On vuosi 2027, ja NASA: n visio avaruusmatkailusta etenee ajoissa. Matkan puolivälissä kuitenkin purkautuu jättimäinen aurinkolamppu, joka johtaa tappavaan säteilyyn suoraan avaruusaluksella. Entisen astronautin Jeffrey Hoffmanin ja ryhmän MIT-kollegoiden vuonna 2004 tekemän tutkimuksen takia tässä ajoneuvossa on huipputekninen suprajohtava magneettinen suojajärjestelmä, joka suojaa matkustajia kaikilta tappavilta aurinkopäästöiltä.
Uusi tutkimus on hiljattain alkanut tutkia suprajohtavien magneettitekniikoiden käyttöä astronauttien suojelemiseksi säteilyltä pitkäaikaisilla avaruuslentoilla, kuten NASA: n nykyisessä avaruushavainnoinnissa ehdotetussa planeettojenvälisessä lennossa Marsiin.
Tämän konseptin päätutkija on entinen astronautti Dr. Jeffrey Hoffman, joka on nyt Massachusetts Institute of Technology (MIT) -professori.
Hoffmanin konsepti on yksi 12 ehdotuksesta, jotka saivat rahoitusta NASA: n edistyneiden käsitteiden instituutista (NIAC) viime kuussa. Jokainen saa 75 000 dollaria kuuden kuukauden tutkimukselta alkuperäisten tutkimusten tekemiseksi ja haasteiden tunnistamiseksi sen kehittämisessä. Hankkeet, jotka saavat sen läpi vaiheen, ovat tukikelpoisia jopa 400 000 dollarilla enemmän kahden vuoden aikana.
Magneettisen suojauksen käsite ei ole uusi. Kuten Hoffman sanoo, "Maa on tehnyt sitä miljardeja vuosia!"
Maan magneettikenttä taipuu kosmisiin säteisiin, ja lisäsuojamäärä tulee ilmakehästämme, joka absorboi kaiken kosmisen säteilyn, joka kulkee magneettikentän läpi. Magneettisuojauksen käyttämistä avaruusaluksille ehdotettiin ensin 1960-luvun lopulla ja 70-luvun alkupuolella, mutta sitä ei harjoitettu aktiivisesti, kun pitkän aikavälin avaruuslennon suunnitelmat kaatuneet sivulle.
Teknologia suprajohtavien magneettien luomiseksi, jotka voivat luoda voimakkaita kenttiä suojaamaan avaruusaluksia kosmiselta säteilyltä, on kuitenkin vasta äskettäin kehitetty. Suprajohtavat magneettijärjestelmät ovat toivottavia, koska ne voivat luoda voimakkaita magneettikenttiä, joissa on vähän tai ei lainkaan sähkötehoa, ja sopivissa lämpötiloissa ne voivat ylläpitää vakaata magneettikenttää pitkään. Yksi haaste on kuitenkin kehittää järjestelmä, joka pystyy luomaan magneettikentän, joka on riittävän suuri suojelemaan bussikokoista, asuttavaa avaruusalusta. Toinen haaste on järjestelmän pitäminen lämpötiloissa lähellä absoluuttista nollaa (0 kelviniä, -273 ° C, -460 F), mikä antaa materiaaleille suprajohtavat ominaisuudet. Viimeaikaiset edistykset suprajohtavassa tekniikassa ja materiaaleissa ovat tarjonneet suprajohtavat ominaisuudet yli 120 K (-153 ° C, -243 F).
On olemassa kahdenlaisia säteilytyyppejä, joihin on puututtava pitkäaikaisessa ihmisen avaruuslennossa, sanoo William S. Higgins, tekniikan fyysikko, joka työskentelee säteilyturvallisuudessa Fermilabissa, hiukkaskiihdyttimessä lähellä Chicagoa, IL. Ensimmäiset ovat aurinkosähkön protoneja, jotka tulevat purskeisiin aurinkoheilahdustapahtuman seurauksena. Toiset ovat galaktiset kosmiset säteet, jotka, vaikkakaan eivät ole yhtä tappavia kuin aurinkokeilat, olisivat jatkuva tausta säteily, jolle miehistö altistuisi. Suojaamattomassa avaruusaluksessa molemmat säteilytyypit aiheuttavat miehistölle merkittäviä terveysongelmia tai kuoleman.
Helpoin tapa välttää säteilyä on absorboida se, kuten lyijyasustan käyttäminen, kun saat röntgenkuvauksen hammaslääkärillä. Ongelmana on, että tämäntyyppiset suojaukset voivat usein olla erittäin raskaita, ja massa on huippuluokkaa nykyisten avaruusaluksiemme kanssa, koska ne on käynnistettävä maan pinnalta. Hoffmanin mukaan, jos käytät vain vähän suojausta, voit tosiasiassa tehdä siitä vieläkin pahempaa, koska kosmiset säteet ovat vuorovaikutuksessa suojauksen kanssa ja voivat luoda sekundaarisesti varautuneita hiukkasia, mikä lisää yleistä säteilyannosta.
