Cosmic Radyasyon Shielding için Büyüyen Imperative

İnsanlık daha uzun ve daha hırslı uzay misyonlarını ortaya koyarken, Ay'a geri döner, düşük Dünya yörüngesinde sürekli bir varlık oluşturur ve sonunda Mars'a mürettebat gönderiyor - en kalıcı ve tehlikeli tehditlerden biri, manyetik alan ve atmosferin koruyucu bir battaniye, uzay aracı ve ekiplerinin sürekli bir yüksek enerjili partiküllere maruz kaldığı yer.

Geleneksel pasif kalkanlama - alüminyum, su veya polietilen beton tabakaları - koruyucu bir derece ama mürettebatına ulaşmadan önce ciddi bir şekilde azaltıcı fiziksel koruyucular için yeterli miktarda doz azaltımı, bu alan temelli ücret hafif bir şekilde yükseltilebilir, bu gerçeklik, araştırmacıların manyetik ve elektrik alanları kullanarak takıma ulaşmalarını veya yeniden bölmelerini sağlamak için aktif bir şekilde yönlendirilmesini veya yeniden şarj edici yöntemleri keşfetmelerini sağladı.

Uzay Radyasyon Çevresini Anlamak

Zorlukları takdir etmek için, astronotların ne karşı karşıya olduğunu anlamaya yardımcı olur.

Galaktik Cosmic Rays (GCRs)

GCRs, çok enerjik protonlar, alfa parçacıkları ve ağır nükleler (örneğin, demir, karbon, oksijen) GCR'lerden gelen enerjileri, on dört CV / nükleondan oluşan enerjileri, aslında biyolojik tehlikeyi artırabilirler.

Solar Energetic Parçacıklar (SEPs)

SEPs, öncelikle protonlar ve alfa parçacıkları, astronotların korunmasız bir süre içinde, yıldırımları veya korolu toplu ejeksiyonları takip eden günlerce kalıcı olarak patlamaya varır. Bu tür olaylar sırasında büyük bir SEP olayı, kitlesel ve güç tasarrufu sağlanamaz.

Biyolojik Etkileri

Uzaydaki radyasyon maruziyetinden birincil endişeler şu anda astronotlar için ayarlanmış olan kariyer maruz kalma sınırlarına (daha uzun süreli) zarar veren bir sistem, kardiyovasküler sistem ve göz lensi lensi. NASA Space Radyasyon Health Project, bir Mars misyonu üzerindeki doz oranlarının şu anda astronotlar için ayarlanmış olabileceğini belgeledi - uzun süreli görev için bazı gelişmiş koruma gereksinimini bir şekilde inşa etmek.

Manyetik Shielding Nasıl Çalışır

Manyetik kalkan, Lorentz gücünü, manyetik alan aracılığıyla hareket eden bir parçacık üzerinde hareket eden bir kuvvetle kullanır. Olumlu bir şekilde şarj edilen proton manyetik alan çizgisine iner, hem hız hem de alan yönünün bir kısmını, 1 GeV /nükleik enerjisinden uzaklaştırmak için deneyimleyin.

Süperiletme Elektromagnets

Uzaylı için pratik manyetik koruyucu, büyük elektrik gücü olmadan güçlü, kalıcı bir alan üretmek için süper iletken elektromagnetlere dayanıyor. Common superconducting material (e.g. K, niobium-titanium veya niobium-tin) genellikle yüksek sıcaklık süper iletkenleri oluşturmadan sonra 10 K. Son derece yüksek sıcaklık tasarrufu sağlayan manyetik bir alan için soğukkanlı sıcaklık (77 K) sıvı sıcaklığın üzerinde çalışır (77 K), soğutma taleplerini büyük ölçüde azaltır.

Manyetik Alan Geometri ve Kilo Verme

Manyetik alanın geometrisi kritiktir. Basit bir çiftlik, içinde üniformalı bir alan üretir, ancak uzay aracı elektronik ve hassas aletlerle etkileşime girebilen güçlü bir dipol alanı üretir.A toroidal yapılandırma (örneğin, bir donut-çevrici) kablolar yakınında, taşlı alanların azaltılması, sokak alanlarının kapatılması için bir alan kullanır.

