השפעת הקרינה של ואן אלן על אמצעי בטיחות לטיסה לחלל

ואן אלן בלטס: גדר קרינה טבעית לטיסה לחלל

חגורה ואן אלן הם שני אזורים טורצנטריים של חלקיקים טעונים אנרגטיים המוחזקים במקום על ידי השדה המגנטי של כדור הארץ.גלו בשנת 1958 על ידי ג'יימס ואן אלן וצוותו באמצעות נתונים של לוויין אחד של Explorer 1, חגורות אלה מייצגות את אחד הסיכונים הטבעיים המשמעותיים ביותר עבור כל משימה שסיכון לקרינה אלקטרונית או לקרינה מתקדמת מעבר למסלול נמוך של כדור הארץ, הבנת הטבע, הגמישות, ונטיעת חגורת בטיחות של חגורת השמש היא רק סיכון כפול, לאיום, ולא סיכון בטוח יותר, אלא גם לקרינה רדיואקטיבית, אלא גם לקרינה בטוחה יותר, לקרינה, ולא פחות, אלא גם לקרינת מאדים, לסיכון בטוח יותר, לקרינת מאדים, לקרינה בטוחה יותר, לסיכון מוקדם יותר, לקרינה בטוחה יותר, לקרינה בטוחה יותר, לקרינה בטוחה יותר, לסיכון בטוח יותר, לקרינה, לקרינה בטוחה יותר, לקרינה, לקרינה בטוחה יותר, לקרינה מהירה יותר, לקרינה בטוחה יותר, לקרינה בטוחה יותר, לקרינה בטוחה יותר, לקרינה בטוחה יותר, לקרינה בטוחה יותר, לקרינה מהירה יותר, לקרינה בטוחה יותר, לקרינה, לקרינה בטוחה יותר, לקרינה, לקרינה מהירה יותר, לקרינה בטוחה יותר, לקרינה בטוחה יותר, מעבר

חגורות אינן סטטיות.עוצמתן והיקף המרחבי שלהן משתנות עם פעילות השמש, סופות גיאומגנטיות, ואפילו הזמן של היום.משימה זו של כוחות התנהגות דינמיים, מתכנן לאמץ גישות גמישות, מונעות נתונים לבטיחות אסטרונאוטים.במשך העשורים, שילוב של הגנה, אופטימיזציה של מסלול, ניטור בזמן אמת הוכיח יעילות, אבל כמשימות לדחוף עמוק יותר לחלל, הצורך במתחרים מתקדמים יותר.

הפיזיקה של ואן אלן Belt קרינה

כדור הארץ & #8217; השדה המגנטי, או מגנטי, פועל כמו בקבוק מגנטי ענק. חלקיקים מופקדים מן הרוח השמש וקרני קוסמים לכודים לאורך קווי שדה, מתפתלים הלוך ושוב בין נקודות מראות ליד הקוטבים.החגורה הפנימית, המשתרעת מ-1,000 עד 12,000 ק"מ, נשלטת על ידי שפע של אנרגיה גבוהה (עם עד מאות נקודות מראה ליד הקוטבים.

ספקטרום וספקטרה אנרגיה

הסביבה הקרינה בחגורת קרינת היא הרבה יותר אינטנסיבית מאשר רקע קרינת גלקסיות קוסמיות גלקטיות.בחגורה הפנימית, פלוקסים פרוטון יכולים לעלות על 1003FLT:0403FLT:1 חלקיקים לסנטימטר רבוע לשנייה עבור אנרגיות מעל 10 MeV. אלה פרוטונים שמקורם אינטראקציות קוסמיות ray עם האווירה העליונה ומחלקיקים אנרגטיים שהופכים לפגיעות חיצוניות, בעוד פחות ממתכת (T) ממין אלקטרוניקה עמוק).

