Tai yra 2027 metai ir NASA vizija apie kosmoso tyrinėjimą vystosi tiksliai pagal tvarkaraštį. Tačiau įpusėjus kelionei, kilo milžiniškas saulės spindulys, sukeliantis mirtiną radiaciją tiesiai į erdvėlaivį. Dėl buvusio astronauto Jeffrey Hoffmano ir MIT kolegų grupės tyrimų, atliktų dar 2004 m., Ši transporto priemonė turi moderniausią superlaidžią magnetinio ekrano sistemą, apsaugančią keleivius nuo mirtinų saulės spindulių.
Neseniai pradėti nauji moksliniai tyrimai, skirti naudoti superlaidžių magnetų technologijas, skirtas apsaugoti astronautus nuo radiacijos ilgalaikių kosminių skrydžių metu, pavyzdžiui, tarpplanetiniai skrydžiai į Marsą, siūlomi dabartinėje NASA vizijoje „Kosmoso tyrinėjimas“.
Pagrindinis šios idėjos tyrėjas yra buvęs astronautas dr. Jeffrey Hoffmanas, kuris dabar yra Masačusetso technologijos instituto (MIT) profesorius.
„Hoffman“ idėja yra vienas iš 12 pasiūlymų, kurie praėjusį mėnesį pradėjo gauti finansavimą iš NASA pažangių koncepcijų instituto (NIAC). Kiekvienas gauna 75 000 USD už šešis mėnesius trunkančius tyrimus, kad galėtų atlikti pradinius tyrimus ir nustatyti iššūkius juos plėtojant. Projektams, kurie pasiekia tą etapą, gali būti skiriama daugiau nei 400 000 USD per dvejus metus.
Magnetinio ekrano koncepcija nėra nauja. Kaip sako Hoffmanas, „Žemė tai daro milijardus metų!“
Žemės magnetinis laukas nukreipia kosminius spindulius, o papildoma apsaugos priemonė yra mūsų atmosfera, sugerianti bet kokią kosminę spinduliuotę, sklindančią pro magnetinį lauką. Kosminė erdvėlaivių apsauga nuo magnetinio ekrano pirmą kartą buvo pasiūlyta septintojo dešimtmečio pabaigoje ir 70-ųjų pradžioje, tačiau nebuvo aktyviai vykdoma, kai ilgalaikio kosminio skrydžio planai nutilo.
Tačiau superlaidžių magnetų, galinčių generuoti stiprius laukus, kad apsaugotų kosminius laivus nuo kosminės radiacijos, kūrimo technologija buvo sukurta visai neseniai. Pageidautinos superlaidžių magnetų sistemos, nes jos gali sukurti intensyvius magnetinius laukus, kurių elektros energija yra mažai įvesta arba visai nėra, o esant tinkamai temperatūrai ilgą laiką gali išlaikyti stabilų magnetinį lauką. Tačiau vienas iššūkių yra sukurti sistemą, galinčią sukurti pakankamai didelį magnetinį lauką, kad būtų apsaugotas autobuso dydžio, tinkamas naudoti erdvėlaivis. Kitas iššūkis yra išlaikyti sistemą temperatūroje, artimoje absoliučiam nuliui (0 kelvinų, -273 C, -460 F), o tai suteikia medžiagoms superlaidumo savybes. Naujausi superlaidžių technologijų ir medžiagų pasiekimai užtikrino superlaidumo savybes aukštesnėje kaip 120 K (-153 C, -243 F).
Yra du radiacijos tipai, į kuriuos reikia atkreipti dėmesį ilgalaikiams žmonėms skrendant į kosmosą, - sako Williamas S. Higginsas, inžinierius fizikas, dirbantis radiacijos saugos srityje Fermilab'e, dalelių greitintuve netoli Čikagos, IL. Pirmieji yra saulės pliūpsnio protonai, kurie išsisklaidys po saulės pliūpsnio. Antrieji yra galaktiniai kosminiai spinduliai, kurie, nors ir nėra tokie mirtini kaip saulės pliūpsniai, būtų nuolatinė foninė spinduliuotė, kuriai bus veikiama įgula. Neapsaugotame erdvėlaivyje abiejų rūšių radiacija įgulos nariams gali sukelti rimtų sveikatos problemų arba mirti.
Lengviausias būdas išvengti radiacijos yra absorbuoti ją, pavyzdžiui, dėvėti švino prijuostę, kai rentgeno nuotrauką rasite pas odontologą. Problema ta, kad šio tipo ekranai dažnai gali būti labai sunkūs, o masė yra ypač didelė, palyginti su dabartiniais mūsų kosminiais automobiliais, nes juos reikia iškelti iš Žemės paviršiaus. Taip pat, pasak Hoffmano, jei naudojate tik šiek tiek ekraną, galite jį dar labiau apsunkinti, nes kosminiai spinduliai sąveikauja su ekranu ir gali sukurti antrines įkrautas daleles, padidindami bendrą radiacijos dozę.