Elektrikli Alan Nasıl Çalışır

Elektrikli alan koruyucusu, aynı işareti yeniden şekillendirmek için yüksek gerilim potansiyeli kullanıyor.Eğer uzay aracı hull yüksek pozitif bir gerilime karşı şarj edilir (örneğin, +100 kV), pozitif şarjlı protonlar geri alınır ve negatif şarj elektronları çekilir.Çünkü mürettebat bölmesi güvenli bir potansiyele sahip olacaktır.

Ger ve Güç Gereksinimleri

100 MeV protonunu durdurmak için, örneğin, uzay plazmasına ulaşmadan önce uzayın vakumlanmasında bu gerilimin devam etmesi, çünkü uzayın şarjı doğal olarak yüklenebilir ve yüksek alan arıza veya yayılabilir.Bir çözüm, plazmayı oluşturan bir "aktif kalkan" yapısını kullanmaktır.

Avantajları ve Çizimler

Elektrikli kalkan, manyetik kalkanlardan daha hafif olabilir, çünkü sadece yüksek gerilimli nesil ve büyük süper iletken bantlar gerektirmez. Ayrıca dinamik kontrol sağlar: gerilim, radyasyon flux'a dayalı gerçek zamanlı olarak ayarlanabilir. Ancak, elektrikli kalkanlama, en iyi kapsama için elektrikli ve manyetik kalkanlara karşı daha az etkili.

Geleneksel Pasif Shielding üzerinde Anahtar Avantajlar

  • [FONT:0)Redüktör[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜN: 0 )Dedüklenmiş Mass[DÜDÜT 1:0)[DÜye dayalı kalkanlar, kitlenin bir kısmıyla karşılaştırılabilir veya daha iyi doz azaltılabilir. 1-3 metrik tonlar, 10-20 tonluk bir polietilen sıvıya eşdeğerliği veya suya eşdeğer olabilir.
  • [FONT:0] Adaptif Koruma[[[DÜDÜT:1): Aktif sistemler, güneş olayları ve sert dönemler boyunca geçiş yapılabilir, güç tasarrufu ve bileşen ömrünü uzatabilir. Ayrıca, alan gücü veya gerilimi ayarlayarak belirli parçacığın enerjilerini defekletirler.
  • [FONT:0)Minimized Secondary Radyasyon[[DÜT 1: 1): Pasif kalkanlamadan farklı olarak, bu da ikincil nötronlar ve kumar ışınlarının nükleer etkileşimlerinden kaynaklandığı, manyetik boşluk önemli ikincil parçacıklar yaratmaz - parçacıklar sadece içsel olarak üretilen radyasyondan biyolojik tehlikeyi azaltır.
  • [FONT:0) Uzaylı Sistemlerle Integration (): Süper iletken mıknatıslar, şişme habitat duvarları veya uzay aracı truss gibi yapısal elementlere entegre edilebilir. Magnetler için soğutma sistemi diğer bilimsel aletler veya yakıt depolama ile sinerleri paylaşabilir.
  • [FONT=0) Power Generation için değerli (): Koruma için gerekli olan güçlü manyetik alan, magnetohidrohidrodinamik (MHD) ilkelerine göre, uzay aracı kozmik bir plazma ile hareket ederse, bu da spekülatif kalır.

Teknik ve Operasyonel Zorluklar

Onların sözlerine rağmen, alan temelli kalkan teknolojileri, operasyonel görevlerde uçabileceklerinden önce önemli engellerle karşı karşıya kalmaktadır.

Güç tüketimi ve ısı Yönetimi

Süper iletken mıknatıslar kendilerini bir kez alan oluşturulmazken (eski mod), ilk şarj ve kriyopislerin ağlamak için gerekli olan ısıtılması önemli enerji gerektirir. Tipik bir uzay gücü sistemi (kilowatts aralığı) yeterli olmayabilir. elektrik kalkanı için, düşük mevcut yüzlerce kilo voltu korumak için ayrıca izole edilmiş güç malzemeleri ve sağlam yalıtım gerektirir.