הספקטרום האנרגיה הם קריטיים עבור הגנה על עיצוב. חלקיקים אנרגיה נמוכה (אולי כמה מ"א) עוצרים על ידי עורי אלומיניום דקים, אבל פרוטונים באנרגיה גבוהה יכולים לחדור כמה סנטימטרים של אלומיניום.זה אומר כי קירות חלליות לבד הם לא מספיקים; מגן נוסף חייב להיות ממוקם אסטרטגית סביב רבעי צוות ורכיבים רגישים.

אפשרויות ל-Surdom Activity and Geoמגנט Storms

החגורות הן מאוד קשובות למזג אוויר חלל.במהלך התלקחויות הסולאריות והזרקות המוניות הכליליות (CMEs), רוח השמש מעצימות, דחיסה של המגנטיות והזרקת חלקיקים טריים.החגורה החיצונית יכולה להתנפח על ידי פקודות של גודל בתוך שעות.קונפל, במהלך תקופות סולאריות שקטות, חגורות הופכות פחות אינטנסיביות.

סופות גיאומגנטיות גם לגרום לחגורת המעבר קרוב יותר לכדור הארץ.הדרום אטלנטיק אנומליה (SAA), אזור שבו החגורה הפנימית מתעמלת לגבהים נמוכים יותר (כ-200 ק"מ), הוא סיכון מתמשך לחלליות במסלול כדור הארץ נמוך, כולל תחנת החלל הבינלאומית. אסטרונאוטים ב- ISS חווים מינונים גבוהים יותר בעת המעבר דרך SAA, ומגן נוסף או תפעולי מוחלים.

השפעות קרינה על בריאות האדם

קרינה מחגורת ואן אלן עלולה לפגוע בדנ"א, חלבונים, ומזכרי תאים.הסיכון החריף העיקרי כולל מחלת קרינה בשיעורי מינון גבוהים (מעל 1 אחהוט בתקופה קצרה) וסיכון חיים מוגבר לסרטן, מחלות לב וכלי דם, וקטקטקטקט.ה המועצה הלאומית להגנה על קרינה ומדכאות (NCRP) ונאס"א ביססו מגבלות קריירה לאסטרונאוטים, בדרך כלל סיכון של יותר לתמותה של 35 שנים.

המונחים: Chronic Exsure

מעבר דרך חגורת ואן אלן בדרך כלל נמשך רק כמה שעות עבור מסלול הירח או בין כוכבי הלכת. במהלך משימות אפולו, אסטרונאוטים קיבלו מינונים של 1-2 מ"ר לחצות (הן בחוץ ובגובה), שהוא חלק קטן של מנה המשימה הכוללת.עם זאת, אם חללית הייתה אמורה להיות מחוספסת בחגורתות (למשל, בשל כשלון), תסמונת קרינת חלל כרונית עלולה להיות מתקדמת במיוחד, או לחשיפה עמוקה.

מחקרים בבעלי חיים ובני אדם הראו כי אפילו מינונים בינוניים (100-500 מ"ר) יכולים להאיץ את הטרשת עורקים ואת הירידה הקוגניטיבית.מחקר עדכני על עכברים שנחשפו לקרינת חלל מדומה מעיד על השפעות נוירולוגיות פוטנציאליות, כולל ליקוי זיכרון. בעוד ראיות אפידמיולוגיות מקבוצות אסטרונאוטים עדיין מוגבלות, העיקרון הזהירותי מניע אמצעי בטיחות מחמירים.

המונחים: Passive and Active Protection

חסימת היא השיטה הישירה ביותר של צמצום החשיפה לקרינה.מגן פסיבי מסורתי משתמש במסה כדי לספוג חלקיקים.יעילותו של חומר היא בערך פרופורציה ותוכן המימן, כי אטומי מימן יעילים בפירוק פרוטונים באנרגיה גבוהה ו נייטוונים. Polyethylene, עשיר במימן, הוא בערך 20% יעיל יותר ליחידה מאשר אלומיניום.

