Tas ir 2027. gads, un NASA Vīzija par kosmosa izpēti tiek virzīta tieši paredzētajā laikā. Tomēr ceļojuma pusdienā izcēlās gigantisks saules uzliesmojums, izraisot nāvējošu starojumu tieši pie kosmosa kuģa. Bijušā astronauta Džefrija Hofmana un MIT kolēģu grupas pētījumu dēļ, kas veikti 2004. gadā, šim transportlīdzeklim ir vismodernākā supravadošā magnētiskā ekranēšanas sistēma, kas pasargā pasažierus no visām nāvējošajām saules emisijām.
Nesen tika sākti jauni pētījumi par supravadošu magnētu tehnoloģijas izmantošanu, lai aizsargātu astronautus no starojuma ilgstošu kosmisko lidojumu laikā, piemēram, starpplanētu lidojumi uz Marsu, kas ierosināti NASA pašreizējā Vīzijas kosmosa izpētē.
Galvenais šīs koncepcijas pētnieks ir bijušais astronauts Dr Jeffrey Hoffman, kurš tagad ir Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta (MIT) profesors.
Hofmana koncepcija ir viens no 12 priekšlikumiem, kas pagājušajā mēnesī sāka saņemt finansējumu no NASA uzlaboto koncepciju institūta (NIAC). Katrs saņem 75 000 USD par sešu mēnešu pētījumu, lai veiktu sākotnējos pētījumus un identificētu izaicinājumus tā attīstībā. Projektiem, kas to sasniedz šajā posmā, var pretendēt uz USD 400 000 vairāk divu gadu laikā.
Magnētiskās ekranēšanas jēdziens nav jauns. Kā saka Hofmans: “Zeme to dara jau miljardiem gadu!”
Zemes magnētiskais lauks novirza kosmiskos starus, un no mūsu atmosfēras nāk papildu aizsardzības pasākums, kas absorbē jebkuru kosmisko starojumu, kas iziet cauri magnētiskajam laukam. Pirmoreiz tika ierosināts izmantot magnētisko ekranējumu kosmosa kuģiem 1960. gadu beigās un 70. gadu sākumā, taču tas netika aktīvi īstenots, kad ilgtermiņa kosmisko lidojumu plāni bija malā.
Tomēr tikai nesen tika izstrādāta tehnoloģija supravadošu magnētu radīšanai, kas var radīt spēcīgus laukus, lai pasargātu kosmosa kuģus no kosmiskā starojuma. Ir vēlamas supravadošas magnētu sistēmas, jo tās var radīt intensīvus magnētiskos laukus ar nelielu vai vispārēju elektroenerģijas pievadi, un ar atbilstošu temperatūru tās ilgstoši var uzturēt stabilu magnētisko lauku. Tomēr viens izaicinājums ir tādas sistēmas izstrāde, kas var radīt pietiekami lielu magnētisko lauku, lai aizsargātu autobusa lieluma, apdzīvojamu kosmosa kuģi. Vēl viens izaicinājums ir sistēmas uzturēšana temperatūrā, kas ir tuvu absolūtajai nullei (0 kelvini, -273 C, -460 F), kas piešķir materiāliem supravadītspējas īpašības. Jaunākie sasniegumi supravadīšanas tehnoloģiju un materiālu jomā ir nodrošinājuši supravadītspējas īpašības augstākā par 120 K (-153 C, -243 F).
Pastāv divu veidu radiācija, kas jārisina ilgstoša cilvēka kosmosa lidojuma laikā, saka Viljams S. Higgins, inženierfiziķis, kurš strādā pie radiācijas drošības Fermilab - daļiņu paātrinātājā netālu no Čikāgas, IL. Pirmie ir saules uzliesmojuma protoni, kas varētu parādīties pārrāvumos pēc saules uzliesmojuma notikuma. Otrie ir galaktiskie kosmiskie stari, kas, lai arī nav tik nāvējoši kā saules signālu uzliesmojumi, būtu nepārtraukts fona starojums, kuram apkalpe būtu pakļauta. Neekranētā kosmosa kuģī abi radiācijas veidi apkalpei var izraisīt nopietnas veselības problēmas vai nāvi.
Vienkāršākais veids, kā izvairīties no starojuma, ir tā absorbēšana, piemēram, svina priekšauta nēsāšana, kad pie zobārsta veicat rentgenu. Problēma ir tā, ka šāda veida ekranēšana bieži var būt ļoti smaga, un masa ir augstāka par mūsu pašreizējiem kosmosa transporta līdzekļiem, jo tie ir jāpalaiž no Zemes virsmas. Turklāt, pēc Hofmana vārdiem, ja jūs izmantojat tikai nedaudz ekranēšanas, jūs to faktiski varat padarīt vēl sliktāku, jo kosmiskie stari mijiedarbojas ar ekranējumu un var radīt sekundāri lādētas daļiņas, palielinot kopējo starojuma devu.
