هل يمكن استخدام مجال القوة لحماية رواد الفضاء من الإشعاعات القوية في الفضاء؟
بقلم: أميت أورين، الجمعية الفلكية الإسرائيلية
تتجاذب الشحنات المعاكسة، كما تتنافر الشحنات. هذا هو القانون الأول للكهرومغناطيسية، ومن الممكن أن ينقذ حياة رواد الفضاء يومًا ما.
تدعو رؤية ناسا لاستكشاف الفضاء إلى العودة إلى القمر استعدادًا لرحلات أطول إلى المريخ وما بعده. ولكن هناك مشكلة محتملة: الإشعاع. الفضاء خارج المدار الأرضي المنخفض (LEO - مدار أرضي منخفض) يغمره إشعاع قوي من الشمس ومن مصادر عميقة في المجرة مثل المستعرات الأعظم. وسيتعرض رواد الفضاء الذين يشقون طريقهم إلى القمر والمريخ لهذا الإشعاع، مما يزيد من فرص إصابتهم بالسرطان والأمراض الأخرى. من المهم العثور على حامي جيد.
تنتج المستعرات الأعظم إشعاعات خطيرة. سديم السرطان (M1) الذي يظهر في الصورة هو نتيجة انفجار سوبر نوفا عام 1054م.
الطريقة الأكثر شيوعًا للتعامل مع الإشعاع هي إنشاء حاجز مادي، مثل الخرسانة السميكة حول المفاعل النووي. ولكن من غير الممكن بناء سفن فضائية خرسانية (من المثير للدهشة أنه قد يكون من الممكن بناء قاعدة قمرية من خليط خرساني من الغبار القمري والماء، على افتراض وجود الماء على القمر، ولكن هذا أمر آخر) يقوم علماء ناسا بالتحقيق في العديد من المواد المانعة للإشعاع مثل الألومنيوم والبلاستيك المتقدم والهيدروجين السائل. ولكل منها مزاياه وعيوبه. هذه كلها حلول فيزيائية. هناك خيار آخر ليس جسديًا ولكنه يتمتع بقوة حماية كبيرة: مجال القوة.
تتكون معظم الإشعاعات الخطيرة في الفضاء من جسيمات مشحونة: الإلكترونات والبروتونات السريعة المنبعثة من الشمس، والنوى الذرية الضخمة المشحونة بشكل إيجابي من المستعرات الأعظم البعيدة.
الشحنات المتطابقة تتنافر. إذا كان الأمر كذلك، فلماذا لا نحمي رواد الفضاء من خلال إحاطتهم بمجال كهربائي عالي الكثافة له نفس شحنة الإشعاع الوارد، وبالتالي انحراف الإشعاع؟
يشكك العديد من الخبراء ولا يعتقدون أن المجالات الكهربائية ستكون قادرة على حماية رواد الفضاء. لكن تشارلز بوهلر وجون لين، وكلاهما عالمان في شركة ASRC للفضاء في مركز كينيدي للفضاء التابع لناسا، يعتقدان أنه من الممكن تحقيق ذلك. لقد تلقوا الدعم من معهد ناسا للمفاهيم المتقدمة، الذي يهدف إلى تمويل البحث في الأفكار الأصلية، للبحث في إمكانية إنشاء دروع كهربائية للقواعد القمرية.
انطباع فني عن درع من الإشعاع الكهروستاتيكي، يتكون من مجالات داخلية موجبة الشحنة ومجالات خارجية مشحونة سلبيًا. شبكة العزل متصلة بالأرض. الصورة مجاملة من ASRC الفضاء.
يقول بولر: "كان استخدام المجالات الكهربائية لصرف الإشعاع أحد الأفكار الأولى في الخمسينيات من القرن الماضي، عندما بدأ العلماء في البحث عن كيفية حماية رواد الفضاء في الفضاء من الإشعاع". "ومع ذلك، سرعان ما تم إسقاط الفكرة لأنه بدا أن الفولتية العالية والتصميمات الخرقاء التي اعتقدنا أنها ضرورية (على سبيل المثال، وضع رواد الفضاء داخل كرتين معدنيتين متحدة المركز) ستجعل مثل هذا الدرع الكهربائي غير عملي."
