Сонячні бурі — це потоки заряджених частинок неймовірної енергії. І проти них є один перевірений захист — магнітне поле. Але чи можна з цією метою використовувати не електричні контури, а постійні магніти? Науковці знайшли відповідь на це запитання.
Галактичні космічні промені та технології захисту від них
Захист астронавтів від смертельної радіації, з якою вони стикаються, є головним викликом для будь-якого розробника пілотованих місій у далекий космос. Навіть відносно низькі рівні опромінення протягом тривалих періодів можуть призвести до різних наслідків — від ураження центральної нервової системи до раку.
Однак наявні рішення, такі як пасивні водяні оболонки або активні надпровідні магніти, мають свої обмеження. Щоб їх подолати, Валеріо Парізі та його колеги з Італії й Німеччини у новій статті розглянули можливість використання постійного магніту, а отже й створюваного ним магнітного поля, для блокування частини цього випромінювання без значних енергетичних витрат, характерних для альтернативних технологій. Про це повідомляє сайт www.space.com.
Спочатку розглянемо конкретні види випромінювання, які роблять його таким небезпечним. Одним із них є галактичні космічні промені (GCR), які мають безперервний характер, надзвичайно добре проникають крізь матерію і, здається, надходять звідусіль. Іншим є потужний спалах протонів, відомий як сонячна частинкова подія (SPE) — по суті, сонячна буря, спрямована на космічний апарат. Кожен із таких спалахів здатний знищити будь-який біологічний вантаж космічного апарата, що прямує в далекий космос, — включно з людьми на борту.
Найпоширеніший спосіб захисту від цих джерел випромінювання полягає в тому, щоб розмістити між ними та вразливими біологічними системами шар захисного матеріалу. Зазвичай для цього використовують речовини з низьким атомним номером, зокрема алюміній, поліетилен або воду. Остання особливо приваблива, адже вона й без того необхідна для забезпечення життєдіяльності екіпажу під час польотів у далекий космос. Однак цей підхід має суттєвий недолік — велику масу. «Тиранія ракетного рівняння» означає, що виведення на орбіту достатньої кількості захисного матеріалу для убезпечення екіпажу від сонячних протонних подій (SPE) є надзвичайно дорогим. У деяких випадках для цього доведеться доставити із Землі десятки тонн додаткового вантажу.
Магазин від Universe Space Tech
Комплект журналів Місяць, Сонце та Юпітер & Сатурн
До товаруЩе одним варіантом, якому останнім часом приділяється багато уваги в наукових дослідженнях, є надпровідні магніти. Вони мають очевидну перевагу — здатність створювати навколо корабля магнітний «щит» силою до 1 тесла, але їхнє використання пов’язане з величезними потенційними витратами. Вони потребують безперервного кріогенного охолодження та постійного електропостачання як для системи охолодження, так і для самих магнітів. Якщо живлення будь-якого із цих компонентів зникне, захисний екран повністю вийде з ладу, й екіпаж опиниться під повним впливом радіації.
Постійні магніти та їхня ефективність
Щоб усунути ці проблеми, автори звернулися до компромісного варіанту — постійних магнітів. Вони добре вивчені, надзвичайно надійні та не потребують енергії для роботи. Крім того, вони важать набагато менше, ніж інші «пасивні» рішення, що обмежує вплив ракетного рівняння на їхню економічну доцільність. Дослідники розробили аналітичну модель, щоб перевірити, чи може набір постійних магнітів з неодиму, заліза та бору (NdFeB) змінити траєкторію колімованого протонного пучка (по суті, імітації сонячної частинкової події).
Коротка відповідь — так, це можливо, але лише до певних рівнів енергії. Автори створили масив із 1482 постійних магнітів розміром 3 × 3 × 3 см кожен і розмістили їх усі на площі 1 м² (11 квадратних футів). Цей постійний захисний екран, вага якого не перевищувала 300 кг (661 фунт), зрештою відхилив приблизно 20 % сонячних частинок, що надходили в діапазоні енергій від 0,1 до 10 МеВ.
З функціональної точки зору, ці 20 % фактично свідчили про те, що насправді робили постійні магніти — відхиляли частинки з нижчою енергією. По суті, вони діяли як високочастотний фільтр, пропускаючи протони з вищою енергією наскрізь, а ті, що мали нижчу енергію, відштовхуючи вбік. Але це була не єдина технічна складність цієї системи.
Захист не забезпечується
Саме захисне поле має виражену спрямованість, тоді як галактичні космічні промені поширюються хаотично й надходять з усіх боків. Через це воно майже не захищає від такого випромінювання. Навіть більше, існує ймовірність, що протони, взаємодіючи з матеріалом магніту, можуть породжувати вторинне випромінювання, зокрема нейтрони або гамма-промені.
Хоча це, можливо, й не перетворить жодного з астронавтів на мутанта, але може ненавмисно збільшити локальну дозу опромінення, якщо хтось із них опиниться в невідповідному місці у невідповідний час. Крім того, неодимові магніти поступово втрачають свої магнітні властивості. У довгостроковій перспективі це призведе до ослаблення магнітного поля й відповідно знизить ефективність захисного екрана.
Попри всі недоліки, навіть часткове екранування краще, ніж його повна відсутність, і цілком можливо, що постійні магніти знайдуть своє застосування у гібридній системі, яка поєднує всі три методи зменшення радіаційного впливу. Щоб перевірити цю концепцію, команда планує провести додаткові дослідження, використовуючи вдосконалене моделювання методом Монте-Карло. Це дасть змогу з’ясувати, як система поводитиметься в реальних умовах, коли потоки заряджених частинок надходять із різних напрямків. Адже для безпечної подорожі у глибокий космос астронавтам знадобляться всі можливі засоби захисту від надмірного опромінення.
