美国宇航局如何保护明天的宇航员免受深空辐射

T这里有，无论是来自还是， 或者 。 和 是辐射致死。

来自我们当地恒星的同样能量释放，给你一个棕褐色的罐头 如果没有 . 虽然今天的低地球轨道机组人员和货舱可能没有配备自己的微型磁层，但明天可能——或者我们可能只是保护人类的第一批深空探索者免受星际辐射 .

辐射的类型以及如何处理它们

像中风和人们一样，陆地和太空中都有不同类型和来源的辐射。 非电离辐射，意味着原子没有足够的能量将电子从其轨道上完全移除，可以在微波、灯泡和太阳能粒子 (SEP) 等中找到。 虽然这些形式的辐射会损坏材料和生物系统，但它们的影响通常会被阻挡（因此防晒霜和不会照射整个厨房的微波）或被臭氧层或 .

地球的辐射带充满了被地球磁场捕获的高能粒子，这些高能粒子会对我们发送到太空的电子设备造成严重破坏。 致谢：NASA 的科学可视化工作室/Tom Bridgman

另一方面，电离辐射具有释放电子的能量，并且没有什么可以减缓它们带正电的动量。 α 和 β 粒子、伽马射线、X 射线和银河宇宙射线，“在以接近光速的速度穿越银河系时，所有电子都被剥离的元素的重、高能离子，” . “GCR 是主要的辐射源，必须在我们太阳系内当前的航天器和未来的太空任务中处理。” GCR 强度与太阳磁场的相对强度成反比，这意味着当太阳磁场最弱且最不能够偏转它们时，它们最强。

尽管性质不同，GCR 和 SEP 连同我们的生物体本身。 如果剂量足够高，它们的持续轰炸会对人体生理产生累积的负面影响，不仅会导致癌症，还会导致白内障、神经损伤、生殖细胞突变和急性放射病。 对于材料，高能粒子和光子可能会导致“航天器材料或装置的暂时损坏或永久性失效”，北京航天器环境工程研究所的沉子才在 2019 年指出 .

“带电粒子在穿过材料时会逐渐失去能量，最后会捕获足够数量的电子来停止，”他们补充说。 “当屏蔽材料的厚度大于材料中带电粒子的范围时，入射粒子将被阻挡在材料中。”

NASA 目前如何保护其宇航员

为了确保明天的宇航员在到达火星时牙齿和指甲完好无损，美国宇航局花费了近四年的时间收集数据并研究辐射对人体的影响。 该机构的 约翰逊航天中心 (SRAG) 的网站称，“负责确保宇航员接受的辐射暴露低于 设立的区域办事处外，我们在美国也开设了办事处，以便我们为当地客户提供更多的支持。“

，“一个人的典型平均剂量约为每年 360 毫希，即 3.6 毫希，这是一个小剂量。 然而，国际标准允许从事放射性物质工作的人员每年接触多达 5,000 毫雷姆（50 毫希）。 对于太空飞行，限制更高。 NASA 对近地轨道辐射暴露的限制是 50 mSv/年，或 50 rem/年。”

SRAG 的空间环境官 (SEO) 的任务是确保宇航员能够在不吸收过多 RAD 的情况下成功完成任务。 他们考虑了航天飞行期间存在的各种环境和情境因素——宇航员是在低地轨道还是在月球表面，他们是留在航天器中还是进行太空行走，或者——将这些信息与从那里收集的数据结合起来并建模 以及 ，做出他们的决定。

在戈达德太空飞行中心，其用途与 SRAG 大致相同，但用于机械系统，致力于开发更有效的屏蔽和更坚固的材料用于轨道。

“我们将能够确保人类、电子设备、航天器和仪器——我们实际发送到太空的任何东西——能够在我们放置的环境中生存，”REAG 的航空工程师梅根凯西在一次 . “根据他们要去的地方，我们告诉任务设计师他们的太空环境会是什么样子，他们带着他们的仪器计划回来问我们，'这些部件会在那里生存吗？' 答案总是是的，不是的，或者我不知道。 如果我们不知道，那就是我们进行额外测试的时候。 这是我们工作的绝大部分。”

NASA 的研究将在即将到来的阿尔忒弥斯任务时代继续并扩大。 ，SLS 火箭和猎户座宇宙飞船都将配备传感器，测量月球以外深空的辐射水平——特别是观察地球范艾伦带以外相对水平的差异。 从这些最初的无人飞行中收集的数据和经验教训将帮助 NASA 工程师在未来建造更好、更具保护性的航天器。

一旦它最终建成，船上的工作人员 将维护一个扩展的辐射传感器套件，包括 ，旨在仔细和持续地测量空间站内的水平，因为它围绕月球进行为期一周的椭圆形轨道。

“了解辐射环境的影响不仅对于了解宇航员将在月球附近居住的环境至关重要，而且它还将提供重要数据，可用于 NASA 为更大的努力做准备，例如发送第一批人类到火星，”网关任务集成和利用经理 Dina Contella 在 .

