Ілюстрація художником електромагнітного щита, який міг би захистити космонавтів. Кредит зображення: Хаббл. Натисніть, щоб збільшити
Протилежні заряди приваблюють. Наче звинувачення відштовхуються. Це перший урок електромагнетизму, і коли-небудь це може врятувати життя космонавтів.
Бачення НАСА для космічних досліджень вимагає повернення на Місяць як підготовку до ще довших подорожей на Марс і далі. Але є потенційний шоуперпер: радіація.
Космос за межами орбіти Землі пронизаний інтенсивним випромінюванням від Сонця та від глибоких галактичних джерел, таких як наднови. Астронавти на шляху до Місяця та Марса будуть піддаватися цьому випромінюванню, збільшуючи ризик захворіти на рак та інші захворювання. Пошук хорошого щита важливий.
Найпоширеніший спосіб боротьби з радіацією - це просто фізично заблокувати її, як це робить товстий бетон навколо ядерного реактора. Але робити космічні кораблі з бетону - це не варіант. (Цікаво, що можна побудувати місячну базу з бетонної суміші мондусти та води, якщо води можна знайти на Місяці, але це вже інша історія.) Вчені NASA досліджують багато матеріалів, що блокують радіацію, такі як алюміній, передова пластмаса і рідкий водень. У кожного є свої переваги та недоліки.
Це все фізичні рішення. Є й інша можливість, яка не має фізичної речовини, але має багато екрануючої сили: силове поле.
Більшість небезпечних випромінювань у космосі складаються з електрично заряджених частинок: швидкісних електронів та протонів із Сонця та масивних, позитивно заряджених атомних ядер із далеких супернових.
Наче звинувачення відштовхуються. То чому б не захистити космонавтів, оточуючи їх потужним електричним полем, яке має той самий заряд, як і вхідне випромінювання, відхиляючи таким чином випромінювання?
Багато експертів скептично налаштовані на те, що електричні поля можуть бути зроблені для захисту космонавтів. Але Чарльз Бюлер та Джон Лейн, обидва вчені з аерокосмічної корпорації ASRC Космічного центру Кеннеді НАСА, вважають, що це можна зробити. Вони отримали підтримку Інституту прогресивних концепцій NASA, завданням якого є фінансування досліджень далеких ідей, щоб дослідити можливість електричного щита для місячних баз.
"Використання електричних полів для відштовхування радіації було однією з перших ідей ще в 50-х роках минулого століття, коли вчені почали розглядати проблему захисту космонавтів від радіації", - говорить Булер. "Хоча вони швидко відмовилися від цієї ідеї, оскільки, здавалося, потрібні високі напруги, і незручні конструкції, які вони вважали необхідними (наприклад, розміщення космонавтів всередині двох концентричних металевих сфер), зробили б такий електричний щит недоцільним".
Підхід Бюлера та Лейн відрізняється. За їхньою концепцією місячна основа мала б на півдузина надувних, струмопровідних сфер, розміром приблизно 5 метрів, встановлених над базою. Потім сфери заряджатимуться до дуже високого статично-електричного потенціалу: 100 мегавольт або більше. Ця напруга дуже велика, але через те, що буде протікати дуже мало струму (заряд статично буде сидіти на сферах), для підтримання заряду не знадобиться багато енергії.
Сфери будуть виготовлені з тонкої міцної тканини (наприклад, Vectran, яку використовували для посадки повітряних кульок, що придушували удар для Марс-дослідницьких роверів) і покривали дуже тонким шаром провідника, такого як золото. Сферові кулі можна скласти для транспортування, а потім надути, просто навантаживши їх електричним зарядом; подібні заряди електронів у шарі золота відштовхують один одного і змушують сферу розширюватися назовні.
Розміщення сфер далеко над головою зменшило б небезпеку торкатися їх космонавтами. Ретельно вибираючи розташування сфер, вчені можуть досягти максимальної ефективності відштовхування радіації, мінімізуючи їх вплив на космонавтів та обладнання на землі. Насправді в деяких проектах чисте електричне поле на рівні землі дорівнює нулю, таким чином, зменшуючи будь-які потенційні ризики для здоров'я від цих сильних електричних полів.
Бюлер і Лейн досі шукають найкращого домовленості: Частина проблеми полягає в тому, що випромінювання надходить як позитивно, так і негативно заряджені частинки. Сфери повинні бути розташовані так, щоб електричне поле було, скажімо, негативним далеко над основою (для відштовхування негативних частинок) і позитивним ближче до землі (для відштовхування позитивних частинок). "Ми вже моделювали три геометрії, які можуть працювати", - каже Бюлер.
Портативні конструкції можуть бути навіть встановлені на місячних мотоциклах «луг-баггі», щоб забезпечити захист для космонавтів, коли вони досліджують поверхню, уявляє Булер.
Це звучить чудово, але багато наукових та інженерних проблем ще належить вирішити. Наприклад, скептики відзначають, що електростатичний щит на Місяці сприйнятливий до короткого замикання плаваючою мондустою, яка сама заряджається сонячним ультрафіолетом. Сонячний вітер, що дме через щит, також може спричинити проблеми. Електрони і протони на вітрі могли потрапити в пастку лабіринту сил, що складають щит, що призведе до сильних і ненавмисних електричних струмів прямо над головами космонавтів.
Дослідження все ще є попереднім, наголошує Бюлер. Мундуст, сонячний вітер та інші проблеми досі досліджуються. Можливо, інший вид екрана краще би працював, наприклад, надпровідне магнітне поле. Ці дикі ідеї ще мають розібратися.
Але, хто знає, можливо, одного дня космонавти на Місяці та Марсі будуть працювати безпечно, захищені простим принципом електромагнетизму, навіть дитина може зрозуміти.
Оригінальне джерело: [захищено електронною поштою]
