הדחף הגדל לקרינת קוסמית

בעוד האנושות מציבה את המראות שלה על משימות חלל ארוכות ושאפתניות יותר – האטה אל הירח, הקמת נוכחות מתמשכת במסלול כדור הארץ נמוך, ובסופו של דבר שולחת צוותים למאדים – אחד האיומים המתמשכים והמסוכנים ביותר הוא קרינה קוסמית.בניגוד לכדור הארץ, שבו השדה המגנטי והאטמוספירה מספקים שמיכה מוגנת, חלליות וצוותיהם חשופים לשטף מתמשך של חלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה: גלקטיים (GCRS) והשפעות הרסניות גבוהות יותר של סרטן גרעיניות (R) ואפקטים) של מחלות אורכותרות) ואפקטים וסרטן עורכותרות (Ricial) ואפקטים ואפקטים ואפקטים (Ratearectedial) עלולות ואפקטים) של מחלות סולריות (Ricial) ואפקטים ואפקטים) של מחלות סולריות (Ricialים ואפקטים (Ratertericial) עלולות) של מחלות סולריות (Ratericial (Ricial) ואפקטים) של מחלות סולריות (Ratelephicialות) של מחלות סולמותרפיות) של מחלות סולריות (Ratephicial (Ratelephicial) ואפקטים) ואפקטים ואפקטים ו

מגן פסיבי מסורתי - שכבות של אלומיניום, מים, או פוליאתילן - מולר תואר הגנה אבל בעונש מסה חמור. עבור משימות חלל עמוק, נושאת מספיק הגנה פיזית כדי להפחית משמעותית את שיעור המינון יהיה להגדיל באופן דרסטי את עלויות ההשקה ואת יכולת עומס ההקצאה של המציאות הזאת הובילה חוקרים לחקור טכנולוגיות מגן פעיל כי להשתמש בשדות מגנטיים וחשמליים כדי לפענח או להדוף חלקיקים לפני שהם מגיעים לצוותים שעלולים לחקות מנגנונים ממגנטיים, כדי להתאים את המנגנונים אלה, לתקן את המנגנונים מגנים, ולת, לתקן את המנגנונים מגנים, ולתיקים המבוססים על ידי מנגנונים מגנים, ולתיקים, ולת, כדי לתקן את המנגנונים מגנים, כדי לתקן את המנגנונים מגנים, כדי לתקן את המנגנונים מגנים, כדי לתקן את המנגנונים מגנים, ולתיקים המבוססים על ידי מנגנונים מגנים, כדי לתקן את המנגנונים מגנים, כדי לתקן את המנגנונים מגנים, כדי לתקן את המנגנונים מגנים, כדי לתקן את המנגנונים מגנים, כדי לתקן את המנגנונים מגנים, כדי לתקן את המנגנונים מגנים, כדי לתקן את המנגנונים מגנים, כדי לתקן את המנגנונים מגנים באופן פוטנציאלי, כדי לתקן את המנגנונים מגנים, כדי לתקן את המנגנונים

הבנת הסביבה של קרינת החלל

כדי להעריך את האתגר, זה עוזר להבין מה מתמודדים אסטרונאוטים.

Rays קוסמים גלקטיים (GCR)

GCRs הם פרוטונים אנרגטיים מאוד, חלקיקי אלפא, ו גרעיניים כבדים (למשל, ברזל, פחמן, חמצן) כי שטח בין כוכבי הלכת שלהם נע בין עשרות מ"ר / ניוון עד כמה GeV / ניוטון - הרבה מעבר למה מגינים פיזיים טיפוסיים יכולים לעצור.

חלקיקים צמחיים (SEPs)

SEPs, בעיקר פרוטונים חלקיקים אלפא עם אנרגיות עד כמה מאות MeV, מגיעים להתפרצויות שעות ארוכות עד ימים לאחר התפרצויות סולאריות או זרמי מסה כליליים. אירוע SEP גדול יכול לספק מנה קטלנית בתוך זמן קצר אם אסטרונאוטים אינם מוגנים.בניגוד GCRs, SEPs קל יותר להגן מפני חומר פסיבי, אבל המסה הנדרשת עבור "סופת" הוא עדיין משמעותי חיסכון פעיל, רק בזמנים של כוח.