يختلف نهج بولر ولين. وبحسب فكرتهم، سيتم وضع حوالي ست كرات قابلة للنفخ وموصلة بعرض خمسة أمتار فوق قاعدة القمر. سيتم شحن الكرات بقدرة كهروستاتيكية عالية جدًا: 100 ميجا فولت وأكثر. هذا الجهد مرتفع جدًا لأن تيارًا قليلًا جدًا سوف يتدفق (ستستقر الشحنة دون إزاحة داخل الكرات)، ولن تكون هناك حاجة إلى الكثير من الطاقة للحفاظ على الشحنة.
ستتكون الكرات من نسيج رقيق وقوي (فيكتران على سبيل المثال، الذي استخدم في إنتاج بالونات الهبوط التي خففت من اصطدام مركبات الأبحاث المتبخرة [مركبات استكشاف المريخ] بالأرض المتبخرة) وستكون مغلفة بطبقة رقيقة جدًا من الموصل، كالذهب على سبيل المثال. ويمكن طي الكرات القماشية للنقل ثم نفخها مرة أخرى عن طريق شحنها بشحنة كهربائية؛ تتنافر شحنات الإلكترون المتطابقة في طبقة الذهب مع بعضها البعض وتتسبب في تمدد الكرة إلى الخارج.
وهكذا سيتغير التيار المار فوق القواعد الموجودة على القمر إلى البنية الكروية كما هو موضح أعلاه. يمكنك العثور على مزيد من المعلومات حول هذا الموضوع والهياكل الكروية الأخرى في تقرير التحليل حول مبدأ درع الإشعاع الكهروستاتيكي للقاعدة القمرية (وثيقة PDF).
إن وضع الكرات عاليًا فوق القاعدة سيقلل من خطر لمس رواد الفضاء لها عن طريق الخطأ. ومن خلال اختيار ترتيب المجالات بعناية، يمكن للعلماء زيادة فعاليتها في رفض الإشعاع مع تقليل تأثيرها على رواد الفضاء والمعدات الموجودة على الأرض. في الواقع، في بعض النماذج، لا يوجد مجال كهربائي على الأرض، مما يقلل من المخاطر الصحية المحتملة الناجمة عن هذه المجالات الكهربائية القوية.
لا يزال بولر ولين يبحثان عن أفضل ترتيب: جزء من التحدي هو أن الإشعاع يأتي على شكل جسيمات مشحونة بشكل إيجابي وسالب. يجب ترتيب الكرات بحيث يكون المجال الكهربائي سالبًا في مكان أعلى بكثير من القاعدة (لصد الجسيمات السالبة) وموجبًا بالقرب من الأرض (لصد الجسيمات الموجبة). يقول بولر: "لقد قمنا بالفعل بمحاكاة ثلاثة تعديلات قد تنجح".
ويتخيل بولر أن التصميمات المتنقلة قد تصل إلى عربات القمر الجوالة التي من شأنها أن توفر الحماية لرواد الفضاء أثناء استكشاف التضاريس.
كيف يمكن نشر درع الإشعاع الكهروستاتيكي لمركبات الأبحاث القمرية. تشير المخاريط الخضراء المقلوبة إلى المناطق التي يتعرض فيها الدرع للإشعاع جزئيًا. الصورة مجاملة من ASRC الفضاء.
يبدو هذا رائعًا، لكن هناك العديد من المشكلات العلمية والهندسية التي تحتاج إلى حل. على سبيل المثال، يشير المتشككون إلى حقيقة أنه في الدرع الكهروستاتيكي الموجود على القمر، قد يحدث ماس كهربائي بسهولة بسبب غبار القمر، والذي هو نفسه مشحون بالأشعة فوق البنفسجية القادمة من الشمس. يمكن أن تسبب الرياح الشمسية التي تهب على الدرع مشاكل أيضًا. يمكن أن تحبس الإلكترونات والبروتونات الموجودة في الرياح في متاهة القوى التي تبني الدرع، مما يؤدي إلى تيارات قوية وغير موجهة فوق رؤوس رواد الفضاء مباشرة.
