Este anul 2027, iar viziunea NASA pentru explorarea spațială progresează potrivit programului. Cu toate acestea, la jumătatea drumului, o rază solară gigantică izbucnește, dând radiații letale direct la nava spațială. Din cauza cercetărilor efectuate de fostul astronaut Jeffrey Hoffman și de un grup de colegi din MIT în anul 2004, acest vehicul are un sistem de ecranare superconductor magnetic de ultimă generație care protejează ocupanții umani de orice emisiuni solare mortale.
Noile cercetări au început recent să examineze utilizarea tehnologiei magnetice superconductoare pentru a proteja astronauții de radiații în timpul fluxurilor spațiale de lungă durată, cum ar fi zborurile interplanetare către Marte, care sunt propuse în actuala Viziune pentru explorarea spațială a NASA.
Investigatorul principal pentru acest concept este fostul astronaut Dr. Jeffrey Hoffman, care este acum profesor la Institutul de Tehnologie din Massachusetts (MIT).
Conceptul lui Hoffman este una dintre cele 12 propuneri care au început să primească finanțare luna trecută de la Institutul NASA pentru Conceptele Avansate (NIAC). Fiecare primește 75.000 USD pentru șase luni de cercetare pentru a face studii inițiale și pentru a identifica provocările în dezvoltarea acesteia. Proiectele care au trecut prin acea fază sunt eligibile pentru încă 400.000 USD peste doi ani.
Conceptul de ecranare magnetică nu este nou. După cum spune Hoffman, „Pământul o face de miliarde de ani!”
Câmpul magnetic al Pământului deviază razele cosmice și o măsură suplimentară de protecție provine din atmosfera noastră care absoarbe orice radiație cosmică care își face drum prin câmpul magnetic. Folosirea ecranării magnetice pentru nave spațiale a fost propusă pentru prima dată la sfârșitul anilor 1960 și începutul anilor 70, dar nu a fost urmărită în mod activ atunci când planurile pentru zborul spațial de lungă durată au căzut de la capăt.
Cu toate acestea, tehnologia de creare a magneților supraconductori care pot genera câmpuri puternice pentru a proteja navele spațiale de radiațiile cosmice a fost dezvoltată abia recent. Sistemele magnetice supraconductoare sunt de dorit, deoarece pot crea câmpuri magnetice intense, cu puțină sau deloc aport de energie electrică, iar cu temperaturi adecvate pot menține un câmp magnetic stabil pentru perioade lungi de timp. O provocare este însă dezvoltarea unui sistem care poate crea un câmp magnetic suficient de mare pentru a proteja o navă spațială locuibilă. O altă provocare este de a menține sistemul la temperaturi aproape de zero (0 Kelvin, -273 C, -460 F), ceea ce conferă materialelor proprietăți supraconductive. Progresele recente în tehnologia și materialele supraconductoare au oferit proprietăți supraconductoare la mai mult de 120 K (-153 C, -243 F).
Există două tipuri de radiații care trebuie să fie abordate pentru fluxul spațial uman de lungă durată, spune William S. Higgins, un fizician inginer care lucrează la siguranța radiațiilor la Fermilab, acceleratorul de particule din Chicago, IL. Primii sunt protonii de flăcări solare, care ar veni în explozii în urma unui eveniment de flacără solară. Al doilea sunt razele cosmice galactice, care, deși nu sunt la fel de letale precum rafalele solare, ar fi o radiație de fundal continuă la care ar fi expus echipajul. Într-o navă spațială neprotejată, ambele tipuri de radiații ar avea ca rezultat echipaje semnificative de sănătate sau decesul echipajului.
Cea mai ușoară modalitate de a evita radiațiile este să o absorbiți, cum ar fi să purtați un șorț de plumb atunci când primiți o radiografie la dentist. Problema este că acest tip de ecranare poate fi adesea foarte grea, iar masa este la un nivel superior cu vehiculele noastre spațiale actuale, deoarece acestea trebuie lansate de pe suprafața Pământului. De asemenea, potrivit lui Hoffman, dacă utilizați doar un pic de ecranare, puteți de fapt să înrăutățiți, deoarece razele cosmice interacționează cu ecranarea și pot crea particule secundare încărcate, crescând doza totală de radiație.
