizyolojisi üzerinde sadece kansere değil aynı zamanda katarakta, nörolojik hasara, germ hattı mutasyonlarına ve doz yeterince yüksekse akut radyasyon hastalığına yol açan kümülatif olumsuz etkiye sahiptir. Pekin Uzay Aracı Çevre Mühendisliği Enstitüsü'nden Zicai Shen, malzemeler açısından yüksek enerjili parçacıklar ve fotonların "uzay aracı malzemeleri veya cihazlarında geçici hasara veya kalıcı arızaya" neden olabileceğini belirtiyor. .

"Yüklü parçacıklar malzemenin içinden geçerken yavaş yavaş enerji kaybederler ve sonunda durmaya yetecek sayıda elektron yakalarlar" diye eklediler. "Koruyucu malzemenin kalınlığı, malzemedeki yüklü parçacığın aralığından daha büyük olduğunda, gelen parçacıklar malzemede bloke edilecektir."

NASA şu anda astronotlarını nasıl koruyor?

Yarının astronotlarının Mars'a tüm dişleri ve tırnakları sağlam bir şekilde ulaşmasını sağlamak için NASA, veri toplamak ve radyasyonun insan vücudu üzerindeki etkilerini incelemek için neredeyse kırk yıl harcadı. Ajansın Johnson Uzay Merkezi'ndeki (SRAG), web sitesine göre "astronotların aldığı radyasyona maruz kalma oranının aşağıda kalmasını sağlamaktan sorumludur" ".

, "Bir kişi için tipik ortalama doz yılda yaklaşık 360 mrem veya 3.6 mSv'dir ki bu küçük bir dozdur. Ancak Uluslararası Standartlar, radyoaktif maddeyle ve çevresinde çalışanlar için yılda 5,000 mrem'e (50 mSv) kadar maruziyete izin vermektedir. Uzay uçuşu için limit daha yüksektir. NASA'nın alçak Dünya yörüngesindeki radyasyona maruz kalma sınırı 50 mSv/yıl veya 50 rem/yıldır."

SRAG'ın Uzay Çevre Görevlileri (SEO'lar), astronotların çok fazla RAD tüketmeden görevlerini başarıyla tamamlayabilmelerini sağlamakla görevlidir. Bir uzay uçuşu sırasında mevcut olan çeşitli çevresel ve durumsal faktörleri hesaba katarlar (astronotların LEO'da mı yoksa ay yüzeyinde mi oldukları, uzay aracında mı kaldıkları veya uzay yürüyüşüne mi çıktıkları) veya bu bilgileri toplanmış verilerle birleştirerek modellemek. yanısıra , kararlarını vermek için.

The Goddard Uzay Uçuş Merkezi'ndeki, SRAG ile hemen hemen aynı amaca hizmet ediyor, ancak mekanik sistemler için, yörüngede kullanım için daha etkili koruma ve daha sağlam malzemeler geliştirmeye çalışıyor.

REAG'da havacılık mühendisi Megan Casey, "İnsanların, elektroniklerin, uzay araçlarının ve aletlerin (uzaya gönderdiğimiz her şeyin) yerleştirdiğimiz ortamda hayatta kalmasını sağlayacağız" dedi. . “Gittikleri yere bağlı olarak, görev tasarımcılarına uzay ortamlarının nasıl olacağını söylüyoruz ve onlar da alet planlarıyla bize geri gelip, 'Bu parçalar orada hayatta kalacak mı?' diye soruyorlar. Cevap her zaman evet, hayır ya da bilmiyorum. Bilmiyorsak, o zaman ek testler yaparız. İşimizin büyük çoğunluğu bu.”

NASA'nın araştırması önümüzdeki Artemis misyonu dönemi boyunca devam edecek ve genişleyecek. Hem SLS roketi hem de Orion uzay aracı, ayın ötesindeki derin uzaydaki radyasyon seviyelerini ölçen, özellikle de Dünya'nın Van Allen Kuşakları'nın ötesindeki göreceli seviyelerdeki farklılıklara bakan sensörlerle donatılacak. Bu ilk mürettebatsız uçuşlardan toplanan veriler ve öğrenilen dersler, NASA mühendislerinin gelecekte daha iyi, daha koruyucu uzay aracı inşa etmelerine yardımcı olacak.

Ve sonunda inşa edildiğinde mürettebat gemiye biner dahil olmak üzere geniş bir radyasyon sensörü paketini sürdürecek Ay etrafında bir hafta boyunca dikdörtgen yörüngesinde dönerken istasyon içindeki seviyeleri dikkatli ve sürekli olarak ölçmek üzere tasarlandı.

