Det er året 2027 og NASAs Vision for Space Exploration utvikler seg rett etter planen. Halvveis i turen oppstår imidlertid en gigantisk soloppblussing som sprer dødelig stråling direkte ved romskipet. På grunn av forskning utført av den tidligere astronauten Jeffrey Hoffman og en gruppe MIT-kolleger tilbake i år 2004, har dette kjøretøyet et topp moderne ledende magnetisk skjermingssystem som beskytter menneskelige beboere mot dødelige solutslipp.
Ny forskning har nylig begynt å undersøke bruken av superledende magnetteknologi for å beskytte astronauter mot stråling under langvarige romflyter, for eksempel de interplanetære flyvningene til Mars som er foreslått i NASAs nåværende Vision for Space Exploration.
Hovedetterforsker for dette konseptet er den tidligere astronauten Dr. Jeffrey Hoffman, som nå er professor ved Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Hoffmans konsept er et av 12 forslag som begynte å motta finansiering forrige måned fra NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC). Hver får $ 75 000 for seks måneders forskning for å gjøre innledende studier og identifisere utfordringer med å utvikle den. Prosjekter som gjør det gjennom denne fasen, er kvalifiserte for så mye som $ 400 000 dollar over to år.
Konseptet med magnetisk skjerming er ikke nytt. Som Hoffman sier: "Jorden har gjort det i milliarder av år!"
Jordens magnetfelt avleder kosmiske stråler, og et ekstra mål for beskyttelse kommer fra atmosfæren vår som absorberer all kosmisk stråling som gjør vei gjennom magnetfeltet. Å bruke magnetisk avskjerming for romfartøy ble først foreslått på slutten av 1960- og begynnelsen av 70-tallet, men ble ikke aktivt fulgt da planer for romfart over lengre tid falt ved veikanten.
Teknologien for å lage superledende magneter som kan generere sterke felt for å skjerme romskip fra kosmisk stråling er imidlertid nylig utviklet. Superledende magnetsystemer er ønskelig fordi de kan lage intense magnetfelt uten lite eller ingen elektrisk kraftinngang, og med riktige temperaturer kan de opprettholde et stabilt magnetfelt i lange perioder. En utfordring er imidlertid å utvikle et system som kan skape et magnetfelt som er stort nok til å beskytte et bussstørrelse, beboelig romfartøy. En annen utfordring er å holde systemet ved temperaturer nær absolutt null (0 Kelvin, -273 C, -460 F), noe som gir materialene superledende egenskaper. Nyere fremskritt innen superledende teknologi og materialer har gitt superledende egenskaper ved over 120 K (-153 C, -243 F).
Det er to typer stråling som må tas opp for langvarig menneskelig romfart, sier William S. Higgins, en ingeniørfysiker som jobber med strålsikkerhet ved Fermilab, partikkelakseleratoren i nærheten av Chicago, IL. De første er proteser fra solenergi, som vil komme i utbrudd etter en solfakkelhending. Den andre er galaktiske kosmiske stråler, som, selv om de ikke er så dødelige som solfakkel, de vil være en kontinuerlig bakgrunnsstråling som mannskapet vil bli utsatt for. I et uskjermet romfartøy vil begge typer stråling føre til betydelige helseproblemer eller død for mannskapet.
Den enkleste måten å unngå stråling er å absorbere det, som å ha på et blyforkle når du får røntgen hos tannlegen. Problemet er at denne typen avskjerming ofte kan være veldig tung, og massen er på høyeste nivå med våre nåværende romkjøretøyer siden de må lanseres fra jordas overflate. Også, ifølge Hoffman, hvis du bare bruker litt skjerming, kan du faktisk gjøre det verre, fordi de kosmiske strålene samhandler med skjermingen og kan skape sekundære ladede partikler, noe som øker den totale stråledosen.