Hoffman prevede utilizarea unui sistem hibrid care utilizează atât un câmp magnetic cât și o absorbție pasivă. „Așa o face Pământul”, a explicat Hoffman, „și nu există niciun motiv pentru care nu ar trebui să putem face asta în spațiu.”
Una dintre cele mai importante concluzii ale celei de-a doua faze a acestei cercetări va fi aceea de a determina dacă utilizarea unei tehnologii magnetice supraconductoare este eficientă în masă. "Nu am nicio îndoială că, dacă îl construim suficient de mare și suficient de puternic, va oferi protecție", a spus Hoffman. „Dar dacă masa acestui sistem cu magnet de conducere este mai mare decât masa pentru a folosi ecranare pasivă (absorbantă), atunci de ce să mergi la toate acele probleme?”
Dar aceasta este provocarea și motivul acestui studiu. "Aceasta este cercetarea", a spus Hoffman. „Nu sunt partizan într-un fel sau altul; Vreau doar să aflu care este cea mai bună cale. ”
Presupunând că Hoffman și echipa sa pot demonstra că ecranarea magnetică superconductor este eficientă în masă, următorul pas ar fi realizarea tehnologiei efective pentru crearea unui sistem suficient (deși ușor), pe lângă reglarea fină a întreținerii magneților la superconductoare ultra-reci. temperaturi în spațiu. Ultimul pas ar fi integrarea unui astfel de sistem într-o navă spațială legată de Marte. Niciuna dintre aceste sarcini nu este banală.
Examinările privind menținerea rezistenței câmpului magnetic și a temperaturilor zero aproape absolute ale acestui sistem în spațiu au avut loc deja într-un experiment care este programat să fie lansat către Stația Spațială Internațională pentru o ședere de trei ani. Spectrometrul Alpha Magnetic (AMS) va fi atașat la exteriorul stației și va căuta diferite tipuri de raze cosmice. Acesta va folosi un magnet supraconductor pentru a măsura impulsul fiecărei particule și semnul încărcării sale. Peter Fisher, profesor de fizică, de asemenea, din MIT lucrează la experimentul AMS și cooperează cu Hoffman în cercetarea sa cu magneți supraconductori. Un student absolvent și un om de știință de cercetare lucrează, de asemenea, cu Hoffman.
NIAC a fost creată în 1998 pentru a solicita concepte revoluționare de la oameni și organizații din afara agenției spațiale care ar putea avansa misiunile NASA. Conceptele câștigătoare sunt alese pentru că „împing limitele științei și tehnologiei cunoscute” și „arată relevanță pentru misiunea NASA”, potrivit NASA. Se preconizează că aceste concepte vor dura cel puțin un deceniu pentru a se dezvolta.
Hoffman a zburat în spațiu de cinci ori și a devenit primul astronaut care a logat mai mult de 1.000 de ore pe naveta spațială. La cel de-al patrulea zbor spațial, în 1993, Hoffman a participat la prima misiune de deservire a telescopului spațial Hubble, o misiune ambițioasă și istorică care a corectat problema aberației sferice din oglinda primară a telescopului. Hoffman a părăsit programul de astronaut în 1997 pentru a deveni reprezentantul european al NASA la Ambasada SUA la Paris, apoi a mers la MIT în 2001.
Hoffman știe că pentru a face posibilă o misiune spațială, există o mulțime de dezvoltări de idei și inginerie dura care o precedă. „Când vine vorba de a face lucruri în spațiu, dacă sunteți un astronaut, mergeți și faceți-l cu propriile mâini”, a spus Hoffman. „Dar nu zbori în spațiu pentru totdeauna și aș dori totuși să aduc o contribuție.”
Își vede cercetările actuale la fel de importante ca repararea telescopului spațial Hubble?
- Ei bine, nu în sensul imediat, a spus el. „Pe de altă parte, dacă vom avea vreodată prezență umană pe întregul sistem solar, trebuie să putem trăi și să lucrăm în regiuni în care mediul de particule încărcate este destul de sever. Dacă nu putem găsi o modalitate de a ne proteja de aceasta, acesta va fi un factor foarte limitativ pentru viitorul explorării umane. ”
