Pajzsok felemelése: Az új ötletek életképessé tehetik az aktív védelmet

1989. október 19-én, 12:29-kor az X13 osztályú hatalmas napkitörés olyan erős geomágneses vihart hozott létre, hogy másnap Japánban, Amerikában, Ausztráliában és még Németországban is megvilágította az égboltot az aurora borealis. Ha abban az időben a Hold körül repült volna, több mint 6 sievert sugárzást nyelt volna el, ez a dózis valószínűleg egy hónapon belül megöl.

Éppen ezért az Orion űrszondán, amely idén állítólag embereket visz el egy átrepülési küldetésre, van egy fokozottan védett viharmenedék a legénység számára. De az ilyen menedékek nem elegendőek egy Mars-utazáshoz, mivel az Orion pajzsát 30 napos küldetésre tervezték.

A Földhöz hasonló védelem megszerzéséhez több száz tonna anyagra lenne szükség, és ez a pályán egyszerűen nem lehetséges. Az alapvető alternatívát – a töltött részecskéket ugyanúgy eltérítő aktív pajzsok használatával, mint a Föld mágneses tere – először az 1960-as években javasolták. Ma végre közel állunk ahhoz, hogy sikerüljön.

Mélyűr sugárzás

Az űrsugárzásnak két különböző íze van. A szoláris események, például a fáklyák vagy a koronális tömeg kilökődése nagyon nagy töltött részecskék (főleg protonok) áramlását okozhatják. Rosszak, ha nincs menedék, de viszonylag könnyű megvédeni őket, mivel a nap protonjai többnyire alacsony energiájúak. A napelemes részecskék eseményáramainak többsége 30 MeV és 100 MeV között van, és Orion-szerű menedékekkel meg lehet állítani.

Aztán ott vannak a galaktikus kozmikus sugarak: a Naprendszeren kívülről érkező részecskék, amelyeket távoli szupernóvák vagy neutroncsillagok hajtanak. Ezek viszonylag ritkák, de mindig minden irányból jönnek. Nagy energiájuk is van, 200 MeV-tól kezdve egészen több GeV-ig, így rendkívül áthatóak. A vastag tömbök nem sok védelmet nyújtanak ellene. Amikor a nagy energiájú kozmikus sugárzás részecskéi vékony pajzsokkal ütköznek, annyi alacsony energiájú részecskét termelnek, jobb lenne, ha egyáltalán nem lenne pajzs.

A 70 és 500 MeV közötti energiájú részecskék felelősek az űrhajósok által az űrben kapott sugárdózis 95%-áért. Rövid repüléseken a napviharok jelentik a fő gondot, mert nagyon hevesek lehetnek, és nagyon gyorsan sok kárt okozhatnak. Azonban minél tovább repül, annál problémásabbá válnak a GCR-ek, mert adagjaik idővel felhalmozódnak, és szinte mindenen át tudnak haladni, amit az útjukba állítani próbálunk.

Mitől biztonságban vagyunk otthon

Ebből a sugárzásból szinte semmi sem jut el hozzánk, mert a Föld természetes, többlépcsős védelmi rendszerrel rendelkezik. A mágneses mezővel kezdődik, amely a legtöbb bejövő részecskét a pólusok felé tereli. A mágneses térben lévő töltött részecske egy görbét követ, minél erősebb a tér, annál szorosabb a görbe. A Föld mágneses tere nagyon gyenge, és alig hajlítja meg a beérkező részecskéket, de hatalmas és több ezer kilométerre kiterjed az űrbe.

Bármi, ami átjut a mágneses mezőn, a légkörbe nyúlik, ami védelem szempontjából egy 3 méter vastag alumíniumfalnak felel meg. Végül ott van maga a bolygó, amely felére csökkenti a sugárzást, mivel mindig 6,5 milliárd billió tonna kőzet véd meg a fenéktől.

A perspektíva szempontjából az Apollo személyzeti modul átlagosan 5 gramm tömege volt négyzetcentiméterenként a személyzet és a sugárzás között. Egy tipikus ISS-modul ennek kétszeresét, körülbelül 10 g/cm2-t tartalmaz.Az Orion menedékhelye 35-45 g/cm2, attól függően, hogy pontosan hol ül, és 36 tonnát nyom. A Földön a légkör önmagában 810 g/cm2-t ad, ami közel 20-szor több, mint a legjobban védett űrszondánk.

A két lehetőség a tömegnövelés – ami hamar megdrágul – vagy a küldetés időtartamának lerövidítése, ami nem mindig lehetséges. Így a negatív tömegű sugárzású megoldás nem vágja le hosszabb küldetések során, még a legjobb árnyékoló anyagokkal sem, mint a polietilén vagy a víz. Ezért van az, hogy a Föld mágneses mezejének miniatürizált, hordozható változatának elkészítése az űrkutatás kezdete óta terítéken van. Sajnos rájöttünk, hogy ezt sokkal könnyebb mondani, mint megtenni.