המונחים: space

קירות אלומיניום חלליים אופייניים (כ-2-3 מ"מ עובי) מספקים הגנה רק צנועה מפני קרינה החגורה.עבור מרכזי צוות קריטיים, מגן נוסף עשוי גליונות פוליאתילן, מיכלי מים, או אפילו אחסון מזון ניתן להציב.חללית Orion למשימות ארטמיס משתמשת בשילוב של אלומיניום, פוליאתילן, חומר מורכב חדש הנקרא & #8220; #8220; כדי להפחית את המינון הבינלאומי יש לו קוסמוינרמול 20 & סערות; 82, כולל גלקסיות; #20; 8220; 8220; 8220; 82 מגנים; 8220; 820; 8220; 8220; 820; 8220; 8220; 8220; 820; 2.

מושג חדשני אחד הוא להשתמש בregolith (שטח מטורף או מאדים) כמגן לבתי גידול על פני השטח.עם זאת, עבור מעבר דרך החגורות, רק חומרים הנובלים מכדור הארץ זמינים. Regolith אינו חל על הגנה לרכב בגלל מגבלות ההמונים.מחקר הנוכחי מתמקד על חומרים מסובבים קלים וננו-מבנים המציעים צפיפות מימן גבוהה יותר ללא מסה מוגזמת.

מגן פעיל: מגנטי ואלקטרוסטטי

מגן פעיל מייצר שדות חשמליים או מגנטיים כדי להדוף חלקיקים טעונים מן הצוות.מגן מגנטי משתמש סלילים על מוליכים על מנת ליצור שדה dipole חזק מספיק כדי לחקות כדור הארץ & #8217; מגנטוספירה אלקטרוסטטית משתמשת צלחות טעון כדי למנוע חלקיקים. בעוד מערכות מבטיחות, פעיל הן מסיביות, כוח, ואנטי-איות טכנולוגית מגן עבור רכב מגנטי על פני שטח של מאדים, דורש שטח מגנטי גדול של 2 מגנטי, אך דורש שטח מגנטית, אך מעצמה, אך מעצמה, אך מעצמה, כולל מגנטית, אך ממגנטית, כולל ActiveESA, כולל Activeמגנטית, כולל מגנטית, כולל Active Automation, כולל מגנטית, אך היא מורכבת, אך היא מורכבת, אך היא מורכבת, 2, אך היא מורכבת, אך היא מורכבת, אך היא בעלת עוצמה, אך היא מורכבת, אך היא בעלת עוצמה, אך היא בעלת עוצמה, אך היא מורכבת ממגנטית, אך היא בעלת עוצמה, אך היא בעלת כוח עצום, אך היא מורכבת ממגנטית, אך היא מורכבת ממגנטית, אך היא מורכבת ממגנטית, אך היא מורכבת ממגנטית, אך היא מורכבת ממגנטית, אך ורק 2, אך ורק 2, אך היא בעלת כוח עצום של נאס"

האתגר העיקרי הוא הכוח של לורנץ על החללית עצמה; שדות מגנטיים חזקים יכולים לגרום זרמים במערכות אחרות.עם זאת, מפגינים בקנה מידה קטן נבדקו במסלול כדור הארץ נמוך.עבור לטווח הקרוב, הגנה פסיבית ותכנון המשימה נשאר אמצעי ההגנה העיקריים.

תכנון המשימה ותיקון Trajectory

הדרך היעילה ביותר להפחית את החשיפה לקרינה היא למזער את הזמן שהוצא בחגורה.זה מושג באמצעות עיצוב מסלול זהיר ובחירת חלון השיגור.עבור משימות אפולו, המסלול נבחר לעבור דרך החגורות במהירות גבוהה ובקיצור ביניים שבו החלקיק פלוקס נמוך יותר.

