رفع الدروع: الأفكار الجديدة يمكن أن تجعل الدرع النشط قابلاً للتطبيق

في 19 أكتوبر 1989، الساعة 12:29 بالتوقيت العالمي، تسبب توهج شمسي مذهل من فئة X13 في حدوث عاصفة مغنطيسية أرضية، حيث أضاء الشفق القطبي سماء اليابان والولايات المتحدة وأستراليا وحتى ألمانيا في اليوم التالي. إذا كنت تحلق حول القمر في ذلك الوقت، فستمتص أكثر من 6 سيفرت من الإشعاع، وهو ما قد يقتلك في غضون شهر.

ولهذا السبب فإن المركبة الفضائية أوريون، التي ستنقل البشر إلى القمر هذا العام، لديها ملجأ مدرع للغاية للطاقم من العواصف. لكن مثل هذه الملاجئ ليست كافية لرحلة إلى المريخ، حيث تم تصميم درع أوريون لمهمة مدتها 30 يومًا.

سيتطلب الأمر مئات الأطنان من المواد للحصول على الحماية التي نتمتع بها على الأرض، وهذا غير ممكن في المدار. البديل الأساسي – استخدام الدروع النشطة التي تصرف الجسيمات المشحونة بنفس طريقة المجال المغناطيسي للأرض – تم اقتراحه لأول مرة في الستينيات. واليوم، نحن أخيرًا قريبون من تحقيق ذلك.

إشعاع الفضاء السحيق

يأتي الإشعاع الفضائي بنكهتين مختلفتين. يمكن أن تسبب الأحداث الشمسية مثل التوهجات أو انبعاث الكتل الإكليلية تدفقًا عاليًا جدًا للجسيمات المشحونة (معظمها بروتونات). إنها سيئة عندما لا يكون لديك مأوى، ولكن من السهل نسبيًا حماية البروتونات الشمسية لأنها غالبًا ما تكون ذات طاقة منخفضة. يتراوح تدفق معظم أحداث الجسيمات الشمسية من 30 ميجا إلكترون فولت إلى 100 ميجا فولت ويمكن اعتراضه بواسطة ملاجئ مثل أوريون.

ثم هناك الأشعة الكونية بين النجوم: وهي جسيمات من خارج النظام الشمسي، تستمد طاقتها من المستعرات الأعظمية البعيدة أو النجوم النيوترونية. هذه نادرة نسبيًا، ولكنها تأتي إليك دائمًا من جميع الاتجاهات. لديهم طاقات عالية، تبدأ من 200 ميجا إلكترون فولت وتذهب إلى عدة جيجا إلكترون فولت، مما يجعلها شديدة الاختراق. لا توفر الكتل السميكة قدرًا كبيرًا من الحماية ضدها. عندما تصطدم جزيئات الأشعة الكونية عالية الطاقة بدروع رقيقة، فإنها تولد العديد من الجسيمات منخفضة الطاقة، ومن الأفضل أن تكون بدون الدرع.

الجسيمات ذات الطاقات التي تتراوح بين 70 و500 ميغا إلكترون فولت مسؤولة عن 95% من الجرعة الإشعاعية التي يتلقاها رواد الفضاء في الفضاء. في الرحلات الجوية القصيرة، تشكل العواصف الشمسية مصدر قلق كبير لأنها عنيفة جدًا ويمكن أن تسبب أضرارًا بسرعة كبيرة. كلما طالت مدة طيرانك، زادت مشكلة GCRs حيث تتراكم جرعاتها بمرور الوقت ويمكنها المرور عبر أي شيء نحاول وضعه في طريقها.

ما الذي يبقينا آمنين في المنزل

السبب وراء عدم وصول أي من هذا الإشعاع إلينا هو أن الأرض لديها نظام حماية طبيعي متعدد الطبقات. يبدأ بمجاله المغناطيسي، الذي يحرف معظم الجزيئات الواردة نحو القطبين. يتبع الجسيم المشحون في المجال المغناطيسي منحنى، فكلما كان المجال أقوى، كان المنحنى أكثر إحكامًا. المجال المغناطيسي للأرض ضعيف جدًا ولا يكاد يؤدي إلى انحناء الجزيئات القادمة، لكنه ضخم ويمتد لآلاف الكيلومترات في الفضاء.

أي شيء يمر عبر المجال المغناطيسي يذهب إلى الغلاف الجوي، وهو ما يعادل جدارًا من الألومنيوم بسمك 3 أمتار عندما يتعلق الأمر بالحماية. وأخيرًا، هناك الكوكب نفسه، الذي يخفض الإشعاع إلى النصف لأنه لديك دائمًا 6.5 مليار تريليون طن من الصخور التي تحميك من الأسفل.

لوضع ذلك في الاعتبار، كان متوسط ​​الوزن 5 جرامات لكل سنتيمتر مربع على وحدة طاقم أبولو يقف بين الطاقم والإشعاع. ويبلغ الحجم النموذجي لمحطة الفضاء الدولية ضعف ذلك، أي حوالي 10 جم/سم2. يتراوح وزن أوريون بين 35-45 جم/سم2، اعتمادًا على المكان الذي تجلس فيه بالضبط، ويزن 36 طنًا. على الأرض، يمنحك الغلاف الجوي وحده 810 جم/سم2، أي حوالي 20 مرة أكثر من أفضل المركبات الفضائية المدرعة لدينا.

الخياران هما إضافة المزيد من الكتلة – الأمر الذي سرعان ما يصبح مكلفًا – أو تقصير مدة المهمة، وهو أمر ليس ممكنًا دائمًا. لذلك، حتى باستخدام مواد حماية أفضل مثل البولي إيثيلين أو الماء، فإن معالجة الإشعاع بكتلة بالقصور الذاتي لن تكفي للمهمات الطويلة. ولهذا السبب فإن إنشاء نسخة أصغر وأصغر من المجال المغناطيسي للأرض كان مطروحًا على الطاولة منذ الأيام الأولى لاستكشاف الفضاء. ولسوء الحظ، اكتشفنا أن قول هذا أسهل من فعله.