Радиационная защита магнитная или массовая, что эффективнее?

В космосе (в пределах Солнечной системы) вы получите в основном два типа «излучения», которые имеют последствия для здоровья:

• Фотоны различной энергии, от длинноволнового радио до гамма-лучей.
• Высокоэнергетические заряженные частицы, в основном электроны и протоны, выбрасываются из верхних слоев атмосферы Солнца (это известно как солнечный ветер ).

Основным источником для них является, конечно же, Солнце. Фотоны, будучи электрически нейтральными, совершенно смеются над магнитными полями; «магнитный барьер» будет работать только для заряженных частиц. Мы знаем, что ультрафиолет может сделать с кожей человека, несмотря на атмосферу, поэтому можно представить, что в космосе потребуется дополнительная защита.

Предполагая, что у вас есть сверхпроводники , вы можете поддерживать мощное магнитное поле в течение неопределенного времени, при этом энергия расходуется только тогда, когда частица действительно отклоняется. Однако форма и положение этого поля требуют некоторой осторожности. Например, магнитное поле Земли не очень хорошо защищает Землю от солнечного ветра; вместо этого он просто движется вокруг точки падения: частицы высокой энергии концентрируются в полярных областях, создавая красивые полярные сияния . На этой странице есть ссылки на огромное количество исследований по вопросу оптимального магнитного экранирования космических кораблей .

Отягчающим обстоятельством излучений в космосе является то, что они происходят не сплошным потоком; вместо этого он приходит в виде всплесков значительной интенсивности, когда происходят солнечные вспышки . Хорошая космическая защита большую часть времени будет излишним, но иногда она становится абсолютной необходимостью, чтобы избежать гибели экипажа. Однако смягчающей характеристикой является то, что положение источника хорошо известно (Солнце, как правило, хорошо видно), и вспышки можно наблюдать «визуально» за несколько часов до нападения высокоэнергетических частиц, что дает время для установки дополнительных экранов.

За пределами Солнечной системы все немного меняется. Солнечный ветер на самом деле создает своего рода «пузырь» вокруг Солнца, называемый гелиосферой , который действует как магнитный щит против остальной части Вселенной. На границе гелиосферы довольно запутанная ситуация, о которой много теоретизируется, но мало что известно; Зонд "Вояджер-1" в настоящее время движется по нему . Кроме того, нечего опасаться солнечного ветра, но гораздо больше опасений по поводу других высокоэнергетических частиц многих типов, известных под общим названием космические лучи .

На самом деле мы не знаем, откуда берутся космические лучи, но источников, похоже, несколько. Для нашего нынешнего обсуждения это означает, что космические лучи не исходят из уникального предсказуемого направления и происходят, казалось бы, в случайное время, поэтому щиты любого типа должны быть постоянно включены. Более того, не все эти частицы заряжены, поэтому магнитных экранов будет недостаточно.

Обратите внимание, что космические лучи также представляют собой проблему в Солнечной системе, даже близко к Земле, но выход за пределы гелиосферы резко усугубляет проблему.

Дополнительная опасность прекрасно показана в «Песнях далекой Земли» Артура Кларка . Если вы находитесь за пределами гелиосферы, значит, вы путешествуете к звездам — значит, вы должны путешествовать быстро , потому что звезды очень-очень далеко. Это означает, что низкоэнергетические частицы или более крупные фрагменты (например, рассеянные атомы или молекулы из туманностей ) будут иметь высокую относительную скорость, и повторяющиеся удары будут разрушительными для корабля и его обитателей. В книге они добавляют большой слой льда перед кораблем и должны регулярно обновлять его.

Что касается материалов для более ощутимых щитов (которые защитят и от нейтральных частиц), то хорошим кандидатом является не свинец, а вода . Вода имеет очень хорошее соотношение поглощающей способности к весу; кроме того, у воды есть и другие применения, которые не предлагает свинец, такие как купание, полив растений, выращивание рыбы ( тиляпии содержат много белка, но требуют лишь ограниченного пространства для плавания), и, что бы ни случилось, даже питье, если на борту запасы приличных напитков истощаются.

Популярный дизайн представляет собой космический корабль в виде большого кувыркающегося цилиндра, создающего «искусственную гравитацию». «Земля» (поверхность цилиндра, изнутри) может быть большим бассейном, и среда обитания тогда будет плавающей, как рыбные фермы. Вода поддерживает внутреннюю экосистему и в то же время обеспечивает отличную радиационную защиту. Астронавты по совместительству моряки.

Другие возможные материалы включают в себя различные полимеры, золото (используемое для лунных модулей в миссиях «Аполлон» — когда вы отправляетесь на Луну, вы делаете это стильно ) и даже «биологические отходы» экипажа. Вся эта проблема радиации до сих пор остается одной из нерешенных проблем полета на Марс, так что это активное направление исследований.

Еще один момент, который следует учитывать в отношении солнечных вспышек, заключается в том, что, поскольку существует потенциальная возможность «видеть их приближение», существует хороший потенциал для значительного уменьшения степени защиты. В частности, корабль может иметь что-то вроде бомбоубежища, но в данном случае это укрытие от солнечных лучей. Часть корабля, достаточно большая хотя бы для жителей, может быть защищена намного сильнее, чем остальная часть корабля, тем самым снижая затраты, связанные с защитой (использование энергии и $ в целом).

Опасность радиации преувеличена.

Миссия класса соединения даст астронавту 31,8 бэр в пути от космических лучей (в обе стороны), 10,6 бэр от космических лучей на Марсе (при условии, что вы пробудете там около года), солнечные вспышки в пути вызовут 5,5 бэр (при условии, что у вас есть убежище от космических лучей) и 4,1 бэр на Марсе (тело планеты экранирует радиацию снизу, а атмосфера помогает против солнечной радиации).

Это меньше, чем пожизненная доза облучения пилота авиакомпании, и ниже, чем при длительном пребывании на Международной космической станции. Вероятность причинения вреда в краткосрочной перспективе равна нулю, а вероятность того, что парень заболеет раком до конца жизни, составляет 1,1%.

Вы могли бы немного уменьшить это радиационное воздействие, положив мешки с песком поверх среды обитания на Марсе, чтобы экранировать немного больше, но время на Марсе ценно. Есть дела поважнее.

Космическое излучение может быть экранировано массой. Для этого может потребоваться корпус толщиной в несколько футов из чего-то вроде льда. Корпус толщиной в два фута, охватывающий среду обитания всего 15 футов в диаметре, будет составлять очень большую часть его общей массы. Тем не менее, стены не должны быть толще, когда среда обитания больше. Для среды обитания диаметром 100 футов стены толщиной 2 фута составляют гораздо меньшую часть ее общей массы. Таким образом, использование массы для щита выглядит ужасно с маленькими местами обитания, но гораздо более выполнимо с большими. Эти стены также защитят от метеоритов. Таким образом, обязательно будет толчок к созданию более крупных мест обитания, когда мы сможем их построить.