Η μαγνητική φυσαλίδα θα μπορούσε να προστατεύσει τους αστροναύτες στα μακροχρόνια ταξίδια τους

Πηγή: Universe Today, 17 Νοεμβρίου 2004

Βρισκόμαστε στο έτος 2027 και το πρόγραμμα της NASA για την εξερεύνηση του διαστήματος (Vision for Space Exploration) προχωρά κανονικά. Το πρώτο διαπλανητικό διαστημικό σκάφος με το πλήρωμα του είναι έτοιμο για το ταξίδι στον Άρη. Εντούτοις, στα μισά του δρόμου, μια γιγαντιαία ηλιακή έκλαμψη εκρήγνυται, σκορπίζοντας άμεσα θανατηφόρα ραδιενεργά πρωτόνια στο διαστημικό σκάφος. Αλλά, μην ανησυχείται. Μια έρευνα από τον πρώην αστροναύτη Jeffrey Hoffman και μια ομάδα συναδέλφων του στο MIT το 2004 τους εξασφάλισε ότι το διαστημόπλοιο τους έχει ένα σύγχρονο υπεραγωγικό μαγνητικό σύστημα προστατευτικών καλυμμάτων, που προστατεύει τους αστροναύτες από οποιεσδήποτε θανάσιμες ηλιακές εκπομπές.

Μια νέα έρευνα έχει αρχίσει πρόσφατα να δοκιμάζει τη χρήση της υπεραγωγικής τεχνολογίας με μαγνήτες για να προστατεύσει τους αστροναύτες από την ακτινοβολία κατά τη διάρκεια των διαστημικών πτήσεων μακράς διάρκειας, όπως θα είναι οι διαπλανητικές πτήσεις στον Άρη, που προτείνονται με το πρόγραμμα της NASA για τη διαστημική εξερεύνηση - Vision for Space Exploration.

Ο κύριος ερευνητής για αυτήν την ιδέα είναι ένας πρώην αστροναύτης ο Δρ Jeffrey Hoffman, ο οποίος είναι τώρα καθηγητής στο Τεχνολογικό Ίδρυμα της Μασαχουσέτης (MIT).

Η ιδέα του Hoffman είναι μία από 12 προτάσεις που άρχισαν να χρηματοδοτούνται τον περασμένο μήνα από το Ίδρυμα της NASA για τις Προηγμένες Ιδέες (NIAC). Κάθε μία παίρνει 75.000 $ για τους πρώτους έξι μήνες της έρευνας, ώστε να γίνουν οι αρχικές μελέτες και να προσδιορίσουν το τι χρειάζονται για την ανάπτυξη του.

Η ιδέα του μαγνητικού προστατευτικού καλύμματος - ασπίδας δεν είναι νέα. Όπως λέει ο Hoffman, "η Γη το έχει για δισεκατομμύρια χρόνια!" Το γήινο μαγνητικό πεδίο εκτρέπει τις κοσμικές ακτίνες, και υπάρχει κι μια πρόσθετη προστασία που προέρχεται από την ατμόσφαιρά μας που απορροφά οποιαδήποτε κοσμική ακτινοβολία που περνά μέσω του μαγνητικού πεδίου. Η χρησιμοποίηση της μαγνητικής προστατευτικής ασπίδας για το διαστημικό σκάφος προτάθηκε αρχικά προς το τέλος της δεκαετίας του '60 και στις αρχές της δεκαετίας του '70, αλλά δεν έγινε πράξη γιατί μειώθηκαν τα σχέδια για τις διαστημικές πτήσεις μακράς διάρκειας.

Εντούτοις, η τεχνολογία για τη δημιουργία των υπεραγωγικών μαγνητών, που μπορούν να δημιουργήσουν ισχυρά πεδία σαν ασπίδα από την κοσμική ακτινοβολία στο διαστημικό σκάφος, έχει αναπτυχθεί πρόσφατα μόνο. Τα υπεραγωγικά συστήματα των μαγνητών είναι καλά επειδή μπορούν να δημιουργήσουν έντονα μαγνητικά πεδία με ελάχιστη ή και καμία δαπάνη ηλεκτρικής ενέργειας, και με τις κατάλληλες θερμοκρασίες μπορούν να διατηρήσουν ένα σταθερό μαγνητικό πεδίο για μακρινές χρονικές περιόδους. Το μεγάλο στοίχημα, εντούτοις, είναι να αναπτυχθεί ένα σύστημα που να μπορεί να δημιουργήσει ένα μαγνητικό πεδίο αρκετά μεγάλο ώστε να προστατεύσει ένα σκάφος στο μέγεθος ενός λεωφορείου, που θα μένουν οι αστροναύτες. Μια άλλη πρόκληση είναι να διατηρηθεί το σύστημα σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν (-273 C), γιατί τότε μόνο έχουν τα υλικά τις υπεραγωγικές ιδιότητες. Αλλά οι πρόσφατες πρόοδοι στην υπεραγωγική τεχνολογία και τα ανάλογα υλικά έχουν κάνει τα υπεραγωγικά υλικά να παρουσιάζουν τις ιδιότητες τους σε υψηλότερη θερμοκρασία από -153 C.

