Kosmiczne podróże to zawsze ogromne ryzyko — na Ziemi ludzi chroni nasza własna magnetosfera, jednak poza nią musimy radzić sobie inaczej. Uczestnicy przyszłych misji kosmicznych będą musieli zmierzyć się z niebezpiecznym promieniowaniem kosmicznym, a to wcale nie jest prosta sprawa.
Coraz częściej mówi się o planach długoterminowych misji, w tym o podróżach na Marsa. Jednak przed załogami takich misji stoi niebezpieczeństwo, którego nie można lekceważyć: promieniowanie kosmiczne. Przyjmijmy, że załogowa misja na Marsa będzie trwała około 6 miesięcy, co jest typowym przybliżeniem dla planowanych misji na Marsa. W przypadku promieniowania kosmicznego możemy użyć typowej wartości, którą podają agencje kosmiczne, tj. około 0,3-0,6 siwerta (Sv) na rok w przestrzeni kosmicznej, ale ta wartość może być zmienna w zależności od aktualnej aktywności słonecznej.
Polecamy na Geekweek: Tak wygląda nasza wiadomość dla obcych. „Jesteśmy tutaj”
Dla celów tego przykładu użyjmy wartości 0,5 Sv na rok jako uśrednionego poziomu promieniowania kosmicznego. Zatem dla misji trwającej 6 miesięcy (czyli 0,5 roku), dawka promieniowania wyniosłaby zawrotne 0,25 Sv — przy założeniu, że kosmicznych podróżników nie chroni absolutnie nic. Dla zobrazowania, z jak ogromnym wyzwaniem mamy do czynienia, spróbujmy ocenić, o ile procent należałoby zmniejszyć dawkę promieniowania w trakcie trwania misji na Marsa.
Najpierw powinniśmy powiedzieć sobie, jaka dawka promieniowania jest bezpieczna dla ludzi. Standardowa wartość graniczna dawki promieniowania dla pracowników niewykwalifikowanych wynosi 1 millisievert (!) rocznie, podczas gdy dla pracowników, którzy są bardziej narażeni na promieniowanie (np. niektórzy pracownicy elektrowni jądrowych), może wynosić do 20 mSv rocznie.
W przytoczonym założeniu dawka promieniowania dla misji trwającej 6 miesięcy wynosi 0,25 Sv. (bez żadnych osłon) Aby obliczyć, o ile procent należy zmniejszyć tę dawkę, aby mieściła się w granicach bezpieczeństwa, możemy porównać ją z dopuszczalną wartością dla pracowników niewykwalifikowanych (1 mSv/rok).
Dla celów tej analizy skoncentrujmy się na wartości dopuszczalnej dla pracowników niewykwalifikowanych, co daje nam wartość 0,5 mSv na połowę roku. Dzielimy 0,25 Sv przez 0,001 Sv i w celu odniesienia do procentów, mnożymy przez 100. Musimy zmniejszyć dawkę promieniowania o 25000%, aby taka misja była w pełni bezpieczna. Prawdopodobnie nie będzie to możliwe w takim stopniu, ale możemy próbować — wiele wskazuje, że wkrótce będziemy w stanie doprowadzić do znacznych redukcji, które w efekcie mogą doprowadzić do tego, że taka misja będzie bezpieczna dla jej uczestników. Natomiast, gdybyśmy chcieli zastosować maksymalną dawkę dla pracowników wykwalifikowanych — musielibyśmy obniżyć dawkę o 1250%. W dalszym ciągu sporo, ale być może już do osiągnięcia.
Promieniowanie kosmiczne występuje w dwóch głównych odmianach. Jednym z nich źródeł jest... nasze Słońce, które odpowiada za tzw. rozbłyski lub koronalne wyrzuty masy, które mogą emitować potężne strumienie naładowanych cząstek, głównie protonów. Są one niebezpieczne, jednak stosunkowo łatwo jest się przed nimi uchronić, ponieważ większość tych cząstek jest niskoenergetyczna i może zostać zatrzymana przez stosunkowo proste osłony, takie jak schrony kosmiczne typu Orion.
Jednak prawdziwym wyzwaniem jest promieniowanie pochodzące spoza Układu Słonecznego. To głównie cząstki o bardzo wysokich energiach, które są niezwykle trudne do zatrzymania. Te mogą przeniknąć przez większość osłon. Na Ziemi skutecznie chronią nas: magnetosfera i atmosfera. W celu rozwiązania tego problemu, naukowcy i inżynierowie od dawna poszukują skutecznych metod osłaniania przed promieniowaniem kosmicznym. Jedną z propozycji jest wykorzystanie aktywnych osłon, które mogą odbijać naładowane cząstki, podobnie jak robi to pole magnetyczne Ziemi.
Stworzenie skutecznych aktywnych osłon nadal pozostaje wyzwaniem. W przeszłości proponowano różne koncepcje, w tym ekranów plazmowych, elektrostatycznych i magnetycznych. Jednak żadna z tych technologii nie była wystarczająco rozwinięta, aby z powodzeniem zastosować ją w długotrwałych misjach kosmicznych. Obecnie, przygotowując się do przyszłych misji na Marsa i inne długie podróże w kosmosie, agencje kosmiczne w porozumieniu prowadzą prace nad doskonaleniem osłon. Na razie na prowadzeniu znajdują się osłony elektrostatyczne.
Badania przeprowadzone przez naukowców z NASA wykazały, że osłony elektrostatyczne mogą być skuteczne w znaczącej redukcji promieniowania kosmicznego. Poprzez zastosowanie odpowiednio rozmieszczonych elektrod, osłony te mogą przyciągać lub odpychać napływające cząstki, zmniejszając ich prędkość i ryzyko penetracji dodatkowych materiałów osłonowych. Nigdy nie może być jednak "zbyt idealnie", więc i tutaj musimy liczyć się z pewnymi wadami tego rozwiązania. Jednym z głównych problemów jest ich ogromne zapotrzebowanie na energię elektryczną, aby utrzymać ich skuteczność. Dodatkowo masa tych osłon jest niemała, a koszty... cóż. Zawrotne.
Naukowcy są jednak zadziwiająco optymistyczni co do przyszłości osłon elektrostatycznych. Kontynuują badania nad zmniejszeniem zużycia energii oraz nad sposobami integracji tych osłon z innymi systemami statków kosmicznych, by nieco zmniejszyć ich masę oraz koszty implementacji.
Istotne zagrożenia wynikające z narażenia na promieniowanie kosmiczne napędza pęd ku poszukiwaniu skutecznych metod ochrony przed nim i pozostaje priorytetem dla agencji kosmicznych, czy naukowców na całym świecie. Osłony elektrostatyczne wydają się być jednym z obiecujących rozwiązań, ale to nie jest jedyna z propozycji.
Oprócz osłon elektrostatycznych naukowcy rozważają także inne pomysły na ochronę przed promieniowaniem kosmicznym. Jednym z nich jest wykorzystanie ekranów plazmowych, które mogą być skuteczne w odpychaniu naładowanych cząstek. Naukowcy przedstawiali także zalety osłon magnetycznych, które są w stanie "odchylić" cząstki od statków kosmicznych podobnie, jak nasza magnetosfera. Niestety, żadna z nich nie zbliżyła się poziomem zaawansowania dla osłon elektrostatycznych. Wiele wskazuje na to, że zanim w ogóle pomyślimy o locie na Marsa, musimy zadbać wpierw o kwestię promieniowania kosmicznego — bez tego, kosmonauci będą musieli liczyć się z poważnymi skutkami zdrowotnymi.
Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu
