Підняття щитів: нові ідеї можуть зробити активний захист життєздатним

19 жовтня 1989 року о 12:29 UTC потужний сонячний спалах класу X13 створив настільки потужну геомагнітну бурю, що наступного дня полярне сяйво освітило небо Японії, Америки, Австралії та навіть Німеччини. Якби ви літали навколо Місяця в той час, ви б поглинули більше 6 зівертів радіації, доза, яка, ймовірно, убила б вас протягом місяця або близько того.

Ось чому космічний корабель «Оріон», який цього року повинен взяти людей у ​​місію з прольотом, має високозахищене укриття для екіпажу. Але таких укриттів недостатньо для подорожі на Марс, оскільки щит Оріона розрахований на 30-денну місію.

Щоб отримати захист, подібний тому, який ми маємо на Землі, знадобляться сотні тонн матеріалу, а це просто неможливо на орбіті. Основна альтернатива — використання активних екранів, які відхиляють заряджені частинки так само, як це робить магнітне поле Землі — була вперше запропонована в 1960-х роках. Сьогодні ми нарешті наблизилися до того, щоб це запрацювало.

Випромінювання глибокого космосу

Космічне випромінювання буває двох різних смаків. Сонячні події, такі як спалахи або викиди корональної маси, можуть спричинити дуже великі потоки заряджених частинок (переважно протонів). Вони погані, коли у вас немає притулку, але від них відносно легко захиститися, оскільки сонячні протони здебільшого мають низьку енергію. Більшість потоків сонячних частинок становить від 30 МеВ до 100 МеВ і можуть бути зупинені укриттями, подібними до Оріона.

Далі є галактичні космічні промені: частинки, що надходять із-за меж Сонячної системи, рухомі далекими надновими або нейтронними зірками. Це відносно рідко, але вони постійно налітають на вас з усіх боків. Вони також мають високу енергію, починаючи з 200 МеВ і досягаючи кількох ГеВ, що робить їх дуже проникаючими. Товсті блоки не забезпечують особливого захисту від нього. Коли високоенергетичні частинки космічного випромінювання стикаються з тонкими екранами, вони виробляють стільки низькоенергетичних частинок, що краще було б взагалі не мати екрану.

Частинки з енергією від 70 до 500 МеВ відповідають за 95% дози радіації, яку отримують астронавти в космосі. Під час коротких польотів головне занепокоєння викликають сонячні бурі, оскільки вони можуть бути дуже сильними та дуже швидко завдати великої шкоди. Однак чим довше ви летите, тим більш проблематичними стають GCR, тому що їх дози накопичуються з часом, і вони можуть пройти майже через усе, що ми намагаємося поставити на їх шляху.

Що тримає нас у безпеці вдома

Причина, чому майже жодне випромінювання не досягає нас, полягає в тому, що Земля має природну багатоступеневу систему захисту. Він починається з його магнітного поля, яке відхиляє більшість вхідних частинок до полюсів. Заряджена частинка в магнітному полі слідує кривій, чим сильніше поле, тим жорсткіша крива. Магнітне поле Землі дуже слабке й майже не згинає налітаючих частинок, але воно величезне й простягається в космос на тисячі кілометрів.

Все, що проходить крізь магнітне поле, поширюється в атмосферу, що, коли йдеться про захист, еквівалентно 3-метровій алюмінієвій стіні. Нарешті, є сама планета, яка скорочує радіацію вдвічі, оскільки у вас завжди є 6,5 мільярдів трильйонів тонн каменю, що захищає вас від дна.

Для більшої перспективи модуль екіпажу Аполлона мав у середньому 5 грамів маси на квадратний сантиметр, який стояв між екіпажем і радіацією. Звичайний модуль МКС містить удвічі більше, приблизно 10 г/см 2. Укриття Оріона важить 35-45 г/см 2, залежно від того, де саме ви сидите, і важить 36 тонн. На Землі лише атмосфера дає 810 г/см2, що майже в 20 разів більше, ніж наш найкраще захищений космічний корабель.

Є два варіанти: збільшити масу (що швидко стає дорогим) або скоротити тривалість місії, що не завжди можливо. Таким чином, рішення з від’ємною масою випромінювання не зменшить його під час тривалих місій, навіть із найкращими екрануючими матеріалами, такими як поліетилен або вода. Ось чому створення мініатюрної портативної версії магнітного поля Землі стоїть на столі з перших днів дослідження космосу. На жаль, ми виявили, що це набагато легше сказати, ніж зробити.