Hunter
A NASA védőpajzsokat tervez az űrhajókra
Mivel egy több éves küldetés során az űrhajókat borító hagyományos alumínium burok nem sokat ér a sugárzás ellen, a NASA kutatói keményen dolgoznak az űrhajókat jobban védő új anyagok kifejlesztésén.
A NASA kutatói keményen dolgoznak, hogy minél közelebb kerüljenek az űrsugárzás problémájának megoldásához, ami a hosszú távú emberi űrexpedíciók legnagyobb kockázati tényezője. Egyes tudósok azonban megpróbálnak más alternatív irányokba is kutakodni az űrhajósok védelmében. Robert Youngquist, a NASA fizikusa, egyben a Kennedy Űrközpont KSC-Alkalmazott Fizikai Labor vezetője két kollégájával egy elektrosztatikus töltésen alapuló sugárzási pajzs életképességét tanulmányozza, ami még azelőtt hárítja el a káros, nagy energiájú részecskéket, hogy azok elérnék az űrhajót. Youngquist csapata egy úgynevezett többpólusú elektrosztatikus sugárzási pajzzsal felszerelt űrhajót álmodott meg.
A sugárzás ellen védő többpólusú elektrosztatikus pajzs koncepciós rajza
A sugárzásvédelem három, elektromosan töltött gömbből tevődik össze, melyek vonalat alkotnak a hajó tengelye mentén. A középső gömb, ami a legénységi modul közelében, vagy ahhoz csatlakoztatva helyezkedik el a gépen, pozitív töltéssel rendelkezne, míg a két külső gömb negatív töltést hordozna. Ez a kombináció elegendő lenne mind a nagy energiájú elektronok, mind a protonok visszaveréséhez, melyek máskülönben áthatolnának az űrhajón. "A technika kulcsa természetesen az energiaellátás lenne" - magyarázta Philip Metzger fizikus. "A főtényező a külső gömböket ellátó töltésmennyiség előteremtése."
A kutatók elmondása szerint a számítógépes szimulációk bebizonyították, hogy a elektrosztatikus pajzs képes lenne megvédeni az űrhajót. A módszer mindazonáltal nem lenne alkalmazható a Marson, ahol az elektrosztatikus mezők áramot vezetnének az atmoszférán keresztül, hasonló elektromos íveket eredményezve azokhoz, melyek a Földön a fénycsövekbe préselt gázt gyújtják meg. "A légkör rövidzárlatot okozna" - nyilatkozta Metzger.
Az űrhajótervezők védőpajzsként számításba vehetik a hajó saját kriogén folyadékait is, amennyiben a legénységi modul körül megfelelően rendezik el az anyagot tároló tartályokat. "A legtöbb esetben hajtóanyagként folyékony hidrogénre valamint vízre van szükség" - magyarázta Richard Wilkins, a NASA Alkalmazott Sugárzáskutatási Központjának vezetője. "Ezekről az anyagokról pedig köztudott, hogy kifejezetten alkalmasak a kozmikus sugárzás távoltartására."
Megoldás lehet a folyadéktartályok legénységi modul körüli elhelyezése is
A folyékony hidrogén atomjai különösen jók a sugárzás leárnyékolására, mivel amikor nagy energiájú sugárzással bombázzák őket, azok nem töredeznek másodlagos részecskékké, mint az a nehezebb elemeket például az ólmot jellemzi. A kutatók szerint ezek a másodlagos részecskék ugyanolyan ártalmasak, mint maga az űr sugárzása.
Wilkins neutronsugárral vízoszlopokat bombázott, hogy megállapítsa, hogyan jutnak át a részecskék a folyadékon és érnek el egy számlálót, ami az emberi szövetekre mért károsodást szimulálja. "Nagyjából azt láttuk, amire számítottunk" - mondta Wilkins, hozzátéve, hogy a neutronok szétszóródtak a folyadékos közegben.
Persze elsősorban a biztonságos kezelésüket illetően akadnak még kihívások a kriogén folyadékok védőpajzsként való alkalmazásában, de a kutatóknak jobban meg kell ismerniük a kozmikus sugarak és a Nap sugárzásának alapvető fizikáját is, hogy megfelelő műszaki terveket készíthessenek a jövő űrhajójáról. A világűr azonban nem az egyetlen hely, ahol az űrhajósoknak szembe kell nézniük a nagy energiájú részecskékkel.
A marsi űrruhának nem csak könnyűnek kell lennie, de a sugárzás és a viharok ellen is védenie kell
Egy Mars-séta során az űrruháknak is védelmet kell nyújtaniuk, mivel a bolygó nem rendelkezik olyan védelmet adó mágneses mezővel, mint a Föld. Ezen felül ellen kell állnia a porviharoknak és elég könnyűnek is kell lennie, hogy az űrhajósok érdemi munkát tudjanak végezni egy olyan bolygón, ahol a gravitáció egyharmada a Földön tapasztalhatóénak. "Valami olyanra van szükség, ami nem túl nehéz" - mondta Barry Patchett, a kanadai Alberta Egyetem anyagmérnöki tudományokkal foglalkozó professzora. "A súlykorlátozások az űrben, vagy akár a Holdon meg sem közelítik a Marsét."
Miközben a NASA kutatói jelenleg az új EVA űrruhákon dolgoznak, Patchett és hallgatói egy Mars expedíció követelményeit tartva szem előtt elvégezték saját tanulmányukat. A projekt végül egy 21 kilogrammos űrruhában öltött alakot, melyben 12 réteg védőanyag található, többek között új polimerek és egy külső réteg, amit úgy terveztek meg, hogy ne lépjen reakcióba a Mars homokviharai által felkavart elektrosztatikus porral.