השפעות ביולוגיות

החששות העיקריים מחשיפה לקרינה בחלל הם אינדוקציה לסרטן (אפקטים אקסטוציוניסטים) ואפקטים ⁇ סטיים כגון נזק למערכת העצבים המרכזית, מערכת לב וכלי דם, ועדשה אורת-על-ידי נאס"א, תיעדו כי שיעור המינון על משימת מאדים יכול לגשת למגבלות החשיפה הקריירה שנקבעו כיום לאסטרונאוטים - מה שהופך צורה מסוימת של הגנה מתקדמת של דרישה בלתי-נית למשימות ארוכות טווח או יותר של שנה.

כיצד פועל מגן מגנטי

מגן מגנטי מנצל את כוח לורנץ, אשר פועל על חלקיק טעון לעבור דרך שדה מגנטי. כאשר פרוטון טעון חיובי נוסע perpendicular לקו השדה המגנטי, הוא חווה כוח חודר הן מהירות והן לכיוון השדה, מה שגורם לו לספירלה וייתכן לפנות את השטח המגנטי של 1CR הוא רק מטר מגנטי של 1GR.

עקבו אחרי Electromagnets

מגן מגנטי מעשי עבור חללית מסתמכ על אלקטרומגנטים על מוליכים על מנת ליצור שדה חזק, מתמשך ללא צריכת חשמל עצום.חומרים מורכבים נפוצים (למשל, חנקיום-טינום או חנקיום-טין) חייב להיות קריר כדי לטמפרטורות Cryogenic, בדרך כלל מתחת 10 K. התקדמות לאחרונה במוליכים על-טבעיים (למשל, YB) לפעול סביב חנקן חלקיקים, כגון: חנקן מגנטיים, כלומר, כגון: חנקן מגנטיים, או חנקן, כלומר, אשר לעתים קרובות יותר מלמטה, כגון: חנקן מגנטיים, כגון: חנקן מגנטיים, כגון: חנקן, 000 חנקן חנקן מגנטיים, 000 חנקן מגנטיים, 000 חנקן מגנטיים, 000 חנקן מגנטיים, 000 חנקן מגנטיים, 000 חנקן חנקן חנקן, 000 חנקן, 000 חנקן חנקן חנקן חנקן חנקן, לעתים קרובות יותר ממושכים מאוד, 000 חנקן חנקן חנקן, 000 חנקן חנקן חנקן, 000 חנקן חנקן חנקן חנקן חנקן חנקן

מגנטי שדה גיאומטריה ומשקל

הגיאומטריה של השדה המגנטי היא קריטית.סולנואיד פשוט מייצר שדה אחיד בתוך אבל שדה דיפול חזק בחוץ שיכול לתקשר עם אלקטרוניקה חללית וכלי רגיש. A toroidal תצורה (כמו סליל בצורת דווט) מגביל את השדה אל הסביבה של הבועות, צמצום שדות מקודדים על ידי צוות מגן קטן (FLT:0A Innovatives) לעומת מספר מינימלי של הגנה על ידי צוות מ"מגנטי"ממד מספר 1 מנגן"מ"ל.

כיצד פועל שדה חשמלי

מגן שדה חשמלי, הידוע גם כמגן אלקטרוסטטי, משתמש פוטנציאל גבוה לדחיית חלקיקים של אותו סימן.אם החללית הואשם למתח חיובי גבוה (למשל, +100 kV), טנטוןים טעונים חיובי נדחים וחיוביים באופן חיובי אלקטרונים טעונים שלילי נמשכים. כי תא הצוות יהיה בתוך כלוב התנהגותי, הפנים נשאר בטוח בפוטנציאל של כוח על פני השטח הוא לטעון את החלקיק החשמלי על פני השטח.