חלון שיגור וחיזוי מזג אוויר חלל

תאריכי שיגור נבחרים על בסיס שלב מחזור השמש.המקסימום הסולארי מביא פלוקס חלקיקים גבוה יותר בחגורת החגורה, כך שמשימות מתוכננות לעתים קרובות במהלך המינימום הסולארי כאשר החגורות שקטות יותר.עם זאת, המינימום הסולארי גם פירושו הגנה מגנטית חלשה יותר מפני קרני קוסמיות גלקטיות, כך שמאזן הוא צורך.הזמן האמיתי של מזג האוויר מ- NOAA & #82; מרכז תחזית מזג האוויר של חלל משמשים להסתגלם בתוך יום או אפילו אם הוא צפוי להתלקחות.

עבור משימות מאדים, חלון המעבר נקבע על ידי היערכות פלנטרית, המתרחשת כל 26 חודשים. בתוך החלון, מסלולים ספציפיים (למשל, העברת אנרגיה מינימלית Hohmann לעומת מהירות יותר של זמני התנגדות) משפיעים על זמן המעבר החגורה. מסלול מהיר יותר מפחית חשיפה במהלך מעבר החגורה, אך עשוי להגדיל את הקרינה הכוללת בגלל קרינת המשימה גבוהה יותר של שטף קוסמי במהלך תקופות פעילות סולארית אינטנסיביות יותר.

מעגל הרוטאות והחובה

במהלך משימות ארוכות, סיבוב צוות באמצעות אזורים מוגנים יכול להגביל את המינונים האישיים.לדוגמה, למאחז הירחי המתוכנן יהיה רובע שינה מוגן שבו הצוות יכול לסגת במהלך אירועי חלקיקים סולאריים. כמו כן, כלי רכב מעבר למאדים יהיו ככל הנראה a “ סופה מקלט & #8221; עם קירות פוליאתילן עבה ומזון מספיק מים במשך כמה ימים.

כללים תפעוליים מגבילים גם פעילויות חוץ-מחדש (EVAs) במהלך תקופות של קרינה גבוהה.ה-ISS כבר עוקב אחר כללים כאלה: אם אירוע חלקיקים סולארי מתרחש, אסטרונאוטים בתוך ה- ISS נשארים במודולים המגנים ביותר, ו- EVAs מבוטלים.עבור חלל עמוק, פרוטוקולים דומים יהיו קיימים, עם דוסמאט בזמן אמתי של כל חבר צוות.

אמצעים טכנולוגיים ורפואיים

מעבר למגן ותכנון, גישות טכנולוגיות ורפואיות להפחית את ההשפעה הבריאותית של קרינה.אלה כוללים אלקטרוניקה, ניטור בזמן אמת, ותרופות שמגנות או לתקן נזק ביולוגי.

קרינה-Hardened Electronics ו- Monitoring

אלקטרוניקה Spacecraft חייב לעמוד במנה הכוללת ואפקטים חד-לשוניים. Components נבדקים לרמות קרינה האופייניות לסביבה החגורה.מערכות נועדו לעתים קרובות עם קוד תיקון ותיקון שגיאות. for פונקציות קריטיות, כגון תמיכה בחיים ומניעה, חלקי קרינה ברמה צבאית-צפויים משמשים.

מוניטורים של קרינה בזמן אמת, כגון ראדמון על ISS או ERSA ( חיישן קרינה סביבתי עבור ארטמיס) על אוריון, לספק נתונים לצוות ולשליטה הקרקעית.אם שיעור המינון, הצוות יכול להיות הורה לקחת מקלט.

מדדי נגד תרופות

מחקר לתרופות הגנתיות רדיו העמיק בשנים האחרונות. Compounds like amifostine (משוחרר-רדיקל) יכול להפחית נזקי DNA אם נעשה לפני החשיפה.עם זאת, תופעות לוואי (nausea, hypotension) להגביל את השימוש שלהם. תרופות אחרות לכוון תיקון תאי בבטחה, כגון מעכבי הרש"פ או סטטינים, כדי להפחית את ההשפעות לטווח ארוך.

