Je to rok 2027 a Vision for Space Exploration NASA postupuje přesně podle plánu. V polovině cesty však vybuchla obrovská sluneční erupce, která chrlila smrtelné záření přímo na kosmickou loď. Díky výzkumu, který provedl v roce 2004 bývalý astronaut Jeffrey Hoffman a skupina kolegů z MIT, má toto vozidlo nejmodernější supravodivý magnetický stínící systém, který chrání lidské obyvatele před smrtícími slunečními emisemi.
Nový výzkum nedávno začal zkoumat použití supravodivé magnetické technologie k ochraně astronautů před zářením během dlouhotrvajících kosmických letů, jako jsou meziplanetární lety na Mars, které jsou navrženy v současné vizi NASA Vision for Space Exploration.
Hlavním řešitelem tohoto konceptu je bývalý astronaut Dr. Jeffrey Hoffman, který je nyní profesorem na Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Hoffmanův koncept je jedním z 12 návrhů, které začaly získávat finanční prostředky minulý měsíc od institutu NASA pro pokročilé koncepty (NIAC). Každý dostane 75 000 dolarů za šestiměsíční výzkum, aby provedl počáteční studie a identifikoval problémy s jeho vývojem. Projekty, které se dostanou do této fáze, jsou způsobilé až na 400 000 dolarů po dobu dvou let.
Koncept magnetického stínění není nový. Jak říká Hoffman, „Země to dělá miliardy let!“
Magnetické pole Země odvádí kosmické paprsky a z naší atmosféry přichází další míra ochrany, která pohlcuje jakékoli kosmické záření, které prochází magnetickým polem. Použití magnetického stínění pro kosmickou loď bylo poprvé navrženo na konci šedesátých a začátkem sedmdesátých let, ale nebylo aktivně prováděno, když plány na dlouhodobé kosmické lety padly na vedlejší kolej.
Avšak technologie pro vytváření supravodivých magnetů, které mohou vytvářet silná pole pro stínění kosmických lodí před kosmickým zářením, byla vyvinuta teprve nedávno. Supravodivé magnetické systémy jsou žádoucí, protože mohou vytvářet intenzivní magnetická pole s malým nebo žádným příkonem elektrické energie a při správných teplotách mohou udržovat stabilní magnetické pole po dlouhou dobu. Jednou z výzev je však vývoj systému, který dokáže vytvořit dostatečně velké magnetické pole, aby bylo možné chránit obyvatelnou kosmickou loď s velikostí sběrnice. Další výzvou je udržování systému při teplotách blízkých absolutní nule (0 Kelvinů, -273 ° C, -460 ° F), což dává materiálům supravodivé vlastnosti. Nedávný pokrok v supravodivé technologii a materiálech poskytl supravodivé vlastnosti při vyšších než 120 K (-153 ° C, -243 ° F).
Existují dva typy záření, které je třeba řešit pro dlouhodobý lidský vesmírný let, říká William S. Higgins, inženýrský fyzik, který pracuje na radiační bezpečnosti ve Fermilabu, urychlovači částic poblíž Chicaga, IL. První z nich jsou protony sluneční erupce, které by se objevily při výbuchu po události sluneční erupce. Druhým jsou galaktické kosmické paprsky, které, i když ne tak smrtelné jako sluneční erupce, by byly nepřetržitým zářením na pozadí, kterému by byla posádka vystavena. V nestíněné kosmické lodi by oba typy záření vedly k závažným zdravotním problémům nebo smrti posádce.
Nejjednodušší způsob, jak se vyhnout záření, je absorbovat ho, jako když nosíte rentgen u zubního lékaře. Problém je v tom, že tento typ stínění může být často velmi těžký a hmotnost je u našich současných kosmických vozidel prvotřídní, protože musí být vypuštěna ze zemského povrchu. Také podle Hoffmana, pokud používáte jen trochu stínění, můžete to vlastně ještě zhoršit, protože kosmické paprsky interagují se stíněním a mohou vytvářet sekundární nabité částice, což zvyšuje celkovou dávku záření.