Hoffmanas numato naudoti hibridinę sistemą, naudojančią ir magnetinį lauką, ir pasyvią absorbciją. „Štai kaip tai daro Žemė, - paaiškino Hoffmanas, - ir nėra jokios priežasties, kodėl mes neturėtume to daryti kosmose“.
Viena iš svarbiausių išvadų antrajam šio tyrimo etapui bus nustatyti, ar superlaidžių magnetų technologijos naudojimas yra masiškai efektyvus. „Neabejoju, kad jei pastatysime jį pakankamai didelį ir stiprų, jis užtikrins apsaugą“, - sakė Hoffmanas. "Bet jei šios laidžios magneto sistemos masė yra didesnė nei masė vien tik pasyviam (sugeriančiajam) ekranui naudoti, kodėl tada spręsti visas tas bėdas?"
Bet tai yra iššūkis ir šio tyrimo priežastis. „Tai yra tyrimai“, - teigė Hoffmanas. „Aš nesu vienaip ar kitaip partizanas; Tiesiog noriu sužinoti, koks yra geriausias būdas. “
Darant prielaidą, kad Hoffmanas ir jo komanda gali parodyti, kad superlaidus magnetinis ekranas yra masiškai efektyvus, kitas žingsnis būtų tikrasis inžinerijos būdas sukurti pakankamai didelę (nors ir lengvą) sistemą, be to, kad būtų tiksliai sureguliuoti magnetai esant ypač šaltam superlaidumui. temperatūra erdvėje. Paskutinis žingsnis būtų integruoti tokią sistemą į Marsą apimančią erdvėlaivį. Nė viena iš šių užduočių nėra nereikšminga.
Šios sistemos magnetinio lauko stiprio ir beveik absoliučios nulinės temperatūros palaikymo kosmose tyrimai jau vyksta eksperimento metu, kurį planuojama paleisti į Tarptautinę kosminę stotį trejų metų viešnagei. Alfa magnetinis spektrometras (AMS) bus pritvirtintas prie stoties išorės ir ieškos skirtingų tipų kosminių spindulių. Kiekvienai dalelės impulsui ir jos įkrovos dydžiui išmatuoti bus naudojamas superlaidus magnetas. Peteris Fisheris, fizikos profesorius iš MIT, taip pat dirba su AMS eksperimentu ir bendradarbiauja su Hoffmanu atliekant superlaidžių magnetų tyrimus. Absolventas ir mokslo darbuotojas taip pat dirba su Hoffmanu.
NIAC buvo sukurtas 1998 m., Siekiant iš kosmoso agentūros nepriklausančių žmonių ir organizacijų, kurios galėtų paspartinti NASA misijas, revoliucines idėjas. NASA tvirtina, kad laimėtos sąvokos yra tokios, kad jos „peržengia žinomų mokslo ir technologijų ribas“ ir „parodo svarbą NASA misijai“. Tikimasi, kad šioms koncepcijoms sukurti prireiks mažiausiai dešimtmečio.
Hoffmanas skrido kosmose penkis kartus ir tapo pirmuoju astronautu, daugiau nei 1000 valandų užsiregistravusiu kosminiame šaudykloje. 1993 m. Atlikdamas savo ketvirtąjį kosminį skrydį Hoffmanas dalyvavo pirmojoje Hablo kosminio teleskopo aptarnavimo misijoje - ambicinga ir istorinėje misijoje, kuri ištaisė sferinės aberacijos problemą teleskopo pirminiame veidrodyje. Hoffmanas paliko astronautų programą 1997 m., Kad taptų NASA Europos atstovu JAV ambasadoje Paryžiuje, o po to 2001 m. Išvyko į MIT.
Hoffmanas žino, kad norint įvykdyti misiją kosmose, reikia daug idėjų ir kuriamos sunkios inžinerijos. „Kai reikia daryti reikalus kosmose, jei esi astronautas, eini ir darai tai savo rankomis“, - teigė Hoffmanas. "Bet jūs neskraidote kosmose amžinai, ir aš vis tiek norėčiau prisidėti".
Ar jis mano, kad dabartiniai jo tyrimai yra tokie pat svarbūs kaip Hablo kosminio teleskopo tvirtinimas?
„Na, ne tiesiogine prasme“, - sakė jis. „Bet, kita vertus, jei kada nors gyvensime visoje Saulės sistemoje, turime turėti galimybę gyventi ir dirbti regionuose, kur įkrautų dalelių aplinka yra gana sunki. Jei negalėsime rasti būdo apsisaugoti nuo to, tai bus labai ribojantis veiksnys žmogaus tyrinėjimo ateičiai “.
