2027 година е Визията на НАСА за космически изследвания напредва точно по график. Въпреки това, по средата на пътуването, гигантски слънчеви пламъци изригват, изхвърляйки смъртоносна радиация директно в космическия кораб. Поради изследвания, направени от бившия астронавт Джефри Хофман и група колеги от MIT през 2004 г., това превозно средство разполага с най-съвременна свръхпроводяща система за магнитна защита, която предпазва хората от всякакви смъртоносни слънчеви емисии.
Наскоро започнаха нови проучвания за изследване на използването на свръхпроводящи магнитни технологии за защита на астронавтите от радиация при продължителни космически полети, като междупланетарните полети до Марс, които са предложени в сегашната Визия за космически изследвания на НАСА.
Главният изследовател на тази концепция е бившият астронавт д-р Джефри Хофман, който сега е професор в Масачузетския технологичен институт (MIT).
Концепцията на Хофман е едно от 12 предложения, които започнаха да получават финансиране миналия месец от Института за напреднали концепции на НАСА (NIAC). Всеки получава 75 000 долара за шестмесечни изследвания, за да направи първоначални проучвания и да идентифицира предизвикателствата при разработването му. Проектите, които преминават през тази фаза, са допустими за около 400 000 долара повече за две години.
Концепцията за магнитно екраниране не е нова. Както казва Хофман, "Земята го прави от милиарди години!"
Земното магнитно поле отклонява космическите лъчи, а допълнителната мярка за защита идва от нашата атмосфера, която поглъща всяка космическа радиация, която пробива път през магнитното поле. Използването на магнитна екранировка за космически кораби беше предложено за първи път в края на 60-те и началото на 70-те, но не беше активно преследвано, когато плановете за дълготраен космически полет паднаха настрани.
Технологията за създаване на свръхпроводящи магнити, които могат да генерират силни полета за защита на космическите кораби от космическото излъчване, е разработена едва наскоро. Свръхпроводящите магнитни системи са желателни, тъй като те могат да създават интензивни магнитни полета с малко или никакво влагане на електрическа енергия и при правилни температури могат да поддържат стабилно магнитно поле за дълги периоди от време. Едно от предизвикателствата обаче е разработването на система, която може да създаде достатъчно голямо магнитно поле, за да защити обитаем космически кораб с размер на шината. Друго предизвикателство е поддържането на системата при температури, близки до абсолютна нула (0 Kelvin, -273 C, -460 F), което дава на материалите свръхпроводими свойства. Последните постижения в свръхпроводящата технология и материали предоставят свръхпроводящи свойства при по-високи от 120 K (-153 C, -243 F).
Има два вида радиация, на които трябва да се обърнем внимание при продължителния човешки космически полет, казва Уилям С. Хигинс, инженерен физик, който работи по радиационна безопасност във Фермилаб, ускорителят на частици в близост до Чикаго, Илинойс. Първите са слънчеви протони, които биха се появили вследствие на слънчево избухване. Вторите са галактически космически лъчи, които, макар и не толкова смъртоносни, колкото слънчевите пламъци, биха били непрекъснато фоново лъчение, на което екипажът би бил изложен. В неекраниран космически кораб и двата вида радиация биха довели до значителни здравословни проблеми или смърт до екипажа.
Най-лесният начин да избегнете радиацията е да я абсорбирате, като носенето на оловна престилка, когато получите рентген при зъболекаря. Проблемът е, че този тип екраниране често може да бъде много тежък и масата е с най-висока печалба при нашите сегашни космически превозни средства, тъй като те трябва да бъдат изстреляни от земната повърхност. Освен това, според Хофман, ако използвате само малко екраниране, всъщност можете да го влошите, защото космическите лъчи взаимодействат с екранирането и могат да създават вторично заредени частици, увеличавайки общата доза радиация.
Хофман предвижда използването на хибридна система, която използва както магнитно поле, така и пасивно поглъщане. "Така прави Земята", обясни Хофман, "и няма причина да не можем да правим това в космоса."
Един от най-важните изводи към втората фаза на това изследване ще бъде да се определи дали използването на свръхпроводящи магнитни технологии е масово ефективно. "Не се съмнявам, че ако го изградим достатъчно голям и силен, той ще осигури защита", каза Хофман. "Но ако масата на тази проводяща магнитна система е по-голяма от масата, само за да се използва пасивно (абсорбиращо) екраниране, тогава защо да се справите с всички тези проблеми?"
Но това е предизвикателството и причината за това проучване. "Това е проучване", каза Хофман. „Не съм партизан по един или друг начин; Просто искам да разбера кой е най-добрият начин. "
Ако приемем, че Хофман и неговият екип могат да докажат, че свръхпроводящото магнитно екраниране е масово ефективно, следващата стъпка ще бъде действителното проектиране на създаването на достатъчно голяма (макар и лека) система, в допълнение към фината настройка на поддържащите магнити при свръх студено свръхпроводящо температури в пространството. Последната стъпка ще бъде интегрирането на такава система в космически кораб, свързан с Марс. Нито една от тези задачи не е тривиална.
Изследванията за поддържане на силата на магнитното поле и почти абсолютните нулеви температури на тази система в космоса вече се провеждат в експеримент, който се планира да бъде пуснат в Международната космическа станция за тригодишен престой. Алфа магнитният спектрометър (AMS) ще бъде прикрепен от външната страна на станцията и ще търси различни видове космически лъчи. Той ще използва свръхпроводящ магнит за измерване на импулса на всяка частица и знака на нейния заряд. Питър Фишър, преподавател по физика също от MIT работи върху експеримента AMS и си сътрудничи с Хофман за изследванията му на свръхпроводящи магнити. С Хофман работят и аспирант и научен сътрудник.
NIAC е създаден през 1998 г., за да изиска революционни концепции от хора и организации извън космическата агенция, които биха могли да насърчават мисиите на НАСА. Печелившите концепции са избрани, защото „избутват границите на известната наука и технологии“ и „показват релевантност за мисията на НАСА“, според НАСА. Очаква се тези концепции да отнемат поне десетилетие.
Хофман летеше в космоса пет пъти и стана първият астронавт, регистрирал повече от 1000 часа на космическата совалка. През четвъртия си космически полет през 1993 г. Хофман участва в първата мисия за обслужване на космическия телескоп Хъбъл - амбициозна и историческа мисия, която коригира проблема със сферичната аберация в основното огледало на телескопа. Хофман напусна програмата на астронавтите през 1997 г., за да стане европейски представител на НАСА в посолството на САЩ в Париж, а след това отиде в MIT през 2001 г.
Хофман знае, че за да стане възможно космическата мисия, има много разработка на идеи и тежък инженеринг, който я предхожда. "Когато става въпрос за правене на неща в космоса, ако сте астронавт, отивате и го правите със собствените си ръце", каза Хофман. "Но ти не летиш в космоса завинаги, а аз все още бих искал да дам принос."
Смята ли, че настоящото му изследване е толкова важно, колкото фиксирането на космическия телескоп Хъбъл?
"Е, не в непосредствения смисъл", каза той. „Но от друга страна, ако някога ще имаме човешко присъствие в цялата Слънчева система, трябва да можем да живеем и работим в региони, където средата на заредените частици е доста тежка. Ако не можем да намерим начин да се защитим от това, това ще бъде много ограничаващ фактор за бъдещето на човешкото изследване. "
