Ilustracja artysty osłony elektromagnetycznej, która może chronić astronautów. Źródło zdjęcia: Hubble. Kliknij, aby powiększyć.
Przyciągają przeciwne ładunki. Jak ładunki odpychają. To pierwsza lekcja elektromagnetyzmu i pewnego dnia może uratować życie astronautów.
Wizja NASA dotycząca eksploracji kosmosu wzywa do powrotu na Księżyc w ramach przygotowań do jeszcze dłuższych podróży na Marsa i dalej. Ale istnieje potencjalna przeszkoda: promieniowanie.
Przestrzeń poza orbitą niskiej Ziemi jest zalana intensywnym promieniowaniem ze Słońca i z głębokich źródeł galaktycznych, takich jak supernowe. Astronauci w drodze na Księżyc i Marsa będą narażeni na to promieniowanie, zwiększając ryzyko zachorowania na raka i inne choroby. Ważne jest znalezienie dobrej tarczy.
Najczęstszym sposobem radzenia sobie z promieniowaniem jest po prostu fizyczne zablokowanie go, tak jak robi to gruby beton wokół reaktora jądrowego. Ale tworzenie statków kosmicznych z betonu nie wchodzi w grę. (Co ciekawe, możliwe byłoby zbudowanie bazy księżycowej z betonowej mieszanki pyłu księżycowego i wody, jeśli można znaleźć wodę na Księżycu, ale to inna historia.) Naukowcy z NASA badają wiele materiałów blokujących promieniowanie, takich jak aluminium, zaawansowane tworzywa sztuczne i ciekły wodór. Każdy ma swoje zalety i wady.
To wszystko są rozwiązania fizyczne. Jest inna możliwość, bez substancji fizycznej, ale z dużą mocą ekranującą: pole siłowe.
Większość niebezpiecznego promieniowania w kosmosie składa się z elektrycznie naładowanych cząstek: szybkich elektronów i protonów ze Słońca oraz masywnych, dodatnio naładowanych jąder atomowych z odległych supernowych.
Jak ładunki odpychają. Dlaczego więc nie chronić astronautów, otaczając ich silnym polem elektrycznym, które ma taki sam ładunek jak promieniowanie przychodzące, tym samym odchylając promieniowanie?
Wielu ekspertów sceptycznie odnosi się do tego, że można wytwarzać pola elektryczne w celu ochrony astronautów. Jednak Charles Buhler i John Lane, obaj naukowcy z ASRC Aerospace Corporation z Kennedy Space Center NASA, uważają, że da się to zrobić. Otrzymali wsparcie od NASA Institute for Advanced Concepts, którego zadaniem jest finansowanie badań dalekich pomysłów, w celu zbadania możliwości ekranów elektrycznych dla baz księżycowych.
„Wykorzystywanie pól elektrycznych do odpychania promieniowania było jednym z pierwszych pomysłów w latach 50. XX wieku, kiedy naukowcy zaczęli przyglądać się problemowi ochrony astronautów przed promieniowaniem” - mówi Buhler. „Szybko jednak porzucili ten pomysł, ponieważ wydawało się, że potrzebne są wysokie napięcia i niewygodne konstrukcje, które według nich były konieczne (na przykład umieszczenie astronautów w dwóch koncentrycznych metalowych kulach) sprawiłyby, że taka elektryczna osłona byłaby niepraktyczna”.
Podejście Buhlera i Lane'a jest inne. Zgodnie z ich koncepcją baza księżycowa miałaby około pół tuzina nadmuchiwanych, przewodzących kulek o szerokości około 5 metrów zamontowanych nad podstawą. Kulki byłyby wówczas ładowane do bardzo wysokiego potencjału elektrostatyczno-statycznego: 100 megawoltów lub więcej. Napięcie to jest bardzo duże, ale ponieważ przepływ prądu byłby bardzo niewielki (ładunek stałby statycznie na sferach), do utrzymania ładunku nie byłby potrzebny zbyt duży prąd.
Kule byłyby wykonane z cienkiej, mocnej tkaniny (takiej jak Vectran, której użyto do balonów do lądowania, która amortyzowała uderzenie w łazikach eksploracyjnych Marsa) i byłyby pokryte bardzo cienką warstwą przewodnika, takiego jak złoto. Kulki z tkaniny można złożyć do transportu, a następnie napompować, po prostu ładując je ładunkiem elektrycznym; podobne ładunki elektronów w warstwie złota odpychają się i zmuszają sferę do rozszerzania się na zewnątrz.
Umieszczenie kul daleko nad głową zmniejszyłoby niebezpieczeństwo dotykania ich przez astronautów. Starannie dobierając rozmieszczenie kulek, naukowcy mogą zmaksymalizować ich skuteczność w odpychaniu promieniowania, jednocześnie minimalizując ich wpływ na astronautów i sprzęt na ziemi. W niektórych projektach pole elektryczne netto na poziomie gruntu wynosi zero, co zmniejsza potencjalne ryzyko dla zdrowia wynikające z działania tych silnych pól elektrycznych.
Buhler i Lane wciąż szukają najlepszego ustawienia: część wyzwania polega na tym, że promieniowanie występuje zarówno jako cząsteczki naładowane dodatnio, jak i ujemnie. Kule muszą być rozmieszczone w taki sposób, aby pole elektryczne było, powiedzmy, ujemne znacznie powyżej podstawy (w celu odparcia cząstek ujemnych) i dodatnie bliżej ziemi (w celu odparcia cząstek dodatnich). „Symulowaliśmy już trzy geometrie, które mogą działać”, mówi Buhler.
Buhler wyobraża sobie, że przenośne konstrukcje mogą być nawet montowane na „łazikach księżycowych”, aby zapewnić ochronę astronautom podczas eksploracji powierzchni.
Brzmi wspaniale, ale jest jeszcze wiele problemów naukowych i inżynieryjnych do rozwiązania. Na przykład sceptycy zauważają, że tarcza elektrostatyczna na Księżycu jest podatna na zwarcie przez unoszący się pył księżycowy, który sam jest ładowany przez słoneczne promieniowanie ultrafioletowe. Wiatr słoneczny wiejący przez tarczę również może powodować problemy. Elektrony i protony na wietrze mogą zostać uwięzione przez labirynt sił tworzących tarczę, prowadząc do silnych i niezamierzonych prądów elektrycznych tuż nad głowami astronautów.
Badania są wciąż wstępne, podkreśla Buhler. Pył księżycowy, wiatr słoneczny i inne problemy są wciąż badane. Być może inny rodzaj ekranu działałby lepiej, na przykład nadprzewodzące pole magnetyczne. Te dzikie pomysły jeszcze się nie rozwiązały.
Ale kto wie, może kiedyś astronauci na Księżycu i Marsie będą bezpiecznie pracować, chronieni prostą zasadą elektromagnetyzmu, którą nawet dziecko może zrozumieć.
Oryginalne źródło: [chronione przez e-mail]
