2027 년이며 NASA의 우주 탐사 비전은 예정대로 진행되고 있습니다. 그러나 여행 중반에 거대한 태양 플레어가 폭발하여 우주선에서 직접 치명적인 방사선을 분출합니다. 2004 년 전 우주 비행사 제프리 호프만 (Jeffrey Hoffman)과 MIT 동료들이 수행 한 연구 덕분에이 차량은 최첨단 초전도 자기 차폐 시스템을 갖추고있어 치명적인 태양 방출로부터 인간 탑승자를 보호합니다.
최근 NASA의 현재 우주 탐사 비전에서 제안 된 화성으로의 행성 간 비행과 같이 장기간 우주 비행 중에 우주 비행사를 방사선으로부터 보호하기 위해 초전도 자석 기술의 사용에 대한 새로운 연구가 최근 시작되었습니다.
이 개념의 주요 수사관은 전 우주 비행사 제프리 호프만 박사이며 현재 메사추세츠 공과 대학 (MIT)의 교수입니다.
호프만의 개념은 지난 달 NASA 고급 개념 연구소 (NIAC)로부터 자금을 받기 시작한 12 가지 제안 중 하나입니다. 각각 6 개월간 연구에 75,000 달러를 투자하여 초기 연구를하고 연구 개발에 어려움을 찾습니다. 이 단계를 거치는 프로젝트는 2 년 동안 40 만 달러 이상을받을 수 있습니다.
자기 차폐의 개념은 새로운 것이 아닙니다. 호프만은“지구는 수십억 년 동안 그것을 해왔습니다!”라고 말합니다.
지구의 자기장은 우주 광선을 편향 시키며 자기장을 통과하는 모든 우주 방사선을 흡수하는 대기로부터 추가적인 보호 수단이 제공됩니다. 우주선에 자기 차폐를 사용하는 것은 1960 년대 후반과 70 년대 초에 처음 제안되었지만 장기적인 우주 비행 계획이 방해가되었을 때 적극적으로 추진되지는 않았습니다.
그러나 우주 방사선으로부터 우주선을 보호하기 위해 강한 장을 생성 할 수있는 초전도 자석을 만드는 기술은 최근에 개발되었습니다. 초전도 자석 시스템은 전력 입력이 거의 또는 전혀없이 강한 자기장을 생성 할 수 있고, 적절한 온도에서는 장기간 안정적인 자기장을 유지할 수 있기 때문에 바람직하다. 그러나 한 가지 과제는 버스 크기의 거주 가능한 우주선을 보호하기에 충분히 큰 자기장을 생성 할 수있는 시스템을 개발하는 것입니다. 또 다른 과제는 시스템을 절대 영 (0 Kelvin, -273 C, -460 F) 근처의 온도로 유지하여 재료에 초전도 특성을 부여하는 것입니다. 최근 초전도 기술 및 재료의 진보는 120K (-153C, -243F)보다 높은 초전도 특성을 제공했다.
장기적인 인간 우주 비행을 위해 해결해야 할 두 가지 유형의 방사선이 있다고 IL (IL) 시카고 근처의 입자 가속기 인 Fermilab에서 방사선 안전을 연구하는 공학 물리학자인 William S. Higgins는 말한다. 첫 번째는 태양 플레어 양성자인데, 이는 태양 플레어 사건에 따라 파열 될 것입니다. 두 번째는 은하 우주 광선으로 태양 플레어만큼 치명적이지는 않지만 승무원이 노출되는 연속적인 배경 방사선입니다. 차폐되지 않은 우주선에서 두 가지 유형의 방사선은 승무원에게 심각한 건강 문제 또는 사망을 초래할 수 있습니다.
방사선을 피하는 가장 쉬운 방법은 치과에서 엑스레이를받을 때 앞치마를 착용하는 것과 같이 방사선을 흡수하는 것입니다. 문제는 이러한 유형의 차폐가 종종 매우 무거울 수 있으며, 현재 우주 차량이 지구 표면에서 발사되어야하기 때문에 질량이 프리미엄이라는 점입니다. 또한 Hoffman에 따르면, 약간의 차폐를 사용하면 우주 광선이 차폐와 상호 작용하고 2 차 하전 입자를 생성하여 전체 방사선 량을 증가시킬 수 있기 때문에 실제로 더 악화시킬 수 있습니다.