דרישות ועוצמה

כדי לעצור 100 מ"ו פרוטון, למשל, החללית תצטרך פוטנציאל על סדר 100-200 kV יחסית פלזמה הסובבת, שמירה על המתח הזה בוואקום של החלל הוא מאתגר כי החללית תסוף באופן טבעי את המטען מהפלזמה הממוקדת, והשדה הגבוה עשוי לגרום להתמוטטות או להתמוטטות שדה אחד הוא להשתמש במבנה "מגן פעיל" רב-שכבתי, אשר יוצר באופן טבעי פוטנציאל של חלקיקים מטבוליים (FD2) ו-Fecting בהדרגה, לאחר מכן, כלומר, כלומר, לאחר מכן, כלומר, לאחר מכן, שטף מגנטי (FD2 מגנטי).

יתרונות ומשיכת

הגנה חשמלית יכולה להיות קלה יותר מאשר מגנטית מגן כי זה דורש רק דור גבוה ולא גדול superconducting סלילים. זה גם מאפשר שליטה דינמי: המתח יכול להיות מותאם בזמן אמיתי מבוסס על פלוקס קרינה. עם זאת, הגנה חשמלית היא פחות יעילה נגד חלקיקים נייטרליים או נויטרונים, ואת המתחים המגנטיים הגבוהים מציבים סיכונים לצוותים וציוד.

יתרונות מרכזיים מעל מגן פסיבי מסורתי

  • (FLT:0) ,Reduced MassFLT:1: מגן מבוסס שדה יכול להשיג הפחתה דומה או טובה יותר של מינון עם חלק של המסה. A toroidal superconducting מגנטי במשקל 1-3 טון יכול לספק העצמה שווה ל 10 עד 20 טון של פוליאתילן או מים.
  • (FLT:0) הגנה חיובית על מערכות פעילות יכולות להיות מופעלות במהלך אירועים סולאריים וניתוק במהלך תקופות שקטות, חיסכון בכוח והגדלת חיי הרכיב.
  • (FLT:0) קרינה שנייה מקרינה שנייה מ-II: שלא כמו מגן פסיבי, אשר יוצר קרני נויטרונים משניים ו gamma מאינטראקציות גרעיניות, השתקפות מגנטית אינה יוצרת חלקיקים משניים משמעותיים - החלקיקים הם רק מונעים.
  • (FLT:0) אינטגרציה עם Spacecraft SystemsFirLT:1; מגנטים סופר-מוליכים ניתן לשלב אלמנטים מבניים כגון קירות בית גידול מנופחים או את החללית.מערכת הקירור למגנטים יכול לשתף קריאות עם מכשירים מדעיים אחרים או אחסון דלק.
  • (FLT:0)פונטני של Power GenerationFLT:1: השדה המגנטי החזק הנדרש למגן יכול לשמש גם ליצירת חשמל באמצעות עקרונות מגנטיודינמיקה (MHD) אם החללית עוברת דרך פלזמה קוסמית, אם כי זה נשאר טבילה.

אתגרים טכניים ומבצעיים

למרות ההבטחה שלהם, טכנולוגיות הגנה מבוססות שדה מתמודדות עם מכשולים משמעותיים לפני שהן יכולות לטוס על משימות מבצעיות.

ניהול חשמל וניהול חום

בעוד מגנטים מורכבים עצמם לא לצרוך כוח ברגע שהשדה הוקם (מצב מעורר), הטעינה הראשונית ואת כיגורים הדרושים כדי לשמור על טמפרטורות Cryogenic דורשים אנרגיה משמעותית. מערכת כוח חלל טיפוסי (טווח קילווואט) לא יכול להיות מספיק.עבור הגנה חשמלית, שמירה על מאות קילולובטים בזרם נמוך גם דורש אנרגיה מבודדת ואספקה בחיתול.

אינטראקציה מגנטית

שדות מגנטיים חזקים יכולים להפריע ל-Avionics חלליות, מכשירים רגישים ובריאות צוות.שדה 1 T ליד הצוות יכול להשפיע על קוצני לב, לגרום זרמים אדדי, ושיבוש תצוגות.מגן מגנטי של אלקטרוניקה (מסגרים אטומיים) ומגבלות שדה תקין (גאומטריה טוראידית) נדרשים אינטראקציה עם השדה המגנטי או השמש של כדור הארץ עשוי לייצר שקעים כי יש צורך על ידי כוחות מגנטיים עדיין מעבר לשדה מגנטיים, אך עדיין רלוונטי.

