Artistillustration av en elektromagnetisk sköld som kan skydda astronauter. Bildkredit: Hubble. Klicka för att förstora.
Motsatta avgifter lockar. Som avgifter stöter. Det är den första lektionen av elektromagnetism och en dag kan det rädda astronauternas liv.
NASA: s vision för rymdutforskning kräver en återgång till månen som förberedelse för ännu längre resor till Mars och därefter. Men det finns en potentiell showstopper: strålning.
Utrymme bortom lågjordbanan är fylld med intensiv strålning från solen och från djupa galaktiska källor som supernovor. Astronauter på väg till månen och Mars kommer att utsättas för denna strålning, vilket ökar deras risk att få cancer och andra sjukdomar. Att hitta ett bra sköld är viktigt.
Det vanligaste sättet att hantera strålning är helt enkelt att fysiskt blockera den, som den tjocka betongen runt en kärnreaktor gör. Men att skapa rymdskepp från betong är inte ett alternativ. (Intressant nog kan det vara möjligt att bygga en månbas från en betongblandning av moondust och vatten, om vatten kan hittas på månen, men det är en annan historia.) NASA-forskare undersöker många strålningsblockerande material som aluminium, avancerad plast och flytande väte. Var och en har sina egna fördelar och nackdelar.
Det är alla fysiska lösningar. Det finns en annan möjlighet, en utan fysisk substans utan massor av skärmande kraft: ett kraftfält.
Det mesta av den farliga strålningen i rymden består av elektriskt laddade partiklar: höghastighetselektroner och protoner från solen och massiva, positivt laddade atomkärnor från avlägsna supernovor.
Som avgifter stöter. Så varför inte skydda astronauter genom att omge dem med ett kraftfullt elektriskt fält som har samma laddning som den inkommande strålningen och på så sätt avleder strålningen bort?
Många experter är skeptiska till att elektriska fält kan göras för att skydda astronauter. Men Charles Buhler och John Lane, båda forskare med ASRC Aerospace Corporation vid NASA: s Kennedy Space Center, tror att det kan göras. De har fått stöd från NASA Institute for Advanced Concepts, vars uppgift är att finansiera studier av långtgående idéer, för att undersöka möjligheten till elektriska skärmar för månbaser.
"Att använda elektriska fält för att avvisa strålning var en av de första idéerna på 1950-talet, då forskare började titta på problemet med att skydda astronauter från strålning," säger Buhler. "De släppte dock snabbt idén, eftersom det verkade som om de höga spänningarna behövdes och de besvärliga designen som de trodde skulle vara nödvändiga (till exempel att placera astronauterna i två koncentriska metallsfärer) skulle göra en sådan elektrisk sköld opraktisk."
Buhler och Lanes inställning är annorlunda. I deras koncept skulle en månbasis ha ett halvt dussin eller så uppblåsbara, ledande sfärer cirka 5 meter över monterade ovanför basen. Sfärerna laddas sedan upp till en mycket hög statisk-elektrisk potential: 100 megavolt eller mer. Denna spänning är mycket stor men eftersom det skulle vara mycket liten ström som flyter (laddningen skulle sitta statiskt på sfärerna), behövs inte mycket kraft för att upprätthålla laddningen.
Sfärerna skulle vara gjorda av ett tunt, starkt tyg (som Vectran, som användes för landningsballongerna som dämpade inverkan för Mars Exploration Rovers) och belagda med ett mycket tunt lager av en ledare som guld. Tygsfärerna kunde fällas upp för transport och sedan blåsas upp genom att helt enkelt ladda dem med en elektrisk laddning; liknande laddningar av elektronerna i guldskiktet avvisar varandra och tvingar sfären att expandera utåt.
Att placera sfärerna långt ovanför detta skulle minska risken för att astronauter kommer vidrör dem. Genom att noggrant välja arrangemanget av sfärerna, kan forskare maximera deras effektivitet när det gäller att avvisa strålning, samtidigt som de påverkar astronauter och utrustning vid marken. I vissa konstruktioner är faktiskt det elektriska nätet på marknivå noll, vilket lindrar eventuella hälsorisker från dessa starka elektriska fält.
Buhler och Lane söker fortfarande efter det bästa arrangemanget: En del av utmaningen är att strålning kommer som både positivt och negativt laddade partiklar. Sfärerna måste vara anordnade så att det elektriska fältet är, till exempel, negativt långt över basen (för att avvisa negativa partiklar) och positivt närmare marken (för att avvisa de positiva partiklarna). "Vi har redan simulerat tre geometrier som kan fungera," säger Buhler.
Bärbara konstruktioner kan till och med monteras på "månbuggy" -måner-rovers för att ge skydd för astronauter när de utforskar ytan, föreställer Buhler.
Det låter underbart, men det finns många vetenskapliga och tekniska problem som ännu inte ska lösas. Till exempel konstaterar skeptiker att en elektrostatisk sköld på månen är känslig för att kortslutas av flytande moondust, som själv laddas av ultraviolett strålning i solen. Solvind som blåser över skölden kan också orsaka problem. Elektroner och protoner i vinden kan fångas av labyrinten av krafter som utgör skölden, vilket leder till starka och oavsiktliga elektriska strömmar precis ovanför astronauternas huvuden.
Forskningen är fortfarande preliminär, betonar Buhler. Moondust, solvind och andra problem undersöks fortfarande. Det kan vara så att en annan typ av sköld fungerar bättre, till exempel ett superledande magnetfält. Dessa vilda idéer har ännu inte ordnat sig.
Men vem vet, kanske en dag astronauter på månen och Mars kommer att arbeta säkert, skyddade av en enkel elektromagnetismprincip till och med ett barn kan förstå.
Originalkälla: [e-postskyddad]
