Настає 2027 рік, і бачення NASA для космічних досліджень прогресує правильно за графіком. Однак на півдорозі подорожі спалахує гігантський сонячний спалах, випромінюючи смертельне випромінювання безпосередньо на космічному кораблі. Через дослідження, проведені колишнім космонавтом Джефрі Гофманом та групою колег з MIT ще у 2004 році, цей транспортний засіб має сучасну надпровідну систему магнітного екранування, яка захищає мешканців людини від будь-яких смертельних сонячних викидів.
Нещодавно в новому дослідженні почалося вивчення використання надпровідних магнітних технологій для захисту космонавтів від радіації під час тривалих космічних польотів, таких як міжпланетні польоти на Марс, запропоновані в поточній Візії NASA для космічних досліджень.
Головний дослідник цієї концепції - колишній космонавт доктор Джеффрі Гофман, який зараз є професором Массачусетського технологічного інституту (MIT).
Концепція Гофмана - одна з 12 пропозицій, які почали отримувати фінансування минулого місяця від Інституту розширених концепцій NASA (NIAC). Кожен отримує 75 000 доларів за шість місяців досліджень, щоб зробити початкові дослідження та визначити проблеми в його розвитку. Проекти, які пройдуть цю фазу, мають право на цілих 400 000 доларів більше за два роки.
Поняття магнітного екранування не нове. Як каже Гофман, "Земля робила це мільярди років!"
Магнітне поле Землі відхиляє космічні промені, і додаткова міра захисту надходить з нашої атмосфери, яка поглинає будь-яке космічне випромінювання, яке пробивається через магнітне поле. Використання магнітного екранування для космічних апаратів було вперше запропоновано в кінці 1960-х - початку 70-х, але воно не здійснювалося активно, коли плани щодо довготривалого космічного польоту впали убік.
Однак технологія створення надпровідних магнітів, здатних генерувати сильні поля для захисту космічних кораблів від космічного випромінювання, була нещодавно розроблена. Надпровідні магнітні системи бажані, оскільки вони можуть створювати інтенсивні магнітні поля з невеликим або відсутнім електричним входом, а при належній температурі вони можуть підтримувати стабільне магнітне поле протягом тривалого періоду часу. Однак однією з проблем є розробка системи, яка може створити магнітне поле, достатньо велике для захисту космічного корабля розміром з шиною. Іншим завданням є підтримка системи при температурі, близькій до абсолютного нуля (0 Келвін, -273 С, -460 F), що надає матеріалам надпровідні властивості. Нещодавні досягнення в галузі надпровідних технологій та матеріалів забезпечили надпровідні властивості при температурі вище 120 К (-153 С, -243 F).
Існує два типи випромінювання, які потрібно вирішити для тривалого космічного польоту людини, - каже Вільям С. Хіггінс, інженер-фізик, який працює з радіаційної безпеки у Фермілабі, прискорювачі частинок поблизу Чикаго, штат Іллінойс. Перші - це протони спалаху сонячної енергії, які будуть виникати внаслідок вибуху сонячної спалаху. Другі - це галактичні космічні промені, які, хоча і не настільки смертельні, як сонячні спалахи, вони були б безперервним фоновим випромінюванням, якому піддавалася б екіпаж. У незахищеному космічному кораблі обидва види випромінювання могли б призвести до значних проблем зі здоров’ям або до смерті для екіпажу.
Найпростіший спосіб уникнути радіації - поглинати його, як надягання свинцевого фартуха, коли ви отримуєте рентген у стоматолога. Проблема полягає в тому, що цей тип екранування часто може бути дуже важким, а маса на сьогодні приносить перевагу сучасним космічним апаратам, оскільки їх потрібно запускати з поверхні Землі. Крім того, за словами Гофмана, якщо використовувати лише трохи екранування, ви можете насправді зробити його гіршим, оскільки космічні промені взаємодіють із екрануванням і можуть створювати вторинні заряджені частинки, збільшуючи загальну дозу випромінювання.
Гофман передбачає використання гібридної системи, яка використовує як магнітне поле, так і пасивне поглинання. "Це так, як це робить Земля, - пояснив Гофман, - і ми не маємо причин, щоб ми не могли робити це в космосі".
Одним з найважливіших висновків другого етапу цього дослідження буде визначення того, чи є використання технології надпровідних магнітів масово ефективним. "Я не сумніваюся, що якщо ми побудуємо його досить великий і міцний, він забезпечить захист", - сказав Гофман. "Але якщо маса цієї електропровідної магнітосистеми більша за масу просто для використання пасивного (поглинаючого) екранування, то навіщо йти на всю цю проблему?"
Але це виклик і причина цього дослідження. "Це дослідження", - сказав Гофман. "Я не є партизаном так чи інакше; Я просто хочу з’ясувати, який найкращий спосіб ».
Якщо припустити, що Гофман та його команда можуть продемонструвати, що надпровідне магнітне екранування є масово ефективним, наступним кроком буде здійснення фактичної інженерії створення достатньо великої (хоч і легкої) системи, на додаток до тонкої настройки підтримуючих магнітів при надхолодному надпровіднику температури в просторі. Останнім кроком буде інтеграція такої системи в космічний корабель, пов'язаний з Марсом. Жодне з цих завдань не тривіальне.
Дослідження підтримки напруженості магнітного поля та майже абсолютних нульових температур цієї системи в космосі вже проводяться в експерименті, який планується запустити на Міжнародну космічну станцію на трирічне перебування. Альфа-магнітний спектрометр (AMS) буде прикріплений до зовнішньої частини станції та шукатиме різні види космічних променів. Він буде використовувати надпровідний магніт для вимірювання імпульсу кожної частинки та знаку її заряду. Пітер Фішер, професор фізики, також з MIT, працює над експериментом AMS і співпрацює з Гофманом над його дослідженнями надпровідними магнітами. Аспірант і науковий співробітник також працюють з Гофманом.
NIAC був створений у 1998 році для того, щоб вимагати від людей та організацій поза космічним агентством революційних концепцій, які могли б сприяти місіям НАСА. Концепції-переможці вибираються тому, що вони "підштовхують межі відомої науки та техніки" та "показують відповідність місії NASA", повідомляє NASA. Очікується, що на розробку цих концепцій піде як мінімум десятиліття.
Гофман літав у космос п’ять разів і став першим космонавтом, який зареєстрував понад 1000 годин на космічному човні. Під час свого четвертого космічного польоту в 1993 році Гофман брав участь у першій місії з обслуговування космічного телескопа Хаббла, амбітній та історичній місії, яка виправляла проблему сферичної аберації в первинному дзеркалі телескопа. Гофман покинув програму космонавтів у 1997 році, щоб стати європейським представником НАСА в Посольстві США в Парижі, а потім перейшов до MIT в 2001 році.
Гофман знає, що для того, щоб зробити космічну місію можливою, існує багато розробок ідей та важкої інженерії, яка їй передує. "Що стосується того, щоб робити речі в космосі, якщо ви космонавт, ви йдете і робите це своїми руками", - сказав Гофман. "Але ви не летите в космос назавжди, і я все одно хотів би зробити свій внесок".
Чи вважає він своє сучасне дослідження таким же важливим, як фіксація космічного телескопа Хаббла?
"Ну, не в прямому сенсі", - сказав він. "Але з іншого боку, якщо ми коли-небудь матимемо присутність людини у всій Сонячній системі, нам потрібно мати можливість жити та працювати в регіонах, де навколишнє середовище заряджених частинок є досить суворим. Якщо ми не зможемо знайти спосіб захиститися від цього, це буде дуже обмежуючим фактором для майбутнього дослідження людини ".