Υπάρχουν δύο τύποι ακτινοβολιών που πρέπει να δοκιμαστούν για την επανδρωμένη διαστημική πτήση μακράς διάρκειας, λέει ο William S. Higgins, φυσικός εφαρμοσμένης μηχανικής που εργάζεται στην ασφάλεια της ακτινοβολίας στο Fermilab, τον επιταχυντή των σωματιδίων κοντά στο Σικάγο. Η πρώτη είναι τα πρωτόνια των ηλιακών εκλάμψεων, που θα εμφανίζονται με ριπές μετά από ηλιακές εκλάμψεις. Η δεύτερη είναι οι γαλαξιακές κοσμικές ακτίνες, οι οποίες, αν και δεν είναι τόσο θανατηφόρος όσο και οι ηλιακές εκλάμψεις, θα ήταν μια ακτινοβολία υποβάθρου στην οποία θα εκτιθόταν συνεχώς το πλήρωμα. Σε ένα μη προστατευμένο διαστημικό σκάφος, και οι δύο τύποι ακτινοβολιών θα οδηγούσαν σε σημαντικά προβλήματα υγείας, ή και στο το θάνατο του πληρώματος. 

Ο ευκολότερος τρόπος για να αποφευχθεί η ακτινοβολία είναι να απορροφηθεί, όπως απορροφούνται οι επικίνδυνες ακτίνες Χ από μια ποδιά από μολύβι. Το πρόβλημα είναι ότι αυτός ο τύπος προστατευτικού καλύμματος μπορεί να είναι πολύ βαρύς, και η μάζα δυσκολεύει την εκτόξευση από την επιφάνεια. Επίσης, σύμφωνα με τον Hoffman, εάν χρησιμοποιηθεί μικρό προστατευτικό κάλυμμα, τα πράγματα είναι χειρότερα, επειδή οι κοσμικές ακτίνες αλληλεπιδρούν με το προστατευτικό κάλυμμα και μπορούν να δημιουργήσουν δευτερογενή φορτισμένα σωματίδια, που αυξάνουν τη δόση της ακτινοβολίας. 

Ο Hoffman προβλέπει τη χρησιμοποίηση ενός υβριδικού συστήματος που χρησιμοποιεί συγχρόνως και ένα μαγνητικό πεδίο και την παθητική απορρόφηση. "Είναι ο τρόπος που προστατεύεται η Γη", εξηγεί ο Hoffman, "και δεν υπάρχει κανένας λόγος να μην το κάνουμε στο διάστημα".

Ένα από τα σημαντικότερα συμπεράσματα στη δεύτερη φάση αυτής της έρευνας θα είναι να καθοριστεί εάν χρησιμοποιώντας την τεχνολογία των υπεραγωγικών μαγνητών θα είναι πλήρως αποτελεσματική. "Δεν έχω καμία αμφιβολία ότι εάν την φτιάξουμε την ασπίδα αρκετά μεγάλη και αρκετά ισχυρή, θα προσφέρει προστασία", λέει ο Hoffman.

Οι δοκιμές για τη διατήρηση της ισχύος των μαγνητικών πεδίων και των θερμοκρασιών κοντά στο απόλυτο μηδέν αυτού του συστήματος θα γίνουν σε ένα πείραμα, που σχεδιάζεται στο Διεθνή Διαστημικό Σταθμό για τρία χρόνια. Το Αλφα Μαγνητικό Φασματόμετρο (AMS) θα συνδεθεί στο εξωτερικό μέρος του Σταθμού και θα ψάξει για τους διαφορετικούς τύπους των κοσμικών ακτίνων. Θα χρησιμοποιήσει έναν υπεραγωγικό μαγνήτη για να μετρήσει την ορμή κάθε σωματιδίου και το πρόσημο του φορτίου του.

Αν υποθέσουμε ότι ο Hoffman και η ομάδα του μπορούν να δείξουν ότι το υπεραγωγικό μαγνητικό προστατευτικό κάλυμμα είναι πολύ πιο αποτελεσματικό από την παθητική ασφάλεια (μέσω της απορρόφησης), το επόμενο βήμα θα ήταν να δημιουργηθεί ένα αρκετά μεγάλο (αν και ελαφρύ) σύστημα, μαζί με την διατήρηση των μαγνητών στις εξαιρετικά ψυχρές υπεραγωγικές θερμοκρασίες στο διάστημα. Το τελικό βήμα θα ήταν να ενσωματωθεί ένα τέτοιο σύστημα σε ένα συνδεδεμένο διαστημικό σκάφος. Κανένας από αυτούς τους στόχους δεν είναι εύκολος.

Ο Hoffman πέταξε στο διάστημα πέντε φορές και έγινε ο πρώτος αστροναύτης που έχει περισσότερες από 1.000 ώρες στο διαστημικό λεωφορείο. Στην τέταρτη διαστημική πτήση του, το 1993, ο Hoffman συμμετείχε στην πρώτη αποστολή για τη συντήρηση του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble, μια φιλόδοξη και ιστορική αποστολή που διόρθωσαν το πρόβλημα που είχε το κυρίως κάτοπτρο του τηλεσκοπίου. Ο Hoffman πήγε στο MIT το 2001.