Магнитный пузырь защитит астронавтов от космической радиации
Люди давно мечтают ступить на Марс или за его пределы, и успехи таких компаний, как SpaceX и Blue Origin, означают, что, возможно, мечта может быть ближе, чем когда-либо, к воплощению в реальность. Но в нынешнем виде отправка астронавтов в длительные миссии к другим мирам была бы невозможна из-за опасного уровня радиации в космосе за пределами защитного магнитного поля Земли. Тем не менее, новая концепция дает надежду на горизонте, и исследователи, стоящие за ней, получили финансирование от программы NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) для создания прототипа. В предложении, получившем название CREW HaT, используются последние достижения в области технологии сверхпроводящих магнитов для эффективной защиты космического корабля и находящихся внутри космонавтов от вредного космического излучения.
«Мы пришли к новой идее о том, как защитить космические корабли от космического излучения и солнечной радиации», — сказала д-р Елена Д'Онгиа, доцент кафедры астрономии Университета Висконсона в Мэдисоне и главный исследователь CREW. Шляпа. «Мы используем новую технологию сверхпроводящих лент, развертываемую конструкцию и новую конфигурацию магнитного поля, которая ранее не исследовалась». HaT означает тор Хальбаха, который представляет собой круговую матрицу магнитов, создающих более сильное поле с одной стороны и уменьшающее поле с другой стороны. Д'Онгиа и его коллега Паоло Дезиати из Висконсинского центра астрофизики частиц Icecube (WIPAC) разработали конструкцию легких, развертываемых, механически поддерживаемых магнитных катушек, активируемых новым поколением высокотемпературных сверхпроводящих лент, которые стали доступны только недавно.
«Эта конфигурация создает усиленное внешнее магнитное поле, которое отклоняет частицы космического излучения, дополненное подавленным магнитным полем в среде обитания астронавта», — написала команда в своем резюме NIAC. «Предлагаемая нами геометрия создает магнитное поле снаружи космического корабля, но не внутри, поэтому астронавты не подвергаются воздействию», — сказал Д'Онгиа Universe Today. «В предыдущих предложениях магнитное поле было довольно близко к космическому кораблю, и это могло вызвать проблемы, потому что магнитные поля могут генерировать потоки вторичных частиц, таких как нейтроны, которые могут быть вредны для астронавтов. Наша концепция предполагает открытое магнитное поле, которое распространяется в космос. "
Д'Онгиа сказал, что их новая конфигурация создает усиленное внешнее магнитное поле, которое отклоняет частицы космического излучения, дополненное подавленным магнитным полем в среде обитания астронавта. Команда считает, что их конструкция может отклонять более 50% вредных для биологии космических лучей (протонов с энергией ниже 1 ГэВ) и ионов с более высокими энергиями с высоким Z. Этой скорости было бы достаточно для снижения дозы облучения, поглощаемой астронавтами, до уровня, который составляет менее 5% от уровня избыточного риска смертности от рака в течение жизни, установленного НАСА. Есть два типа излучения, которые создают проблемы для длительных космических полетов человека. Одним из них являются солнечные энергетические протоны, которые появляются в виде всплесков после солнечной вспышки. Второй - галактические космические лучи, которые, хотя и не такие смертоносные, как солнечные вспышки, будут постоянным фоновым излучением, которому будет подвергаться экипаж. В неэкранированном космическом корабле оба типа излучения могут привести к серьезным проблемам со здоровьем или смерти экипажа.
На Земле магнитное поле нашей планеты отклоняет космические лучи, а дополнительную меру защиты обеспечивает наша атмосфера, которая поглощает любое космическое излучение, проникающее через магнитное поле. Идея магнитного экранирования космических кораблей заключалась бы в том, чтобы космический корабль нес магнитное поле, эквивалентное земному. Но разработка таких щитов, которые действительно работают и не являются непомерно тяжелыми, была сложной задачей. Проблема радиации в космосе давно известна, и Д'Онгиа сказал, что было много-много идей и предложений по созданию экранов для космических кораблей, начиная с конца 1960-х и начала 70-х годов. Но до сих пор ничего не было осуществимо или рентабельно.
Universe Today писал о нескольких предыдущих идеях экранирования, в том числе об одной, которая также получила финансирование NIAC в 2004 году. Инициатором этой концепции был бывший астронавт Джеффри Хоффман, однако в конечном итоге она не оправдалась, и Хоффман сказал мне в 2006 году, что, несмотря свои теоретические расчеты, они не смогли придумать убедительной конструкции. Но это не значит, что работа команды Хоффмана не имела значения. «Концепция Хоффмана пользуется популярностью уже несколько лет и, несомненно, вызывает интерес и вдохновение», — сказал Д’Онгиа по электронной почте. «Например, мы все согласны с тем, что активное экранирование (например, искусственное магнитное поле) должно сочетаться с пассивным экранированием (материал, который может поглощать излучение), чтобы быть более эффективным. другая конфигурация магнитного поля по сравнению с тем, что было предложено ранее».
Когда команда Хоффмана просчитывала свою концепцию, сверхпроводники были большими, громоздкими, и их было трудно построить в космосе. «За последние несколько лет появились сверхпроводники нового поколения (такие как ReBCO, который мы планируем использовать) с высокой критической температурой», — сказал Д’Онгиа. «Эти сверхпроводники очень легкие (они выглядят как лента) и менее дорогие, и они могут стать настоящим прорывом в этом проекте». Предыдущие конструкции, которые включали магнитные катушки, весили до 300 тонн каждая катушка. Д'Онгиа сказал, что их команда планирует использовать восемь катушек, и им удалось снизить вес своих катушек до 3 тонн каждая. Но они все еще работают над оптимизацией своей конструкции, что им позволит сделать грант от NIAC. «Нам все еще нужно уменьшить вес и работать над использованием новых материалов», — сказал Д’Онгиа. «Это большая проблема, и мы планируем продолжать усердно работать, чтобы понять это».