"Radyasyon ortamının etkilerini anlamak, yalnızca astronotların Ay'ın yakınında yaşayacakları ortamın farkındalığı açısından kritik öneme sahip değil, aynı zamanda NASA'nın Ay'ı göndermek gibi daha büyük çabalara hazırlanırken kullanılabilecek önemli veriler de sağlayacak." Gateway Görev Entegrasyonu ve Kullanımı yöneticisi Dina Contella şunları söyledi: Mars'a ilk insanlar .

NASA gelecekte manyetik baloncuklar kullanabilir

GCR ve SEP'in daha yaygın olduğu gezegenler arası uzaya yapılacak yarının yolculukları, mevcut en gelişmiş pasif koruma malzemeleri ve uzay hava durumu tahmin tahminlerinin sağlayabileceğinden daha kapsamlı koruma gerektirecek. Dünyanın kendi manyetosferinin bu kadar kullanışlı olduğu kanıtlandığından, Avrupa Komisyonu'nun araştırmacıları (CORDIS), Uzay Radyasyonu Süper İletken Kalkanı (SR2S) adı verilen, bir uzay gemisine sığacak kadar küçük bir kalkan oluşturmayı araştırdı.

2.7'ten 2'e kadar süren 2013 milyon Euro'luk SR2015S programı, ilk olarak 1969'da eski Nazi havacılık mühendisi Wernher von Braun tarafından tasarlanan radyasyonu durduran bir manyetik kuvvet alanı oluşturmak için süper iletken mıknatısların kullanılması fikrini genişletti. Üretilen manyetik alan, Dünyayı çevreleyenden 3,000 kat daha yoğun olacak ve 10 metrelik bir küreye yayılacak.

SR2S projesi çerçevesinde CERN faaliyet koordinatörü Bernardo Bordini, "Proje çerçevesinde, önümüzdeki aylarda MgB2 süper iletken bantla sarılmış bir yarış pisti bobinini test edeceğiz" dedi. . "Prototip bobin, süper iletken manyetik koruma teknolojisinin etkinliğini ölçmek için tasarlandı."

Gelen tüm radyasyonu engellemez, ancak suyun bir kevgir içinden geçmesi gibi pasif korumadan akan GCR gibi en zararlı türleri etkili bir şekilde filtreleyebilir. Astronotların radyasyona maruz kalma oranı düşürülerek, NASA'nın ömür boyu radyasyona maruz kalma sınırına ulaşmadan önce daha fazla ve daha uzun süreli görevlerde görev yapabilecekler.

Projenin bilimsel ve teknik yöneticisi Dr. Riccardo Musenich, "Manyetosfer dünyaya doğru yönlendirilen kozmik ışınları saptırdığından, uzay aracını çevreleyen süper iletken bir mıknatısın oluşturduğu manyetik alan mürettebatı koruyacaktır" dedi. 2014 yılında. “SR2S, yalnızca (manyetik korumanın) ilkelerini ve bilimsel sorunlarını araştırmakla kalmayıp, aynı zamanda mühendislikteki karmaşık sorunlarla da yüzleşen ilk projedir.”

İki süper iletken bobin halihazırda yapılmış ve test edilmiştir. hafif mıknatıslar yapmak için ama bunun çok ön bir araştırma olduğunu unutmayın. CORDIS ekibi bu teknolojinin birkaç on yıl daha uzaya çıkmasını beklemiyor.

Wisconsin Üniversitesi-Madison Astronomi Bölümü'nden araştırmacılar yakın zamanda CORDIS'in fikrinin kendi versiyonunu geliştirmeye başladılar. Onların Şubat ayında NASA'nın Yenilikçi Gelişmiş Kavramlar (NIAC) programından prototip finansmanı alan (CREW HaT) projesi, "yeni süper iletken bant teknolojisi, konuşlandırılabilir bir tasarım ve daha önce keşfedilmemiş bir manyetik alan için yeni bir konfigürasyon" kullanıyor. UWM doçenti ve araştırmaların başyazarı Dr. Elena D'Onghia'ya göre Mayısta.

"HaT geometrisi daha önce bu bağlamda hiç araştırılmamıştı veya modern süper iletken bantlarla birlikte incelenmemişti" dedi. . "Biyolojiye zarar veren kozmik ışınların (50 GeV'nin altındaki protonlar) ve daha yüksek enerjili yüksek Z iyonlarının yüzde 1'sinden fazlasını yönlendiriyor. Bu, astronotlar tarafından absorbe edilen radyasyon dozunu, NASA tarafından belirlenen yaşam boyu aşırı kanser ölüm riski seviyelerinin yüzde 5'inden daha az bir seviyeye indirmek için yeterlidir."

