זו השנה 2027 והחזון של נאס"א לחקירת חלל מתקדם ממש בלוח הזמנים. עם זאת, באמצע הנסיעה מתפרץ התלקחות סולארית ענקית, המפזרת קרינה קטלנית ישירות בחללית. בגלל מחקרים שנעשו על ידי האסטרונאוט לשעבר ג'פרי הופמן וקבוצת עמיתים ב- MIT בשנת 2004, ברכב זה יש מערכת מגן מגנטית-מוליכה מובילה שמגנה על יושבי האדם מפני פליטות סולאריות קטלניות.
לאחרונה החל מחקר חדש לבחון את השימוש בטכנולוגיית מגנטים מוליכים-על כדי להגן על אסטרונאוטים מפני קרינה במהלך שיטורי חלל לאורך זמן, כמו הטיסות הבין-כוכביות למאדים המוצעות בחזון הנוכחי של נאס"א לחקירת חלל.
החוקר הראשי של מושג זה הוא האסטרונאוט לשעבר ד"ר ג'פרי הופמן, שהוא כיום פרופסור במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT).
הרעיון של הופמן הוא אחת מ -12 הצעות שהחלו לקבל מימון בחודש שעבר ממכון נאס"א למושגים מתקדמים (NIAC). כל אחד מהם מקבל 75,000 $ עבור שישה חודשים של מחקר כדי לבצע מחקרים ראשוניים ולזהות אתגרים בפיתוחו. פרויקטים שעוברים את אותו שלב זכאים לסכום של עד 400,000 $ נוספים במהלך שנתיים.
הרעיון של מיגון מגנטי אינו חדש. כמו שאומר הופמן, "כדור הארץ עושה את זה מיליארדי שנים!"
השדה המגנטי של כדור הארץ מסיט קרניים קוסמיות, ומידה נוספת להגנה מגיעה מהאטמוספירה שלנו הסופגת כל קרינה קוסמית שעושה את דרכה בשדה המגנטי. השימוש בסיכוך מגנטי לחלליות הוצע לראשונה בשלהי שנות השישים ובראשית שנות ה -70, אך לא הוחלף באופן פעיל כאשר התוכניות לטיסות חלל לאורך זמן נפלו בצד הדרך.
עם זאת, הטכנולוגיה ליצירת מגנטים מוליכים-על שיכולים ליצור שדות חזקים כדי להגן על חלליות מפני קרינה קוסמית פותחה רק לאחרונה. מערכות מגנט מוליכות-על רצויות מכיוון שהן יכולות ליצור שדות מגנטיים אינטנסיביים עם מעט חשמל או כניסת חשמל, ועם טמפרטורות נאותות הם יכולים לשמור על שדה מגנטי יציב לפרקי זמן ארוכים. עם זאת, אתגר אחד הוא פיתוח מערכת שיכולה ליצור שדה מגנטי גדול מספיק בכדי להגן על חללית בגודל אוטובוס ומגורים. אתגר נוסף הוא שמירה על המערכת בטמפרטורות בקרבת אפס מוחלט (0 Kelvin, -273 C, -460 F), המעניק לחומרים תכונות מוליכות על. ההתקדמות האחרונה בתחום הטכנולוגיה והמוליך העל מספקים תכונות מוליכות על גבוה מ- 120 K (-153 C, -243 F).
ישנם שני סוגים של קרינה שצריך לטפל בהם בזרימת חלל אנושית לאורך זמן, אומר וויליאם ס. היגינס, פיזיקאי הנדסי שעובד על בטיחות קרינה בפרמילאב, מאיץ החלקיקים ליד שיקגו, אילינוי. הראשון הם פרוטונים של התלקחות סולארית, שעלולים להתפרץ בעקבות אירועי התלקחות סולארית. השנייה הן קרניים קוסמיות גלקטיות, שלמרות שאינן קטלניות כמו התלקחות סולארית, הן יהיו קרינת רקע רציפה אליהם ייחשף הצוות. בחללית לא מוגנת, שני סוגי הקרינה יביאו לבעיות בריאותיות משמעותיות או למוות לצוות.
הדרך הקלה ביותר להימנע מקרינה היא לספוג אותה, כמו ללבוש סינר עופרת כשאתה מקבל צילום רנטגן אצל רופא השיניים. הבעיה היא שמיגון מסוג זה יכול לרוב להיות כבד מאוד, והמסה היא בראש ובראשונה עם רכבי החלל הנוכחיים שלנו מכיוון שהם צריכים להיות משוגרים מעל פני כדור הארץ. כמו כן, לדברי הופמן, אם אתה משתמש רק במעט מיגון, אתה למעשה יכול להחמיר את זה, מכיוון שהקרניים הקוסמיות אינטראקציות עם הסיכוך ויכולות ליצור חלקיקים טעונים משניים, להגדיל את מינון הקרינה הכללי.