يؤكد بولر أن البحث لا يزال في بداياته. ولا يزال تأثير غبار القمر والرياح الشمسية ومشاكل أخرى قيد الدراسة. وربما يعمل نوع آخر من الدرع بشكل أفضل، على سبيل المثال، المجال المغناطيسي فائق التوصيل. ولا تزال هذه الأفكار الجامحة بحاجة إلى توضيح نفسها.
ولكن من يدري، ربما يأتي يوم ويعمل فيه رواد الفضاء على القمر والمريخ بأمان، محميين بمبدأ بسيط من الكهرومغناطيسية يمكن حتى للطفل أن يفهمه.
لمقال على الموقع العلمي لوكالة ناسا
* تم نشر المقال لأول مرة في 8 يوليو 2005 على الموقع القديم
تعليقات 7
لا يتم تحميل الصور. ويسعدني إعادة إنتاجها وتقديمها في المقالة.
لا يتم تحميل الصور. ويسعدني إعادة إنتاجها وتقديمها في المقالة.
لقد استخدمنا مثل هذا النموذج في مشروعنا yayy XDDD
من الممكن استخدام مغناطيس بسيط يصد أيونات الإشعاع
المشكلة الوحيدة هي أنه عند استخدام الحديد فإنه سوف يصبح ممغنطًا إلى الماضي
حظا سعيدا لسابدارمش يهودا:
وطالما لا يوجد خطر من الوصول إلى كهف أو ملجأ، فلا ينبغي للمرء أن ييأس، ويجب أن يستمر في البحث عن حلول أخرى.
أجد صعوبة في تصديق أنهم سيختارون مثل هذا الأسلوب، عندما يكون هناك خيار أبسط، وهو الحفر أو البحث عن كهف أو ملجأ. سيوفر هذا النوع من المأوى أيضًا الحماية ضد النيازك الصغيرة التي يمكن أن تلحق الضرر بالناس والمعدات القيمة.
س: هذه طريقة الكرات المشحونة خطيرة بسبب إشعاعها وقد لا يكون لها مكان إلا في الرحلات الفضائية في مواجهة خطر العواصف الشمسية
سابدارمش يهودا
يوجد في الكون مجموعة واسعة من الإشعاعات المؤينة - المشعة مثل: إشعاع ألفا وأشعة جاما التي تسبب الكثير من التأين، وبالتالي فهي نشطة وخطيرة، كما أن إشعاع بيتا (β) هو أيضًا جزء من الإشعاع المشع؛ إن مكافحة أنواع الإشعاع سوف تتطور من خلال عملية (البحث والتجربة)، ومن الممكن أن يؤدي البحث في هذا الاتجاه أيضًا إلى حل مشاكل إنتاج الطاقة مثل: الاندماج البارد، أو نقل الهيدروجين في الخزانات، أو غيرها من الأفكار ; (في بعض الأحيان يتم اكتشاف حلول للمشاكل القائمة، بعد التعامل مع نوع مختلف تماما من المشاكل)، وحتى ذلك الحين (الأسوأ هو الأقلية): لن يكون هناك مفر من البدء أيضا في عمليات حل مشاكل الطاقة، أولا عن طريق تقنين الوقود للسيارة الخاصة (أولئك الذين لديهم رخصة قيادة سيارة خاصة والذين سيتجاوزون ميزانية الحصص، سيدفعون أكثر حسب الاستهلاك)، وبعد ذلك لتطوير المركبات التي ستستفيد من قطاعات الطاقة المحتملة (تم بالفعل طرح فكرة حول هذا الموضوع نشرت من قبل).
سوف تنعكس المزايا العديدة للتفكير في هذا الاتجاه في التنظيف عالي الجودة للغلاف الجوي (من بين أمور أخرى، مشكلة طبقة الأوزون)، وهي ميزة لا تقل أهمية؛ لن يجد السكان أنفسهم فجأة عاجزين في مواجهة محطات الوقود الجافة.