Hoffman aikoo käyttää hybridijärjestelmää, joka käyttää sekä magneettikenttää että passiivista absorptiota. "Niin maa tekee sen", Hoffman selitti, "eikä ole mitään syytä, jonka vuoksi meidän ei pitäisi voida tehdä sitä avaruudessa."
Yksi tämän tutkimuksen toisen vaiheen tärkeimmistä johtopäätöksistä on selvittää, onko suprajohtavien magneettitekniikoiden käyttäminen massatehokasta. "Minulla ei ole epäilystäkään siitä, että jos rakennamme sen tarpeeksi isoksi ja tarpeeksi vahvaksi, se tarjoaa suojaa", Hoffman sanoi. "Mutta jos tämän johtavan magneettijärjestelmän massa on suurempi kuin massa vain passiivisen (absorboivan) suojauksen käyttämiseksi, niin miksi mennä kaikkiin ongelmiin?"
Mutta se on haaste ja syy tähän tutkimukseen. "Tämä on tutkimusta", Hoffman sanoi. ”En ole puolueellinen tavalla tai toisella; Haluan vain selvittää, mikä on paras tapa. ”
Jos oletetaan, että Hoffman ja hänen ryhmänsä voivat osoittaa, että suprajohtava magneettinen suojaus on massatehokasta, seuraava askel olisi varsinainen suunnittelu, jolla luodaan tarpeeksi suuri (vaikkakin kevyt) järjestelmä, sen lisäksi, että magneettien ylläpito hienosäädetään erittäin kylmällä suprajohtavalla tavalla. lämpötilat avaruudessa. Viimeinen vaihe olisi integroida tällainen järjestelmä Marsiin sidottuun avaruusalukseen. Mikään näistä tehtävistä ei ole triviaalia.
Tämän järjestelmän magneettikentän voimakkuuden ja lähes absoluuttisen nollalämpötilan ylläpitämistä avaruudessa tutkitaan jo kokeessa, jonka on tarkoitus käynnistää kansainväliselle avaruusasemalle kolmen vuoden oleskelua varten. Alfa-magneettinen spektrometri (AMS) kiinnitetään aseman ulkopuolelle ja etsii erityyppisiä kosmisia säteitä. Siinä käytetään suprajohtavaa magneettia mitata kunkin hiukkasen vauhti ja sen varauksen merkki. MIT: n fysiikan professori Peter Fisher työskentelee myös AMS-kokeessa ja tekee yhteistyötä Hoffmanin kanssa suprajohtavien magneettien tutkimuksessa. Myös jatko-opiskelija ja tutkija työskentelevät Hoffmanin kanssa.
NIAC perustettiin vuonna 1998 pyytämään avaruusjärjestön ulkopuolisilta ihmisiltä ja organisaatioilta vallankumouksellisia konsepteja, jotka voisivat edetä NASA: n tehtävissä. Voittajakonseptit valitaan, koska ne "ajavat tunnetun tieteen ja tekniikan rajat" ja "osoittavat merkityksen NASA-operaatiolle", NASA: n mukaan. Näiden konseptien odotetaan kehittävän ainakin vuosikymmenen.
Hoffman lensi avaruudessa viisi kertaa ja hänestä tuli ensimmäinen astronautti, joka kirjautui yli 1 000 tuntia avaruussukkulalle. Neljännellä avaruuslennollaan vuonna 1993 Hoffman osallistui ensimmäiseen Hubble-avaruusteleskoopin huoltotoimintaan, kunnianhimoiseen ja historialliseen tehtävään, joka korvasi pallomaisen häiriön teleskoopin pääpeilissä. Hoffman lähti astronauttiohjelmasta vuonna 1997 tullakseen NASA: n Euroopan edustajaksi Yhdysvaltain suurlähetystöön Pariisissa ja siirtyi sitten MIT: hen vuonna 2001.
Hoffman tietää, että tehdäkseen avaruusoperaation mahdollista, sitä edeltää paljon ideointia ja kovaa suunnittelua. "Kun kyse on asioiden tekemisestä avaruudessa, jos olet astronautti, menet ja teet sen omilla käsilläsi", Hoffman sanoi. "Mutta et lentää avaruudessa ikuisesti, ja haluaisin silti antaa panoksensa."
Pitääkö hän nykyistä tutkimustaan yhtä tärkeänä kuin Hubble-avaruus teleskoopin kiinnittämistä?
"No, ei välittömässä mielessä", hän sanoi. ”Mutta toisaalta, jos meillä on koskaan ihmisiä läsnä koko aurinkokunnassa, meidän on voitava elää ja työskennellä alueilla, joilla varautuneiden hiukkasten ympäristö on melko vakava. Jos emme löydä tapaa suojautua siitä, se on hyvin rajoittava tekijä ihmiskunnan etsinnän tulevaisuudelle. "