Hofmans paredz izmantot hibrīdu sistēmu, kas izmanto gan magnētisko lauku, gan pasīvo absorbciju. "Tā rīkojas Zeme," paskaidroja Hofmans, "un nav iemesla, kāpēc mēs to nedrīkstam darīt kosmosā."
Viens no vissvarīgākajiem šī pētījuma otrā posma secinājumiem būs noteikt, vai supravadošu magnētu tehnoloģijas izmantošana ir masu efektīva. "Es nešaubos, ka, ja mēs to uzbūvēsim pietiekami lielu un pietiekami spēcīgu, tas nodrošinās aizsardzību," sacīja Hofmans. "Bet, ja šīs vadošās magnēta sistēmas masa ir lielāka par masu tikai pasīva (absorbējoša) ekranējuma izmantošanai, kāpēc gan tad ķerties pie visām šīm nepatikšanām?"
Bet tas ir izaicinājums un šī pētījuma iemesls. "Tas ir pētījums," sacīja Hofmans. “Es neesmu vienā vai otrā veidā partizāns; Es tikai vēlos uzzināt, kāds ir labākais veids. ”
Pieņemot, ka Hofmans un viņa komanda var pierādīt, ka supravadoša magnētiskā ekranēšana ir masu efektīva, nākamais solis būtu veikt faktiski pietiekami lielu (lai arī vieglu) sistēmas izveidi, papildus magnētu uzturēšanas precizēšanai īpaši aukstā supravadījumā. temperatūra telpā. Pēdējais solis būtu šādas sistēmas integrēšana uz Marsu saistītā kosmosa kuģī. Neviens no šiem uzdevumiem nav mazsvarīgs.
Šīs sistēmas magnētiskā lauka stipruma un gandrīz absolūtās nulles temperatūras saglabāšanas pārbaude kosmosā jau notiek eksperimentā, kuru paredzēts uzsākt Starptautiskajā kosmosa stacijā trīs gadu uzturēšanās laikā. Stacijas ārpusei tiks pievienots Alfa magnētiskais spektrometrs (AMS), kas meklēs dažādu veidu kosmiskos starus. Tas izmantos supravadošu magnētu, lai izmērītu katras daļiņas impulsu un tās lādiņa pazīmi. Pēteris Fišers, fizikas profesors no MIT, arī strādā pie AMS eksperimenta un sadarbojas ar Hofmanu, veicot supervadošo magnētu izpēti. Ar Hofmani strādā arī doktorants un pētnieks.
NIAC tika izveidots 1998. gadā, lai lūgtu revolucionāras idejas no cilvēkiem un organizācijām ārpus kosmosa aģentūras, kas varētu virzīt NASA misijas. Uzvarētājkoncepcijas tiek izvēlētas tāpēc, ka tās “pārspiež zināmās zinātnes un tehnoloģijas robežas” un “liecina par atbilstību NASA misijai”, norāda NASA. Paredzams, ka šo koncepciju izstrāde prasīs vismaz desmit gadus.
Hofmans piecas reizes lidoja kosmosā un kļuva par pirmo astronautu, kurš vairāk nekā 1000 stundas bija reģistrējies kosmosa šautuvē. Savā ceturtajā kosmiskajā lidojumā 1993. gadā Hofmans piedalījās pirmajā Habla kosmiskā teleskopa apkalpošanas misijā, kas bija vērienīga un vēsturiska misija, kas laboja sfēriskās aberācijas problēmu teleskopa primārajā spogulī. Hofmans 1997. gadā pameta astronautu programmu, lai kļūtu par NASA Eiropas pārstāvi ASV vēstniecībā Parīzē un pēc tam 2001. gadā devās uz MIT.
Hofmans zina, ka, lai padarītu iespējamu kosmosa misiju, pirms tam ir nepieciešama daudz ideju izstrādes un sarežģītas inženierijas. "Runājot par lietu veikšanu kosmosā, ja esat astronauts, jūs dodaties un darāt to ar savām rokām," sacīja Hofmans. "Bet jūs nevarat mūžīgi lidot kosmosā, un es tomēr vēlētos dot savu ieguldījumu."
Vai viņš pašreizējos pētījumus uzskata par tikpat svarīgiem kā Habla kosmiskā teleskopa fiksēšana?
"Nu, ne tiešākajā nozīmē," viņš teica. “Bet, no otras puses, ja mums kādreiz būs nepieciešama cilvēku klātbūtne visā Saules sistēmā, mums jāspēj dzīvot un strādāt reģionos, kur uzlādēto daļiņu vide ir diezgan smaga. Ja mēs nevaram atrast veidu, kā sevi pasargāt no tā, tas būs ļoti ierobežojošs faktors cilvēku izpētes nākotnei. ”