Hoffman předpokládá použití hybridního systému, který využívá jak magnetické pole, tak pasivní absorpci. "Takto to Země dělá," vysvětlil Hoffman, "a není důvod, proč bychom to neměli být schopni dělat ve vesmíru."
Jedním z nejdůležitějších závěrů druhé fáze tohoto výzkumu bude zjistit, zda je použití technologie supravodivých magnetů hromadně efektivní. "Nepochybuji o tom, že pokud ho postavíme dostatečně velký a dostatečně silný, poskytne ochranu," řekl Hoffman. "Ale pokud je hmotnost tohoto vodivého magnetického systému větší než hmotnost jen pro použití pasivního (absorbujícího) stínění, tak proč jít na všechny ty problémy?"
Ale to je výzva a důvod této studie. "Tohle je výzkum," řekl Hoffman. "Nejsem tak či onak přívržencem;" Chci jen zjistit, jaký je nejlepší způsob. “
Za předpokladu, že Hoffman a jeho tým dokážou, že supravodivé magnetické stínění je hromadně efektivní, by dalším krokem bylo provedení skutečného inženýrství vytvoření dostatečně velkého (i když lehkého) systému, kromě jemného doladění udržování magnetů při ultrakondenzovaném supravodiči teploty v prostoru. Posledním krokem by bylo integrovat takový systém do kosmické lodi vázané na Mars. Žádný z těchto úkolů není triviální.
Zkoumání udržování síly magnetického pole a téměř absolutních nulových teplot tohoto systému ve vesmíru již probíhá v experimentu, který je naplánován na zahájení Mezinárodní kosmické stanice na tříletý pobyt. Alfa magnetický spektrometr (AMS) bude připojen k vnější straně stanice a bude hledat různé typy kosmických paprsků. Využije supravodivý magnet k měření hybnosti každé částice a známce jejího náboje. Peter Fisher, profesor fyziky také z MIT, pracuje na experimentu AMS a spolupracuje s Hoffmanem na jeho výzkumu supravodivých magnetů. Postgraduální student a vědecký pracovník spolupracují také s Hoffmanem.
NIAC byl vytvořen v roce 1998 za účelem nabízení revolučních konceptů od lidí a organizací mimo kosmickou agenturu, které by mohly rozvíjet mise NASA. Vítězné koncepty jsou vybírány proto, že „posouvají hranice známé vědy a technologie“ a „ukazují význam pro misi NASA“, podle NASA. Očekává se, že tyto koncepce budou trvat nejméně deset let.
Hoffman pětkrát letěl ve vesmíru a stal se prvním astronautem, který zaznamenal více než 1 000 hodin kosmického raketoplánu. Na svém čtvrtém kosmickém letu v roce 1993 se Hoffman zúčastnil první servisní mise Hubble Space Telescope, ambiciózní a historické mise, která napravila problém sférické aberace v primárním zrcátku dalekohledu. Hoffman opustil astronautský program v roce 1997, aby se stal evropským zástupcem NASA na americkém velvyslanectví v Paříži, a poté odešel v roce 2001 na MIT.
Hoffman ví, že pro umožnění vesmírné mise předchází spousta nápadů a tvrdých technik. "Pokud jde o to, dělat věci ve vesmíru, pokud jste astronaut, jdete a dělejte to vlastníma rukama," řekl Hoffman. "Ale neletíš ve vesmíru navždy, a přesto bych chtěl přispět."
Vidí jeho současný výzkum tak důležitý jako stanovení Hubbleova vesmírného dalekohledu?
"No, ne v bezprostředním smyslu," řekl. "Ale na druhou stranu, pokud budeme někdy mít lidskou přítomnost v celé sluneční soustavě, musíme být schopni žít a pracovat v regionech, kde je prostředí nabitých částic dost závažné." Pokud nemůžeme najít způsob, jak se před tím chránit, bude to velmi omezujícím faktorem pro budoucnost lidského průzkumu. “
