1422 3

Магнитный пузырь может защитить астронавтов от опасной космической радиации

Люди давно мечтали побывать на Марсе или за его пределами, и успехи таких компаний, как SpaceX и Blue Origin, означают, что эта мечта может стать реальностью как никогда ранее. Но в настоящее время отправка астронавтов в длительные миссии к другим мирам невозможна из-за опасного уровня радиации в космосе, за пределами защитного магнитного поля Земли.

Однако новая концепция дает надежду и исследователи, стоящие за ней, получили финансирование от программы NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) на создание прототипа. Предложение, получившее название CREW HaT, использует последние достижения в технологии сверхпроводящих магнитов для эффективной защиты космических кораблей и находящихся в них астронавтов от вредного космического излучения.

"Мы придумали новую идею, как защитить космические корабли от космической радиации и энергичного солнечного излучения", - говорит доктор Елена Д"Онхиа, доцент кафедры астрономии университета Висконсон-Мэдисон и главный исследователь проекта CREW HaT. "Мы используем новую технологию сверхпроводящей ленты, развертываемую конструкцию и новую конфигурацию магнитного поля, которая ранее не исследовалась".

HaT расшифровывается как торус Хальбаха, который представляет собой круговой массив магнитов, создающий более сильное поле с одной стороны и одновременно уменьшающий поле с другой стороны. Д"Онхиа и ее соавтор Паоло Дезиати из Висконсинского центра астрофизики частиц Icecube (WIPAC) разработали проект легких, развертываемых магнитных катушек с механической поддержкой, активируемых новым поколением высокотемпературных сверхпроводящих лент, которые только недавно стали доступны.

"Эта конфигурация создает усиленное внешнее магнитное поле, отводящее частицы космического излучения, дополненное подавленным магнитным полем в среде обитания астронавта", - пишет команда в своем реферате для NIAC.

"Предложенная нами геометрия создает магнитное поле снаружи космического корабля, но не внутри, поэтому астронавты не подвергаются облучению", - сказала Д"Онхиа в интервью Universe Today. "В предыдущих предложениях магнитное поле располагалось довольно близко к космическому кораблю, что вызывало проблемы, поскольку магнитные поля могут генерировать потоки вторичных частиц, например, нейтронов, которые могут быть вредны для астронавтов. Наша концепция предполагает открытое магнитное поле, выходящее в космос".

Д"Онхиа сказала, что их новая конфигурация создает усиленное внешнее магнитное поле, которое отводит частицы космического излучения, дополняемое подавленным магнитным полем в среде обитания астронавтов. Команда считает, что их конструкция может отводить более 50% вредных для биологии космических лучей (протоны с энергией ниже 1 ГэВ) и высокоэнергетические ионы высокой Z энергии. Этого показателя будет достаточно для снижения дозы радиации, поглощаемой астронавтами, до уровня, составляющего менее 5% от установленного НАСА уровня избыточного риска смертности от рака в течение жизни.

Существует два типа радиации, которые создают проблемы для длительных полетов человека в космос. Первый - это солнечные энергичные протоны, которые появляются в виде всплесков после вспышек на Солнце. Второй - галактические космические лучи, которые, хотя и не так смертоносны, как солнечные вспышки, являются постоянным фоновым излучением, которому подвергается экипаж. На неэкранированном космическом корабле оба вида излучения могут привести к значительным проблемам со здоровьем или смерти экипажа.

На Земле магнитное поле нашей планеты отклоняет космические лучи, а дополнительная мера защиты обеспечивается нашей атмосферой, которая поглощает любое космическое излучение, проходящее через магнитное поле. Идея магнитного экранирования космических аппаратов заключается в том, чтобы космический аппарат взял с собой магнитное поле, эквивалентное земному. Но создание таких экранов, которые действительно работают и не являются непомерно тяжелыми, оказалось сложной задачей.

Проблема радиации в космосе известна давно, и Д"Онгия сказала, что было много идей и предложений по созданию экранов для космических аппаратов, начиная с конца 1960-х и начала 70-х годов. Но до сих пор ничего не было осуществимо или экономически эффективно.

Universe Today писал о нескольких предыдущих идеях по созданию экранов, включая одну, которая также получила финансирование NIAC в 2004 году. Инициатором этой концепции был бывший астронавт Джеффри Хоффман, однако в конечном итоге концепция не оправдала себя, и Хоффман сказал мне в 2006 году, что, несмотря на теоретические расчеты, они не смогли придумать убедительную конструкцию.

Но это не значит, что работа команды Хоффмана не была важной.

"Концепция Хоффмана была популярна в течение нескольких лет и, несомненно, представляет интерес и вдохновляет", - сказала Д"Онхиа по электронной почте. "Например, мы все согласны с тем, что активное экранирование (например, искусственное магнитное поле) должно сочетаться с пассивным экранированием (материал, способный поглощать излучение), чтобы быть более эффективным. За последние десять лет изменилось мнение, что нам, вероятно, нужна другая конфигурация магнитного поля по сравнению с тем, что предлагалось ранее".

Когда команда Хоффмана рассчитывала свою концепцию, сверхпроводники были большими, громоздкими и труднодоступными для создания в космосе.

"В последние несколько лет появились сверхпроводники нового поколения (такие как ReBCO, который мы планируем использовать) с высокой критической температурой", - сказал Д"Онхиа. "Эти сверхпроводники очень легкие (они выглядят как лента) и менее дорогие, и могут стать настоящим "геймчейнджером" для этого проекта".

Предыдущие проекты, включавшие магнитные катушки, весили до 300 тонн каждая катушка. Д"Онхиа сказал, что их команда планирует использовать восемь катушек, и им удалось снизить вес катушек до 3 тонн каждая. Но они все еще работают над оптимизацией своей конструкции, что позволит им сделать грант от NIAC.

"Нам еще нужно уменьшить вес и поработать над использованием новых материалов", - сказал Д"Онхиа. "Это большая проблема, и мы планируем продолжать упорно работать, чтобы решить ее".

(Добавил: RoboAstroNews)

Поддержи AstroNews           Читайте AstroNews в Яндекс.Дзен