Veya astronotlar mahremiyetlerini korumak için kurşun yelek giyebilirler

Peki aslında korumaya ihtiyaç duyan sadece bir avuç gövde ve kafa varken neden bir uzay gemisinin tamamını manyetik olarak kapsülleme çabasına giresiniz ki? Arkasındaki fikir bu (KISRAK).

Hem İsrail Uzay Ajansı (ISA) hem de Alman Havacılık ve Uzay Merkezi (DLR) ile ortaklaşa geliştirilen MARE yeleklerinden ikisi, aynı mankenlere bağlanacak ve Orion insansız ay misyonuyla uzaya fırlatılacak. Helga ve Zohar adındaki mankenler, üç haftalık uçuşları sırasında Dünya'dan yaklaşık 280,000 mil ve Ay'ın binlerce mil ötesinden seyahat edecek. İç kısımları insan kemiklerini ve yumuşak dokusunu taklit edecek şekilde tasarlandı ve araştırmacıların aldıkları spesifik radyasyon dozlarını ölçmelerine olanak tanıdı.

ISS'deki kardeş çalışması, (CHARGE), astronotlar günlük görevlerini yerine getirirken yeleğin anti-rad etkinliğine daha az, ergonomisine, uyumuna ve verdiği hisse daha fazla odaklanır. Avrupa Uzay Ajansı da giysi bazlı radyasyon kalkanını araştırıyor. "Gelecekteki Derin Uzay görevlerinde astronotları manyetosferin dışına seyahat ederken yoğun güneş ışınımından korumayı amaçlayan bir acil durum cihazı."

Veya gemi gövdelerini su ve kakayla kaplarız!

Mikro yerçekiminde kurşunlu bir önlük giymenin yakın rahatsızlığı ile sinapslarınızın güçlü bir elektromıknatıs tarafından karıştırılması potansiyelinin varoluşsal endişesi arasındaki mutlu bir orta nokta, şu şekilde bilinir: .

Marc M. Cohen Arch.D, 2013 tarihli makalesinde "Doğa hiçbir kompresör, buharlaştırıcı, lityum hidroksit kutusu, oksijen mumu veya idrar işlemcisi kullanmaz" dedi. . "Gezegenler arası bir uzay aracında, uzay istasyonunda veya ay/gezegen üssünde olduğu gibi çok uzun süreli operasyonlarda bu aktif elektro-mekanik sistemler, sürekli görev döngüleri bakımı zorlaştırdığı için arızaya eğilimli olma eğilimindedir."

Bu nedenle, astronotların bir görev sırasında yaydığı atık malzemeleri işlemek için ağır ve karmaşık mekanizmalara güvenmek yerine, bu sistem doğanın kendi pasif arıtma yöntemini taklit eden ozmoz torbalarını kullanıyor. Gri ve siyah suyun arıtılmasına ek olarak, bu torbalar aynı zamanda havadaki CO2'yi temizlemeye, yiyecek ve yakıt için alg yetiştirmeye de uyarlanabilir ve yüksek enerjili parçacıklara karşı üstün pasif koruma sağlamak üzere bir uzay aracının iç gövdesine yerleştirilebilir.

Almanya'daki Darmstadt Teknik Üniversitesi'nden Marco Durante, "Su, radyasyondan korunma açısından metallerden daha iyidir" dedi. . Bunun nedeni, bir su molekülünün üç atomlu çekirdeğinin bir metal atomundan daha fazla kütle içermesi ve bu nedenle GCR'yi ve diğer yüksek enerjili ışınları engellemede daha etkili olmasıdır, diye devam etti.

Önerilen İlham Mars misyonunda yer alan mürettebat, 2018'de iki gezegen yörüngelerine en yakın konumdayken, bir çift özel astronotu Mars'ın etrafında muhteşem bir uçuşla sapanla fırlatacaktı. Bununla ilgili hiçbir şey duymadınız çünkü Ancak bu başarıyı bir şekilde başarabilmişlerse, plan astronotların torbalara kaka yapmaları, sıvıyı tekrar kullanmak üzere boşaltmaları ve daha sonra vakumla kapatılmış pislik tuğlalarını kutularının yanına uzay aracının duvarlarına yığmalarıydı. Gıdanın radyasyon yalıtımı görevi görmesi.

Dennis Tito tarafından finanse edilen kar amacı gütmeyen kuruluşun bir üyesi olan Taber MacCallum, "Kulağa biraz mide bulandırıcı geliyor, ancak bu malzemenin gidecek yeri yok ve harika bir radyasyon kalkanı sağlıyor" dedi. New Scientist. "Yiyecekler uzay aracının duvarlarının her tarafında depolanacak çünkü yiyecekler iyi bir radyasyon kalkanıdır." Bu sadece bir sonraki gezegene kısa bir gezinti, kimin su tesisatına ve bakıma ihtiyacı var ki?