호프만은 자기장과 수동 흡수를 모두 사용하는 하이브리드 시스템을 사용하려고한다. 호프만은“이것이 지구와 같은 방식으로 우주에서 그렇게 할 수없는 이유는 없다”고 설명했다.
이 연구의 두 번째 단계에 대한 가장 중요한 결론 중 하나는 초전도 자석 기술을 사용하는 것이 효과적인지 여부를 결정하는 것입니다. 호프만은“우리가 충분히 크고 튼튼하게 만들면 보호 기능을 제공 할 것”이라고 확신한다. "그러나이 전도성 자석 시스템의 질량이 수동 (흡수) 차폐를 사용하기위한 질량보다 큰 경우 왜 모든 문제를 해결해야합니까?"
그러나 이것이 도전이자이 연구의 이유입니다. 호프만은“이것은 연구이다. “저는 편파적 인 편이 아닙니다. 가장 좋은 방법이 무엇인지 알고 싶습니다. "
Hoffman과 그의 팀은 초전도 자기 차폐가 대량 효과적이라는 것을 보여줄 수 있다고 가정하면, 다음 단계는 초저온 초전도에서 자석을 유지하는 미세 조정뿐만 아니라 충분히 큰 (경량이지만) 시스템을 만드는 실제 엔지니어링을 수행하는 것입니다. 우주 온도. 마지막 단계는 그러한 시스템을 화성 우주선에 통합하는 것입니다. 이 작업들 중 어느 것도 사소한 것이 아닙니다.
우주에서이 시스템의 자기장 강도와 거의 절대 온도를 유지하기위한 시험은 이미 3 년 동안 국제 우주 정거장에서 발사 될 예정인 실험에서 진행되고 있습니다. 알파 자기 분광계 (AMS)는 스테이션 외부에 부착되어 다양한 유형의 우주 광선을 검색합니다. 초전도 자석을 사용하여 각 입자의 운동량과 전하의 표시를 측정합니다. MIT의 물리학과 피터 피셔 (Peter Fisher)는 AMS 실험에 참여하고 있으며 초전도 자석에 대한 연구를 위해 호프만과 협력하고있다. 대학원생과 연구 과학자도 호프만과 협력하고 있습니다.
NIAC는 1998 년 NASA의 임무를 발전시킬 수있는 우주 기관 외부의 사람들과 조직으로부터 혁신적인 개념을 요구하기 위해 설립되었습니다. NASA에 따르면,이기는 컨셉은 "알려진 과학과 기술의 한계를 뛰어 넘고", "NASA 임무와의 관련성을 보여주기"때문에 선택됩니다. 이러한 개념은 개발하는 데 최소 10 년이 소요될 것으로 예상됩니다.
호프만은 우주로 5 번 비행했으며 우주 왕복선에 1,000 시간 이상을 기록한 최초의 우주 비행사가되었습니다. 4 번째 우주 비행에서 1993 년 호프만은 망원경의 1 차 거울에서 구면 수차 문제를 수정 한 야심 차고 역사적인 미션 인 첫 허블 우주 망원경 서비스 임무에 참여했습니다. 호프만은 1997 년 우주 비행사 프로그램을 떠나 파리 미 대사관에서 NASA의 유럽 대표가되었으며 2001 년에는 MIT로 갔다.
호프만은 우주 임무를 가능하게하기 위해서는 그 앞에 많은 아이디어 개발과 하드 엔지니어링이 있다는 것을 알고 있습니다. 호 우프 만은“우주 비행사라면 우주에서 일을 할 때 자신의 손으로 가야한다”고 말했다. "그러나 당신은 우주에서 영원히 날지 않으며, 나는 여전히 공헌하고 싶습니다."
그는 현재 연구가 허블 우주 망원경을 고치는 것만 큼 중요하다고 생각합니까?
그는“즉각적인 의미는 아니었다”고 말했다. 그러나 다른 한편으로, 만약 우리가 태양계 전체에 인간 존재를 가지려면, 하전 입자 환경이 매우 열악한 지역에서 살면서 일할 수 있어야합니다. 우리가 그로부터 자신을 보호 할 수있는 방법을 찾을 수 없다면, 그것은 미래의 인간 탐사를위한 매우 제한적인 요소가 될 것입니다.”