טיפול ג'ין ואנטי חמצון נחקרים גם כן.לדוגמה, התרופה ו-#8220; Entolimod ” (גזרת דגלין) הוכיחה הגנה מפני תסמונת קרינה חריפה במחקרים בבעלי חיים.נאס"א מממנת מחקר באמצעות המכון לחקר התרגום לבריאות החלל (TRISH) לא אושר עדיין לשימוש בחלל, אך ניסויים קליניים הם בדרך.

שיעורים ממשימה קודמת: אפולו, Skylab ו- ISS

כל משימה של טיסות חלל אנושי מעבר למסלול כדור הארץ התחתון נתקלה בקרינת חגורת ואן אלן ותרמה להבנה שלנו.אסטרונאוטים אפולו נשאו דו-חמצנים אישיים שנרשמו במינונים. משימת אפולו 14 תיעדה את המינון הגבוה ביותר (כ-1.14 מ"מ לסיבוב העגול), שהיה גם בגבולות בטיחות.תחנת החלל סקיילאב"ל, שפעלה במסלול נמוך של כדור הארץ, עברה דרך SAA מדי יום, ומספקת נתונים נרחבים על החשיפה ארוכת טווח.

משימות לא ידועות, כגון ואן אלן פרובאס (2012-2019), ממפות את החגורות בפירוט חסר תקדים, וחושף כי החגורה החיצונית היא הרבה יותר דינמי מאשר המחשבה הקודמת.הנתונים האלה משמשים כעת כדי לחדד את AE8/AP8 ומודלים חדשים יותר (למשל, IRENE). הידע זכה להודיע ישירות על עיצוב של Orion, SpaceXship, ו-Gateph.

אתגרים עתידיים ודרכים מחקר

מאחר שטיסת חלל אנושית שואפת למאדים ומעבר לכך, חגורות ואן אלן נותרו מכשול מרכזי.משימות עתידיות יחייבו מעברים ארוכים יותר דרך החגורות (למשל, למאדים, סיועי כבידה מרובים עשויים להגדיל את זמן החגורה) ואולי גם מסלולים גבוהים יותר של אנרגיה.

• (ב) ,0) מודלים מוכחים של FLT:1 אשר יכולים לחזות תנאי חגורה שבועות מראש, שילוב נתוני רוח השמש בזמן אמת.
• (FLT:0) מקדם הגנה קלה ממגן (FLT:1) כגון בורון nitride ננוtubes, גרפן מימן, קצף מורכב המציעים כוח לעצור גדול יותר לקילוגרם.
• (ב) ,0) ,מגן על מפגינים: 1 (FLT:1 ), מבחנים בקנה מידה קטן על ISS או CubeSats ייעודיים כדי לאמת מושגים מגנטיים ואלקטרוסטטיים.
• (FLT:0Medical ProgressFLT:1): עריכת גנים (CRISPR) כדי לשפר את תיקון ה-DNA, הערכה אישית של סיכונים בהתבסס על גנטיקה, ומחקרים ארוכי טווח על אסטרונאוטים.
• (FLT:0) אינטליגנציה מלאכותית של אינפל 1 (FLT:1) לניהול סיכונים בזמן אמת, שילוב דוסמאטרי, תחזית מזג אוויר חלל ונתונים לבריאות הצוות כדי להמליץ על פעולות.

חגורות ואן אלן אינן מחסום בלתי ניתן לערעור, אך הן דורשות כבוד והנדסת זהירות.כל אסטרונאוט אפולו שטס דרכם חזר בריא, הודות למאמצים המשולבים של מתכננים טרפיריים, מדענים חומרים וקצינים רפואיים. הדור הבא של חוקרים ירוויחו אפילו ידע וטכנולוגיה גדולים יותר, ולהבטיח כי קרינה מן החגורות נשאר סיכון מנוהל ולא מראה.

(ב) ראו את משימת נאס"א:0; ואן אלן פרובאס (Van Allen Probes Mission) 1 (FLT:2NOAA Spaceחיזוי חורף מרכז חיזוי מזג אוויר שטח חיזוי:2NOAA) 3, ו-FLT:4 של מחקר הקרינה של ESA:5.