Spin-off Stacji Kosmicznej może chronić astronautów na Marsie przed promieniowaniem

Trudno wyobrazić sobie wiele spin-offów z wartego 100 miliardów dolarów projektu budowy i uruchomienia Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. W rzeczywistości niewiele zrobiono na ISS, co nie jest skupione na utrzymywaniu rzeczy na orbicie.

Wyjątkiem jest spektrometr magnetyczny Alpha, który został zaprojektowany między innymi do określania, czy cząstki promieniowania kosmicznego składają się z materii czy antymaterii.

Spektrometr składa się z gigantycznego magnesu, który odchyla naładowane cząstki oraz szeregu detektorów charakteryzujących masę i energię tych cząstek. Została przykręcona do ISS w zeszłym roku i obecnie jest bombardowana przez około 1000 promieni kosmicznych na sekundę.

Dzisiaj Roberto Battiston z Uniwersytetu w Perugii we Włoszech i kilku kumpli twierdzą, że technologia opracowana dla spektrometru może w przyszłości zostać wykorzystana do ochrony astronautów przed promieniowaniem podczas długich lotów kosmicznych.

Podróż na asteroidy, Marsa lub dalej jest nękana problemami technologicznymi. Jednym z największych wyzwań jest znalezienie sposobu na ochronę ludzi przed cząsteczkami o wysokiej energii, które w przeciwnym razie podniosłyby poziom promieniowania do niedopuszczalnych poziomów.

Na Ziemi ludzi chroni atmosfera, masa samej Ziemi i ziemskie pole magnetyczne. Na niskiej orbicie okołoziemskiej astronauci tracą ochronę atmosfery iw konsekwencji poziom promieniowania jest wyższy o dwa rzędy wielkości.

W głębokim kosmosie astronauci tracą ochronny wpływ masy Ziemi i jej pola magnetycznego, podnosząc poziom jeszcze pięć razy i przekraczając dopuszczalne granice, które ludzie są w stanie wytrzymać w ciągu mniej więcej 18 miesięcy, jakie zajęłoby dotarcie na Marsa lub asteroidy.

Oczywistym sposobem ochrony astronautów jest zastosowanie sztucznego pola magnetycznego, które odpędzałoby naładowane cząstki. Jednak wcześniejsze badania wykazały, że zwykłe magnesy byłyby zbyt duże i ciężkie, aby mogły być praktyczne podczas misji kosmicznej.

Jednak magnesy nadprzewodzące są mocniejsze, wydajniejsze i mniej masywne. Są znacznie lepszymi kandydatami do ochrony ludzi.

Jedynym problemem jest to, że nikt nie zbudował i nie przetestował magnesu nadprzewodzącego w kosmosie.

I tu właśnie pojawia się spektrometr Alpha Magnetic Spectrometer. Ta maszyna została zaprojektowana i zbudowana z nadprzewodnikowym magnesem, który może działać w kosmosie.

Teraz Battiston i spółka wykorzystali wiedzę i doświadczenie z budowy tej maszyny, aby zbadać, w jaki sposób można ją wykorzystać w misji kosmicznej dla ludzi. Wykorzystują na przykład oprogramowanie opracowane do symulacji zachowania magnesów nadprzewodzących w spektrometrze, aby zbadać, jak może działać system oceniany przez ludzi.

Symuluje to nie tylko pole magnetyczne, ale także generowane przez nie siły i ich rozkład, co jest ważnym czynnikiem w układach nadprzewodzących.

W szczególności porównują dwa różne projekty sposobu, w jaki przewody są nawijane na magnes – jeden przy użyciu zwykłych uzwojeń toroidalnych, a drugi przy użyciu uzwojenia podwójnego typu helisa.

Ich wniosek jest taki, że podwójna helisa oferuje znaczące korzyści ze względu na sposób, w jaki siły są w niej rozłożone. Wymagałyby one mniejszego wsparcia z zewnątrz, co zmniejszyłoby masę całego systemu.

To potencjalnie interesujący projekt – Międzynarodowa Stacja Kosmiczna zawsze była uważana za odskocznię do Układu Słonecznego, więc właściwe jest, aby jej technologia mogła stanowić podstawę przyszłych misji.

To jednak nie wszystko. Battiston i spółka nie wspominają, że po 15 latach projektowania i testowania kosztem 2 miliardów dolarów, system magnesów nadprzewodzących rzekomo nie mógł być wystarczająco niezawodny, aby latać w kosmosie. Ostatecznie musiał zostać pospiesznie zastąpiony magnesami trwałymi zaledwie kilka miesięcy przed wywiezieniem go w kosmos przez prom kosmiczny w zeszłym roku.

NASA i inne agencje kosmiczne zawsze wiedziały, że wysyłanie ludzi w kosmos jest trudne i kosztowne. To, czego nie zdołali pojąć, to fakt, że muszą wydawać coraz więcej, aby robić coraz mniej.

Spektrometr magnetyczny Alpha jest tego przykładem. Jedyną znaczącą nauką prowadzoną na ISS o wartości 100 miliardów dolarów jest spektrometr. A jedynym powodem, dla którego jest on podłączony do ISS, jest moc, której miała potrzebować do swojego oryginalnego projektu nadprzewodzącego: powiedziano nam, że tylko panele słoneczne na ISS mogą zapewnić wystarczającą ilość energii. Obecność ludzi jest mniej lub bardziej nieistotna.

Być może przyszłe systemy będą wystarczająco niezawodne, aby chronić ludzi. Mogą nawet być wystarczająco lekkie, aby można je było wystrzelić w kosmos. Ale nie wydaje się prawdopodobne, że można je zrobić na tyle tanio, aby było to uzasadnione w perspektywie krótko- lub średnioterminowej.

Oto podsumowanie: ludzie są drogim ładunkiem, który nie dodaje żadnej wartości, jeśli chodzi o naukę w kosmosie.

Przesłanie jest więc jasne – jeśli chcemy jak najlepszego zwrotu z naszych kosmicznych pieniędzy, lepiej będzie wysyłać roboty w dającej się przewidzieć przyszłości. I nie potrzebują żadnej ochrony magnetycznej – nadprzewodzącej lub innej.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1209.1907 : ARSSEM: Aktywna Tarcza Radiacyjna do misji eksploracji kosmosu

ukryć