Manyetik Alan Etkileşimleri

Güçlü manyetik alanlar uzay aracı aviyoniklere, hassas cihazlara ve mürettebat sağlığına müdahale edebilir. Mürettebatın yakınında 1 adet T alanı, eddy akımlarını etkileyebilir ve görüntüleri bozar. Dünya yörüngesinin ötesindeki görevler için manyetik alan zayıftır, ancak ilgili olarak.

Quenching ve Güvenlik

Bir süper iletken mıknatıs giderleri (bir sıcaklık artışı veya mekanik şok nedeniyle süper iletkenlik), depolama enerjisi ısı olarak boşaltılır, potansiyel olarak bantlar ve tehlikeli manyetik kuvvet serbest bırakır. Redplacet sistemleri, koruma devreleri ve sağlam mekanik destek gereklidir.

Malzeme Degradasyon

Superconducting kiler kendilerini ışık malzemeleri ile radyasyon hasarına tabi tutulurlar, ancak uzun görevler için gerekli olabilir.(ESA)), radyasyona maruz kalan süper iletken kasetleri ve pasif koruyucu tabakaları bu nedenle inceler.

Mevcut Araştırma ve Yakın-Future Prototipler

Çeşitli uzay ajansları ve araştırma grupları aktif olarak manyetik ve elektrik kalkan teknolojileri geliştiriyor.

NASA'nın ARES ve İlgili Kavramları

NASA'nın manyetik ve elektrikli seçenekleri üzerinde bir araya gelen manyetik ve yüksek sıcaklık süper iletkenleri kullanarak, yüksek sıcaklık aralığına sahip bir dizi ışık pasif malzeme ile birlikte, NASA Uzay Radyasyon Laboratuarı, atomik uzaydaki yüzeysel etkileşimlerin "Magnetic Shielding for Crew" olduğunu ve ilgili enerjilerdeki boşlukları kullanarak.The Life-based testlerin karmaşıklaştırılması.The Space Radyasyon Laboratuvarı, ilgili enerjilerdeki boşlukları ve daha ağır iyonları kullanarak, yüzeysel süper iletkenliği doğrulamaktadır.The Life-based testing at the basic-based testings to develop the columns.

ESA'nın Süperi Shield Çalışması

ESA, 4stronauti Mars transit habitatı için süper iletken bir mıknatıs sistemi üzerinde çalışmalar yapmıştır. Tasarım, depolanmış bir kriogens ve küçük bir kriyopitör kombinasyonu tarafından sağlanır. Sonuçlar, 20-30 K'da 3 azalma faktörü ve SEP olaylarına karşı nispeten yüksek kritik bir şekilde koruma sağlar.Bir sonraki adım daha küçük bir parçacık üreticisi tarafından sağlanır.

Elektrikli Işıklar

Küçük ölçekli elektrikli kalkan prototipleri vakum odalarında test edildi, uzay plazmasında şarj edilen bir vücut olduğu konusunda olumlu bir şekilde sınırlanmış durumda.Bu, Dr. Robert Winglee tarafından incelenen uzay plazmasında yapılan tam bir uzaydaki elektrik ve manyetik alanların bir kombinasyonunun bir kombinasyonunu öneriyordu.

Sonuç: Sonraki Büyük Seferler için Bir Shield

Düşük Dünya yörüngesinin ötesinde sert radyasyon ortamı göz ardı edilemez bir bariyerdir. Manyetik ve elektrik alanı koruyucusu, ekip sağlığını geleneksel pasif duvarların yasaklayıcı kitlesel cezalarını engellemeden korumak için bir yol sunar.Mühendislik, yüksek gerilimler, alan etkileşimleri ve güvenlik – yerine gelen ilerleme süperconductor teknolojisi, güç sistemleri ve simülasyon yeteneklerinde yapılır.

Yakın vadede, bir hibrit yaklaşım büyük olasılıkla görünüyor: GCRs için birincil manyetik bir kalkan veya SEP olayları için dağıtılabilir bir fırtına barı.Böyle bir sistem, Ay yüzeyinde veya daha yakın bir şekilde test edilebilir bir sonraki on yılda, uzay tabanlı bir radyasyon kalkanı norm haline gelir – insanlığın derin bir alana sahip olup olmadığının farkına varır.