קוהינג ובטיחות

אם מגנט מוליכים על-ידי quenches (מאבדים מוליכות על-ידי טמפרטורות או הלם מכני), האנרגיה המאוחסן נזרקת כחום, עלולה להזיק לחליפים ולשחרר כוח מגנטי מסוכן.מערכות רדונדנט, מעגלי הגנה quench, ותמיכה מכנית חזקה נדרשים. במגן חשמלי, פריקה פתאומית עלולה להזיק אלקטרוניקה או לפגוע צוות לא בטוח הם אזור פעיל.

חומר Degradation

מוליכים את עצמם כפופים לנזקי קרינה מן החלקיקים שהם מרתיעים. Neutron ו gamma fluxes יכול להפיג את הדחיסות הנוכחית הקריטית של superconductors לאורך זמן.מגן הרוחות עם חומרים קלים מוסיף מסה אבל ייתכן שיהיה צורך למשימות ארוכות.

מחקר עדכני ועתיד קצר

כמה סוכנויות חלל וקבוצות מחקר מתקדמות לקידום טכנולוגיות הגנה מגנטיות וחשמליות.

נאס"א:0 קרינת מגן (ARESIRFLT) תוכנית 1:1 חקר הן אפשרויות מגנטיות וחשמליות. מושג בולט הוא "מגן מגנטי לצוות" באמצעות סדרה של גלאומטריה גבוהה דמוית-טמפרטורה גבוהה המוליכים למחצה, יחד עם שכבת חומר פסיבית חיצונית כדי להתמודד עם חלקיקים דלת אנרגיה נמוכה.

מחקר ה- Superconducting Shield

ESA מממן מחקרים על מערכת מגנטית על מוליכים על פני 4astronaut מאדים גידול תחבורה.העיצוב משתמש סליל טורידי של מגנזיום diboride (MgB2) סופרconductor, אשר יכול לפעול ב 20-30 K ומציע צפיפות נוכחית גבוהה יחסית.המערכת מיועדת להיות קל משקל (1.5 t), ואת הקירור ה Cryogenic מסופק על ידי שילוב של קריאות מאוחסנות ובשרת על ידי מטהר קטן של חלקיק כדי לבנות על ידי חלקיק אחד מ- 3 גרם מרכזי כדי להיות מ- GCR הוא סימן ראשון של הפחתה של הפחתה של צוות כמעט לחלוטין.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

אבטיפוסים חשמליים בקנה מידה קטן נבדקו בתאי הריק, המוכיחים כי צלחת טעון חיובי יכול לפענוח פרוטונים.עם זאת, דרוג חללית מלאה ניצב בפני אתגרים עם התמוטטות מתח בפלזמה המרחבית.יש חוקרים מציעים באמצעות שילוב של שדות חשמליים ומגנטיים ב"בועה פלסמה" שבו החללית הופכת גוף טעון מוקף פלזמה מגנטית מוגבלת.

מסקנה: A Shield for the Next Great Expeditions

סביבת הקרינה הקשה מעבר למסלול כדור הארץ הנמוך היא מחסום שלא ניתן להתעלם ממנו.שדה מגנטי וחשמלי מציע מסלול להגנת בריאות הצוות ללא הטלת עונשים המוניים האוסרים על קירות פסיביים מסורתיים, בעוד שההנדסה היא בלתי ניתנת להכחשה – קריאות, מתחים גבוהים, אינטראקציות שדה ובטיחות – התקדמות יציבה נעשית בטכנולוגיה העל-מוליכים, מערכות כוח, ויכולות סימולציה.

בטווח הקרוב, נראה כי גישה היברידית היא ככל הנראה: מגן מגנטי ראשוני עבור GCRs שהושלם על ידי מגן חשמלי או מקלט סופת פורסה לאירועים SEP.מערכת כזו ניתן לבדוק על פני הירח או בתחנת סנטורטר לפני המשולבת לתוך רכב מעבר חלל עמוק.