Художник иллюстрация электромагнитного щита, который может защитить космонавтов. Изображение предоставлено: Хаббл. Нажмите, чтобы увеличить.
Противоположные обвинения привлекают. Вроде обвинения отталкивают. Это первый урок электромагнетизма, и когда-нибудь он может спасти жизнь космонавтов.
Видение НАСА по исследованию космоса требует возвращения на Луну в качестве подготовки к еще более длительным путешествиям на Марс и дальше. Но есть потенциальная демонстрация: радиация.
Пространство за пределами низкой околоземной орбиты заполнено интенсивным излучением Солнца и глубоких галактических источников, таких как сверхновые. Астронавты по пути на Луну и Марс будут подвергаться воздействию этой радиации, что увеличивает их риск заболеть раком и другими болезнями. Найти хороший щит очень важно.
Наиболее распространенный способ борьбы с радиацией - просто физически блокировать ее, как это делает толстый бетон вокруг ядерного реактора. Но изготовление космических кораблей из бетона не вариант. (Интересно, что можно было бы построить лунную базу из конкретной смеси лунной пыли и воды, если вода может быть найдена на Луне, но это другая история.) Ученые НАСА исследуют многие материалы, блокирующие излучение, такие как алюминий, современные пластмассы и жидкий водород. У каждого есть свои преимущества и недостатки.
Это все физические решения. Есть еще одна возможность, без физической субстанции, но с достаточной защитной силой: силовое поле.
Большая часть опасного излучения в космосе состоит из электрически заряженных частиц: высокоскоростных электронов и протонов от Солнца и массивных, положительно заряженных атомных ядер от далеких сверхновых.
Вроде обвинения отталкивают. Так почему бы не защитить астронавтов, окружив их мощным электрическим полем, которое имеет тот же заряд, что и входящее излучение, тем самым отклоняя излучение?
Многие эксперты скептически относятся к тому, что для защиты космонавтов могут быть созданы электрические поля. Но Чарльз Бюлер и Джон Лейн, ученые из Аэрокосмической корпорации ASRC в Космическом центре им. Кеннеди, считают, что это возможно. Они получили поддержку от Института передовых концепций НАСА, чья работа заключается в финансировании исследований далеко зашедших идей, чтобы исследовать возможность электрических щитов для лунных баз.
«Использование электрических полей для отражения излучения было одной из первых идей в 1950-х годах, когда ученые начали изучать проблему защиты астронавтов от излучения», - говорит Бюлер. «Однако они быстро отказались от этой идеи, поскольку казалось, что высокое напряжение необходимо, а неудобные конструкции, которые, по их мнению, будут необходимы (например, размещение астронавтов внутри двух концентрических металлических сфер), сделают такой электрический экран непрактичным».
Подход Бюлера и Лейна отличается. В их концепции лунная база имела бы около полудюжины или около того надувных проводящих сфер диаметром около 5 метров, установленных над базой. Сферы затем заряжались до очень высокого статического электрического потенциала: 100 мегавольт или более. Это напряжение очень велико, но из-за того, что ток будет протекать очень мало (заряд будет статически находиться на сферах), не потребуется много энергии для поддержания заряда.
Сферы будут сделаны из тонкой прочной ткани (такой как Vectran, которая использовалась для приземления воздушных шаров, смягчающих удар для марсоходов) и покрытой очень тонким слоем проводника, например золота. Сферы из ткани можно сложить для транспортировки, а затем надуть, просто зарядив их электрическим зарядом; Подобные заряды электронов в слое золота отталкивают друг друга и заставляют сферу расширяться наружу.
Размещение сфер над головой уменьшит опасность прикосновения космонавтов к ним. Тщательно выбирая расположение сфер, ученые могут максимизировать свою эффективность в отражении излучения, минимизируя их воздействие на космонавтов и оборудование на земле. В некоторых конструкциях, на самом деле, чистое электрическое поле на уровне земли равно нулю, что снижает любые потенциальные риски для здоровья от этих сильных электрических полей.
Бюлер и Лейн все еще находятся в поиске наилучшего устройства: отчасти проблема заключается в том, что излучение приходит как с положительно, так и с отрицательно заряженными частицами. Сферы должны быть расположены таким образом, чтобы электрическое поле было, скажем, отрицательным намного выше основания (для отражения отрицательных частиц) и положительным ближе к земле (для отражения положительных частиц). «Мы уже смоделировали три геометрии, которые могут работать», - говорит Бюлер.
По мнению Бюлера, портативные конструкции могут быть даже установлены на лунные роверы с «багги», чтобы обеспечить защиту астронавтов во время их исследования поверхности.
Звучит замечательно, но есть много научных и инженерных проблем, которые еще предстоит решить. Например, скептики отмечают, что электростатический экран на Луне подвержен короткому замыканию плавающей лунной пылью, которая сама заряжается солнечным ультрафиолетовым излучением. Солнечный ветер, дующий через щит, также может вызвать проблемы. Электроны и протоны на ветру могут попасть в лабиринт сил, составляющих щит, что приведет к сильным и непреднамеренным электрическим токам прямо над головами астронавтов.
По словам Бюлера, исследование еще предварительное. Лунная пыль, солнечный ветер и другие проблемы все еще исследуются. Может случиться так, что другой тип экрана будет работать лучше, например, сверхпроводящее магнитное поле. Эти дикие идеи еще предстоит разобраться.
Но, кто знает, возможно, однажды астронавты на Луне и Марсе будут работать безопасно, защищенные простым принципом электромагнетизма, который может понять даже ребенок.
Первоначальный источник: [электронная почта защищена]