A NASA kutatói keményen dolgoznak, hogy minél közelebb kerüljenek az űrsugárzás problémájának megoldásához, ami a hosszú távú emberi űrexpedíciók legnagyobb kockázati tényezője. Egyes tudósok azonban megpróbálnak más alternatív irányokba is kutakodni az űrhajósok védelmében. Robert Youngquist, a NASA fizikusa, egyben a Kennedy Űrközpont KSC-Alkalmazott Fizikai Labor vezetője két kollégájával egy elektrosztatikus töltésen alapuló sugárzási pajzs életképességét tanulmányozza, ami még azelőtt hárítja el a káros, nagy energiájú részecskéket, hogy azok elérnék az űrhajót. Youngquist csapata egy úgynevezett többpólusú elektrosztatikus sugárzási pajzzsal felszerelt űrhajót álmodott meg.
A sugárzás ellen védő többpólusú elektrosztatikus pajzs koncepciós rajza
A sugárzásvédelem három, elektromosan töltött gömbből tevődik össze, melyek vonalat alkotnak a hajó tengelye mentén. A középső gömb, ami a legénységi modul közelében, vagy ahhoz csatlakoztatva helyezkedik el a gépen, pozitív töltéssel rendelkezne, míg a két külső gömb negatív töltést hordozna. Ez a kombináció elegendő lenne mind a nagy energiájú elektronok, mind a protonok visszaveréséhez, melyek máskülönben áthatolnának az űrhajón. "A technika kulcsa természetesen az energiaellátás lenne" - magyarázta Philip Metzger fizikus. "A főtényező a külső gömböket ellátó töltésmennyiség előteremtése."
A kutatók elmondása szerint a számítógépes szimulációk bebizonyították, hogy a elektrosztatikus pajzs képes lenne megvédeni az űrhajót. A módszer mindazonáltal nem lenne alkalmazható a Marson, ahol az elektrosztatikus mezők áramot vezetnének az atmoszférán keresztül, hasonló elektromos íveket eredményezve azokhoz, melyek a Földön a fénycsövekbe préselt gázt gyújtják meg. "A légkör rövidzárlatot okozna" - nyilatkozta Metzger.
Az űrhajótervezők védőpajzsként számításba vehetik a hajó saját kriogén folyadékait is, amennyiben a legénységi modul körül megfelelően rendezik el az anyagot tároló tartályokat. "A legtöbb esetben hajtóanyagként folyékony hidrogénre valamint vízre van szükség" - magyarázta Richard Wilkins, a NASA Alkalmazott Sugárzáskutatási Központjának vezetője. "Ezekről az anyagokról pedig köztudott, hogy kifejezetten alkalmasak a kozmikus sugárzás távoltartására."
Megoldás lehet a folyadéktartályok legénységi modul körüli elhelyezése is
A folyékony hidrogén atomjai különösen jók a sugárzás leárnyékolására, mivel amikor nagy energiájú sugárzással bombázzák őket, azok nem töredeznek másodlagos részecskékké, mint az a nehezebb elemeket például az ólmot jellemzi. A kutatók szerint ezek a másodlagos részecskék ugyanolyan ártalmasak, mint maga az űr sugárzása.
Wilkins neutronsugárral vízoszlopokat bombázott, hogy megállapítsa, hogyan jutnak át a részecskék a folyadékon és érnek el egy számlálót, ami az emberi szövetekre mért károsodást szimulálja. "Nagyjából azt láttuk, amire számítottunk" - mondta Wilkins, hozzátéve, hogy a neutronok szétszóródtak a folyadékos közegben.
Persze elsősorban a biztonságos kezelésüket illetően akadnak még kihívások a kriogén folyadékok védőpajzsként való alkalmazásában, de a kutatóknak jobban meg kell ismerniük a kozmikus sugarak és a Nap sugárzásának alapvető fizikáját is, hogy megfelelő műszaki terveket készíthessenek a jövő űrhajójáról. A világűr azonban nem az egyetlen hely, ahol az űrhajósoknak szembe kell nézniük a nagy energiájú részecskékkel.
A marsi űrruhának nem csak könnyűnek kell lennie, de a sugárzás és a viharok ellen is védenie kell
Egy Mars-séta során az űrruháknak is védelmet kell nyújtaniuk, mivel a bolygó nem rendelkezik olyan védelmet adó mágneses mezővel, mint a Föld. Ezen felül ellen kell állnia a porviharoknak és elég könnyűnek is kell lennie, hogy az űrhajósok érdemi munkát tudjanak végezni egy olyan bolygón, ahol a gravitáció egyharmada a Földön tapasztalhatóénak. "Valami olyanra van szükség, ami nem túl nehéz" - mondta Barry Patchett, a kanadai Alberta Egyetem anyagmérnöki tudományokkal foglalkozó professzora. "A súlykorlátozások az űrben, vagy akár a Holdon meg sem közelítik a Marsét."
Miközben a NASA kutatói jelenleg az új EVA űrruhákon dolgoznak, Patchett és hallgatói egy Mars expedíció követelményeit tartva szem előtt elvégezték saját tanulmányukat. A projekt végül egy 21 kilogrammos űrruhában öltött alakot, melyben 12 réteg védőanyag található, többek között új polimerek és egy külső réteg, amit úgy terveztek meg, hogy ne lépjen reakcióba a Mars homokviharai által felkavart elektrosztatikus porral.