הופמן צופה שימוש במערכת היברידית המעסיקה שדה מגנטי וגם ספיגה פסיבית. "ככה כדור הארץ עושה את זה", הסביר הופמן, "ואין סיבה שלא נוכל לעשות זאת בחלל."
אחת המסקנות החשובות לשלב השני במחקר זה היא לקבוע אם השימוש בטכנולוגיית מגנט מוליך-על הוא אפקטיבי המוני. "אין לי ספק שאם נבנה את זה מספיק גדול וחזק מספיק, זה יספק הגנה", אמר הופמן. "אבל אם המסה של מערכת המגנטים המוליכים הזו גדולה יותר מהמסה רק כדי להשתמש בסוכך פסיבי (קולט), אז למה ללכת לכל הבעיות האלה?"
אבל זה האתגר והסיבה למחקר זה. "זה מחקר," אמר הופמן. "אני לא שותף לכאן או לכאן; אני רק רוצה לגלות מה הדרך הטובה ביותר. "
בהנחה שהופמן וצוותו יכולים להדגים כי מגן מגנטי מוליך-על הוא יעיל במסה, השלב הבא יהיה ביצוע ההנדסה בפועל של יצירת מערכת גדולה מספיק (גם אם קלת משקל), בנוסף לכוונון עדין של שמירת מגנטים במוליכת-על קרה במיוחד. טמפרטורות בחלל. השלב האחרון יהיה לשלב מערכת כזו בחללית המוגבלת על ידי מאדים. אף אחת מהמשימות הללו איננה טריוויאלית.
הבדיקות לשמירה על חוזק השדה המגנטי וטמפרטורות האפס המוחלטות כמעט של מערכת זו בחלל מתרחשות כבר בניסוי שאמור להיות משוגר לתחנת החלל הבינלאומית למשך שלוש שנים. הספקטרומטר אלפא (AMS) יהיה מחובר לחיצונית של התחנה ויחפש סוגים שונים של קרניים קוסמיות. היא תשתמש במגנט מוליך-על למדידת המומנטום של כל חלקיק וסימן המטען שלו. פיטר פישר, פרופסור לפיזיקה אף הוא מ- MIT עובד על ניסוי AMS, ומשתף פעולה עם הופמן במחקר שלו על מגנטים מוליכים-על. סטודנט לתואר שני ומדען מחקר עובדים גם יחד עם הופמן.
NIAC נוצר בשנת 1998 כדי לבקש מושגים מהפכניים מאנשים וארגונים מחוץ לסוכנות החלל שיכולים לקדם את משימותיה של נאס"א. המושגים הזוכים נבחרים מכיוון שהם "דוחפים את גבולות המדע והטכנולוגיה הידועים" ו"מראים רלוונטיות למשימת נאס"א ", על פי נאס"א. מושגים אלה צפויים לקחת לפחות עשור להתפתח.
הופמן טס בחלל חמש פעמים והפך לאסטרונאוט הראשון שרשם יותר מאלף שעות במעבורת החלל. בטיסת החלל הרביעית שלו, בשנת 1993, השתתף הופמן במשימת השירות הראשונה לטלסקופ החלל האבל, משימה שאפתנית והיסטורית שתיקנה את בעיית הסטייה הכדורית במראה הראשוני של הטלסקופ. הופמן עזב את תוכנית האסטרונאוט בשנת 1997 כדי להיות הנציג האירופי של נאס"א בשגרירות ארה"ב בפריס, ואז נסע ל- MIT בשנת 2001.
הופמן יודע שכדי לאפשר משימת חלל, יש הרבה פיתוח רעיונות והנדסה קשה שקודמים לה. "כשמדובר בעשיית דברים בחלל, אם אתה אסטרונאוט, אתה הולך ועושה את זה במו ידיך", אמר הופמן. "אבל אתה לא טס לחלל לנצח, ועדיין הייתי רוצה לתרום."
האם הוא רואה במחקריו הנוכחיים חשיבות כמו תיקון טלסקופ החלל האבל?
"ובכן, לא במובן המיידי," הוא אמר. "מצד שני, אם אי פעם תהיה לנו נוכחות אנושית בכל מערכת השמש, אנו צריכים להיות מסוגלים לחיות ולעבוד באזורים שבהם סביבת החלקיקים הטעונים היא די חמורה. אם לא נוכל למצוא דרך להגן על עצמנו מפני זה, זה יהיה גורם מאוד מגביל לעתיד החקירה האנושית. "