NASA 未来可能会使用磁泡

明天在 GCR 和 SEP 更为普遍的行星际空间中的跋涉将需要比目前最先进的被动屏蔽材料和空间天气预报预测所能提供的更全面的保护。 由于地球自身的磁层已被证明非常方便，欧盟委员会的研究人员 (CORDIS) 研究制造了一个足够小以适合宇宙飞船的装置，称为空间辐射超导屏蔽 (SR2S)。

从 2.7 年到 2 年，耗资 2013 万欧元的 SR2015S 计划扩展了使用超导磁体产生阻止辐射的磁场的想法，该磁场由前纳粹航空工程师 Wernher von Braun 于 1969 年首次设计。产生的磁场将比环绕地球的密度高 3,000 倍以上，并且会延伸到 10 米的球体中。

“在该项目的框架内，我们将在未来几个月内测试用 MgB2 超导胶带缠绕的赛道线圈，”CERN 在 SR2S 项目框架内的活动协调员 Bernardo Bordini， . “原型线圈旨在量化超导磁屏蔽技术的有效性。”

它不会阻挡所有进入的辐射，但会有效地筛选出最具破坏性的类型，如 GCR，它像水一样通过滤锅流过被动屏蔽。 通过降低宇航员暴露于辐射的比率，他们将能够在达到 NASA 的终生暴露极限之前执行更多和更长持续时间的任务。

“随着磁层偏转宇宙射线指向地球，航天器周围的超导磁体产生的磁场将保护机组人员，”该项目的科学和技术经理 Riccardo Musenich 博士告诉 2014 年。“SR2S 是第一个不仅研究（磁屏蔽）原理和科学问题，而且还面临工程中复杂问题的项目。”

两个超导线圈已经被建造和测试， 制造轻质磁铁，但这是非常初步的研究，请注意。 CORDIS 团队预计这项技术在未来几十年内不会进入太空。

威斯康星大学麦迪逊分校天文学系的研究人员最近着手开发他们自己版本的 CORDIS 想法。 他们的 (CREW HaT) 项目于 XNUMX 月从 NASA 的创新先进概念 (NIAC) 计划中获得原型设计资金，该项目使用“新的超导胶带技术、可部署的设计和以前未探索过的磁场新配置”，根据 UWM 副教授和研究的主要作者，Elena D'Onghia 博士告诉 在五月。

“以前从未在这种情况下探索过 HaT 几何结构，也从未与现代超导胶带结合研究过，”她在 . “它转移了超过 50% 的对生物学有害的宇宙射线（低于 1 GeV 的质子）和更高能量的高 Z 离子。 这足以将宇航员吸收的辐射剂量降低到低于美国宇航局确定的癌症死亡率终生超额风险水平的 5%。”

或者宇航员可能会穿上铅背心来保护他们的私处

但是，当真正需要保护的只是少数躯干和头部时，为什么还要通过磁性封装整个宇宙飞船呢？ 这就是背后的想法 （母马）。

与以色列航天局 (ISA) 和德国航空航天中心 (DLR) 合作开发的两件 MARE 背心将绑在相同的人体模型上，并在猎户座无人登月任务中发射到太空。 在为期三周的飞行中，名为 Helga 和 Zohar 的人体模型将在距地球约 280,000 英里的地方飞行，并经过月球数千英里。 它们的内脏旨在模仿人类骨骼和软组织，使研究人员能够测量他们接受的特定辐射剂量。

它在国际空间站上的兄弟姐妹研究， (CHARGE)，较少关注背心的抗辐射效果，而更多地关注宇航员在执行日常任务时的人体工程学、合身性和感觉。 欧洲航天局也在研究基于服装的辐射屏蔽与 ，一种“紧急装置，旨在保护宇航员在未来的深空任务中离开磁层时免受强烈的太阳辐射。”

或者我们将在船体上装满水和便便！

在微重力环境下穿着带铅围裙的近距离不适与可能让你的突触被强大的电磁体扰乱的存在担忧之间的一种快乐媒介被称为 .

“大自然不使用压缩机、蒸发器、氢氧化锂罐、氧气蜡烛或尿液处理器，”Marc M. Cohen Arch.D 在 2013 年的论文中指出 . “对于非常长期的运行——比如在行星际飞船、空间站或月球/行星基地——这些有源机电系统往往容易发生故障，因为连续的工作周期使维护变得困难。”

因此，该系统不是依靠重型和复杂的机械化来处理宇航员在执行任务期间排放的废物，而是利用渗透袋来模仿大自然自身的被动净化水的方式。 除了处理灰水和黑水外，这些袋子还可以用来清除空气中的二氧化碳，种植藻类作为食物和燃料，并且可以衬在航天器的内壳上，以提供对高能粒子的卓越被动屏蔽。

“在[辐射]保护方面，水比金属更好，”德国达姆施塔特技术大学的 Marco Durante 告诉 . 这是因为水分子的三原子核比金属原子的质量更大，因此在阻挡 GCR 和其他高能射线方面更有效，他继续说。

计划中的“灵感火星”任务上的机组人员，该任务将在 2018 年两颗行星处于最接近轨道时，在火星周围弹射一对私人宇航员，进行壮观的飞越。你还没有听说过这件事，因为 2015 年悄悄地沉没了。但如果他们以某种方式实现了这一壮举，计划是让宇航员将便便装进袋子，将液体吸出以供重复使用，然后将真空密封的垃圾砖堆在航天器的墙壁上——在他们的盒子旁边食物——起到防辐射的作用。

丹尼斯·蒂托资助的非营利组织成员泰伯·麦卡勒姆告诉记者：“听起来有点恶心，但这种材料无处可去，而且它可以很好地屏蔽辐射。” “新科学家”. “食物将储存在航天器的墙壁周围，因为食物具有良好的辐射屏蔽作用。” 这只是到下一个星球的快速短途旅行，谁需要管道和食物？