Hoffman ser for seg å bruke et hybridsystem som bruker både magnetfelt og passiv absorpsjon. "Det er slik Jorden gjør det," forklarte Hoffman, "og det er ingen grunn til at vi ikke skal være i stand til å gjøre det i verdensrommet."
En av de viktigste konklusjonene for den andre fasen av denne forskningen vil være å avgjøre om bruk av superledende magnetteknologi er masseeffektiv. "Jeg er ikke i tvil om at hvis vi bygger den stor nok og sterk nok, vil den gi beskyttelse," sa Hoffman. "Men hvis massen til dette ledende magnetsystemet er større enn massen bare for å bruke passiv (absorberende) avskjerming, så hvorfor gå til alle de problemer?"
Men det er utfordringen, og årsaken til denne studien. "Dette er forskning," sa Hoffman. “Jeg er ikke partisan på den ene eller andre måten; Jeg vil bare finne ut hva som er den beste måten. "
Forutsatt at Hoffman og teamet hans kan demonstrere at superledende magnetisk skjerming er masseeffektivt, ville neste trinn være å gjøre selve prosjektering av å lage et stort nok (om enn lett vekt) system, i tillegg til finjustering av å opprettholde magneter ved ultrakaldt superledende temperaturer i verdensrommet. Det siste trinnet ville være å integrere et slikt system i et Mars-bundet romskip. Ingen av disse oppgavene er trivielle.
Undersøkelsene for å opprettholde magnetfeltstyrken og de nesten absolutte nulltemperaturene i dette systemet i verdensrommet forekommer allerede i et eksperiment som etter planen skal lanseres til den internasjonale romstasjonen for et tre-års opphold. Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) vil være festet på utsiden av stasjonen og søke etter forskjellige typer kosmiske stråler. Den vil bruke en superledende magnet for å måle hver partikkels momentum og tegnet på ladningen. Peter Fisher, en fysikkprofessor fra MIT jobber også med AMS-eksperimentet, og samarbeider med Hoffman om sin forskning på supraledende magneter. En doktorgradsstudent og en forsker jobber også med Hoffman.
NIAC ble opprettet i 1998 for å anmode om revolusjonerende konsepter fra mennesker og organisasjoner utenfor romfartsorganet som kunne fremme NASAs oppdrag. De vinnende konseptene blir valgt fordi de "skyver grensene for kjent vitenskap og teknologi" og "viser relevans for NASA-oppdraget," ifølge NASA. Disse konseptene forventes å ta minst et tiår å utvikle.
Hoffman fløy fem ganger i verdensrommet og ble den første astronauten som logget mer enn 1000 timer på romfergen. På sin fjerde romflukt, i 1993, deltok Hoffman i det første Hubble Space Telescope service-oppdraget, et ambisiøst og historisk oppdrag som korrigerte det sfæriske aberrasjonsproblemet i teleskopets primære speil. Hoffman forlot astronautprogrammet i 1997 for å bli NASAs europeiske representant ved den amerikanske ambassaden i Paris, og gikk deretter til MIT i 2001.
Hoffman vet at for å gjøre et romoppdrag mulig, er det mye ideutvikling og hard prosjektering som går foran det. "Når det gjelder å gjøre ting i verdensrommet, hvis du er en astronaut, går du og gjør det med egne hender," sa Hoffman. "Men du flyr ikke i verdensrommet for alltid, og jeg vil fremdeles gi et bidrag."
Ser han sin nåværende forskning som viktig som å fikse Hubble-romteleskopet?
"Vel, ikke i umiddelbar forstand," sa han. Men på den annen side, hvis vi noen gang skal ha en menneskelig tilstedeværelse i hele solsystemet, må vi være i stand til å leve og arbeide i regioner der det ladede partikkelmiljøet er ganske alvorlig. Hvis vi ikke finner en måte å beskytte oss mot, vil det være en veldig begrensende faktor for fremtiden for menneskelig utforskning. "
