Художественная концепция человека отправилась на Марс. Изображение предоставлено NASA Нажмите для увеличения
Прочитав эту статью, вы, возможно, больше никогда не будете смотреть на мешки для мусора так же.
Мы все используем пластиковые мешки для мусора; они настолько распространены, что мы едва ли подумаем над ними. Так кто бы мог подумать, что скромный мешок для мусора может содержать ключ к отправке людей на Марс?
Большинство бытовых мешков для мусора изготовлены из полимера, называемого полиэтиленом. Варианты этой молекулы превосходно защищают самые опасные формы космического излучения. Ученые это давно знают. Беда в том, чтобы построить космический корабль из хрупкого материала.
Но теперь ученые НАСА изобрели новаторский материал на основе полиэтилена под названием RXF1, который еще прочнее и легче алюминия. «Этот новый материал является первым в том смысле, что он сочетает в себе превосходные структурные свойства с превосходными защитными свойствами», - говорит Насер Баргути, научный сотрудник проекта НАСА по защите от космического излучения в Центре космических полетов им. Маршалла.
На Марс в пластиковом космическом корабле? Как бы глупо это ни звучало, это может быть самый безопасный путь.
Меньше - больше
Защита астронавтов от радиации в дальнем космосе является серьезной нерешенной проблемой. Рассмотрим пилотируемую миссию на Марс: путешествие туда и обратно может длиться до 30 месяцев и потребует выхода из защитного пузыря магнитного поля Земли. Некоторые ученые считают, что такие материалы, как алюминий, которые обеспечивают адекватную защиту на околоземной орбите или для коротких поездок на Луну, будут недостаточными для поездки на Марс.
Баргути - один из скептиков: «Теперь полет на Марс с алюминиевым космическим кораблем невозможен», - считает он.
Пластик является привлекательной альтернативой: по сравнению с алюминием полиэтилен на 50% лучше защищает от солнечных вспышек и на 15% лучше для космических лучей.
Преимущество пластикоподобных материалов состоит в том, что они производят гораздо меньше «вторичного излучения», чем более тяжелые материалы, такие как алюминий или свинец. Вторичное излучение исходит от самого защитного материала. Когда частицы космического излучения врезаются в атомы внутри экрана, они запускают крошечные ядерные реакции. Эти реакции производят поток ядерных побочных продуктов - нейтронов и других частиц, которые попадают в космический корабль. Это все равно что пытаться защитить себя от летящего шара для боулинга, возводя стену кеглей. Вы избегаете мяча, но получаете штыри. «Вторичные» могут быть хуже для здоровья космонавтов, чем исходное космическое излучение!
По иронии судьбы, более тяжелые элементы, такие как свинец, который люди часто считают лучшей защитой от излучения, производят гораздо больше вторичного излучения, чем более легкие элементы, такие как углерод и водород. Вот почему полиэтилен обеспечивает хорошее экранирование: он полностью состоит из легких атомов углерода и водорода, что сводит к минимуму вторичность.
Эти более легкие элементы не могут полностью остановить космическое излучение. Но они могут фрагментировать входящие частицы излучения, значительно уменьшая вредное воздействие. Представьте себе, что вы прячетесь за забором из рабицы, чтобы защитить себя в снежном бою: вы все равно получите снег, когда через забор прорвутся крошечные кусочки снежного кома, но вы не почувствуете укол прямого удара от сильного удара. упакованный колотушка. Полиэтилен похож на этот забор.
«Вот что мы можем сделать. Фрагментация - без создания большого количества вторичного излучения - фактически, где битва выиграна или проиграна », - говорит Баргути.
Сделанный на заказ
Несмотря на свою защитную силу, обычные мешки для мусора явно не подходят для строительства космического корабля. Поэтому Баргути и его коллеги пытаются усилить полиэтилен для аэрокосмических работ.
Вот как исследователь Shielding Project Радж Каул, работающий вместе с Barghouty, изобрел RXF1. RXF1 удивительно прочен и легок: он имеет прочность на растяжение алюминия в 3 раза, но в 2,6 раза легче - впечатляет даже по аэрокосмическим стандартам.
«Поскольку это баллистический щит, он также отклоняет микрометеориты», - говорит Каул, который ранее работал с подобными материалами при разработке брони для вертолетов. «Поскольку это ткань, она может быть намотана на формы и сформирована в конкретные компоненты космического корабля». А поскольку он изготовлен из полиэтилена, он также является отличным защитным экраном от радиации.
Особенности изготовления RXF1 являются секретными, поскольку патент на материал находится на рассмотрении.
Баргути отмечает, что сила - это только одна из черт, которые должны иметь стены космического корабля. Огнеопасность и температурный допуск также важны: не имеет значения, насколько прочны стены космического корабля, если они тают под прямыми солнечными лучами или легко загораются. Чистый полиэтилен очень огнеопасен. Баргути говорит, что для дальнейшей настройки RXF1 требуется еще больше работы, чтобы он был огнестойким и термостойким.
Нижняя линия
Главный вопрос, конечно, заключается в том, может ли RXF1 безопасно перевозить людей на Марс? На данный момент никто не знает наверняка.
Некоторые «галактические космические лучи настолько энергичны, что никакое разумное количество экранирования не может их остановить», - предупреждает Фрэнк Кучинотта, главный специалист по радиационному здоровью НАСА. «Все материалы имеют эту проблему, включая полиэтилен».
Кучинотта и его коллеги провели компьютерное моделирование, чтобы сравнить риск заболевания раком на Марсе на алюминиевом корабле против полиэтиленового корабля. Удивительно, но «существенной разницы не было», - говорит он. Этот вывод зависит от биологической модели, которая оценивает влияние космической радиации на ткани человека, и в этом заключается проблема. После десятилетий космических полетов ученые все еще не до конца понимают, как человеческое тело реагирует на космические лучи. Однако, если их модель верна, практическая польза для дополнительного экранирующего полиэтилена может быть небольшой. Это вопрос текущих исследований.
Из-за многих неопределенностей предельные дозы для астронавтов на миссии на Марс не установлены, отмечает Баргути. Но предполагая, что эти предельные дозы подобны пределам, установленным для полетов шаттлов и космических станций, он полагает, что RXF1 мог бы гипотетически обеспечить адекватную защиту для 30-месячной миссии на Марс.
Сегодня на свалку. Завтра к звездам? Полиэтилен может увести вас дальше, чем вы могли себе представить.
Первоисточник: пресс-релиз НАСА
