Это 2027 год, и видение НАСА для освоения космоса идет точно по графику. Однако на полпути в путешествие вспыхивает гигантская солнечная вспышка, извергающая смертоносное излучение прямо на космический корабль. Благодаря исследованиям, проведенным бывшим астронавтом Джеффри Хоффманом и группой коллег из Массачусетского технологического института еще в 2004 году, этот автомобиль оснащен самой современной сверхпроводящей системой магнитного экранирования, которая защищает людей от любых смертоносных солнечных излучений.
Недавно было начато новое исследование, посвященное использованию технологии сверхпроводящих магнитов для защиты астронавтов от радиации во время длительных космических полетов, таких как межпланетные полеты на Марс, которые предлагаются в нынешнем Видении НАСА для исследования космоса.
Основным исследователем этой концепции является бывший астронавт доктор Джеффри Хоффман, который в настоящее время является профессором Массачусетского технологического института (MIT).
Концепция Хоффмана является одним из 12 предложений, которые начали получать финансирование в прошлом месяце от Института передовых концепций НАСА (NIAC). Каждый получает 75 000 долларов за шесть месяцев исследований, чтобы провести начальные исследования и определить проблемы в его разработке. Проекты, прошедшие этот этап, могут претендовать на 400 000 долларов в течение двух лет.
Концепция магнитного экранирования не нова. Как говорит Хоффман: «Земля занималась этим миллиарды лет!»
Магнитное поле Земли отклоняет космические лучи, и дополнительная мера защиты исходит от нашей атмосферы, которая поглощает любое космическое излучение, пробивающееся через магнитное поле. Использование магнитного экранирования для космических кораблей впервые было предложено в конце 1960-х и начале 70-х годов, но не было активно реализовано, когда планы относительно длительного космического полета отошли на второй план.
Однако технология создания сверхпроводящих магнитов, которые могут генерировать сильные поля для защиты космического корабля от космического излучения, была разработана совсем недавно. Сверхпроводящие магнитные системы желательны, потому что они могут создавать интенсивные магнитные поля с небольшим или нулевым вводом электрической мощности, а при правильной температуре они могут поддерживать стабильное магнитное поле в течение длительных периодов времени. Однако одной из проблем является разработка системы, которая может создать достаточно большое магнитное поле для защиты пригодного для жилья космического корабля размером с автобус. Другой проблемой является поддержание системы при температурах, близких к абсолютному нулю (0 Кельвин, -273 С, -460 F), что придает материалам сверхпроводящие свойства. Последние достижения в области сверхпроводящих технологий и материалов обеспечили сверхпроводящие свойства при температуре выше 120 К (-153 С, -243 F).
По словам Уильяма С. Хиггинса, инженера-физика, занимающегося вопросами радиационной безопасности в Фермилаб, ускорителе частиц вблизи Чикаго, штат Иллинойс, существует два типа излучения, которые необходимо учитывать при длительном космическом полете человека. Первыми являются протонные солнечные вспышки, которые могут появиться всплесками после солнечной вспышки. Вторые - это галактические космические лучи, которые, хотя и не столь смертоносны, как солнечные вспышки, они будут постоянным фоновым излучением, которому подвергается экипаж. На неэкранированном космическом корабле оба типа излучения могут привести к серьезным проблемам со здоровьем или смерти экипажа.
Самый простой способ избежать излучения - это поглотить его, например, надеть свинцовый фартук, когда вы получаете рентген у стоматолога. Проблема заключается в том, что этот тип экранирования часто может быть очень тяжелым, а масса имеет преимущество перед нашими нынешними космическими аппаратами, поскольку их необходимо запускать с поверхности Земли. Кроме того, согласно Хоффману, если вы используете только небольшую защиту, вы можете сделать ее еще хуже, потому что космические лучи взаимодействуют с защитой и могут создавать вторичные заряженные частицы, увеличивая общую дозу облучения.
Хоффман предполагает использование гибридной системы, которая использует как магнитное поле, так и пассивное поглощение. «Именно так это делает Земля, - объяснил Хоффман, - и нет никаких причин, по которым мы не сможем сделать это в космосе».
Одним из наиболее важных выводов для второй фазы этого исследования будет определение того, является ли использование технологии сверхпроводящих магнитов массовым. «Я не сомневаюсь, что если мы построим его достаточно большим и достаточно сильным, это обеспечит защиту», - сказал Хоффман. «Но если масса этой системы проводящих магнитов больше, чем масса только для того, чтобы использовать пассивное (поглощающее) экранирование, то зачем идти на все эти неприятности?»
Но это проблема и причина этого исследования. «Это исследование», - сказал Хоффман. «Я не пристрастен так или иначе; Я просто хочу выяснить, как лучше.
Предполагая, что Хоффман и его команда могут продемонстрировать, что сверхпроводящее магнитное экранирование является массово-эффективным, следующим шагом будет создание реальной системы создания достаточно большой (хотя и легкой) системы, в дополнение к тонкой настройке поддержания магнитов при сверхнизкой сверхпроводимости температура в космосе. Последним шагом будет интеграция такой системы в космический корабль, связанный с Марсом. Ни одна из этих задач не является тривиальной.
Исследования по поддержанию напряженности магнитного поля и почти абсолютных нулевых температур этой системы в космосе уже проводятся в эксперименте, который планируется запустить на Международную космическую станцию для трехлетнего пребывания. Альфа-магнитный спектрометр (AMS) будет прикреплен к внешней стороне станции и будет искать различные типы космических лучей. Он будет использовать сверхпроводящий магнит для измерения импульса каждой частицы и знака ее заряда. Питер Фишер, профессор физики из Массачусетского технологического института, работает над экспериментом AMS и сотрудничает с Хоффманом в его исследованиях сверхпроводящих магнитов. Аспирант и научный сотрудник также работают с Хоффманом.
NIAC был создан в 1998 году для получения революционных идей от людей и организаций за пределами космического агентства, которые могли бы способствовать выполнению задач НАСА. Победившие концепции выбраны потому, что они «расширяют границы известной науки и техники» и «показывают актуальность миссии НАСА», согласно НАСА. Ожидается, что для разработки этих концепций потребуется не менее десяти лет.
Хоффман летал в космосе пять раз и стал первым космонавтом, который пролетел более 1000 часов на космическом шаттле. Во время своего четвертого космического полета в 1993 году Хоффман принял участие в первой миссии по обслуживанию космического телескопа Хаббла, амбициозной и исторической миссии, которая исправила проблему сферической аберрации в основном зеркале телескопа. Хоффман покинул программу астронавтов в 1997 году, чтобы стать европейским представителем НАСА в посольстве США в Париже, а затем отправился в Массачусетский технологический институт в 2001 году.
Хоффман знает, что для того, чтобы сделать космическую миссию возможной, есть много идей и сложных разработок, которые предшествуют ей. «Когда дело доходит до космических действий, если вы космонавт, вы идете и делаете это своими руками», - сказал Хоффман. «Но вы не летаете в космосе вечно, и я все еще хотел бы внести свой вклад».
Считает ли он, что его текущие исследования так же важны, как починка космического телескопа Хаббла?
«Ну, не в прямом смысле этого слова», - сказал он. «Но, с другой стороны, если мы когда-либо будем иметь присутствие человека по всей Солнечной системе, мы должны быть в состоянии жить и работать в регионах, где среда с заряженными частицами довольно серьезна. Если мы не сможем найти способ защитить себя от этого, это будет очень ограничивающим фактором для будущего исследования человека ».
