¿Podemos producir un campo magnético lo suficientemente fuerte como para proteger a las naves espaciales de la radiación cósmica?

Podemos: el problema es que el blindaje electromagnético de fuerza suficiente para proteger una nave espacial completa es enorme, pesado y costoso.

Trabajo con alguien que obtuvo su doctorado en ingeniería aeroespacial trabajando en este problema exacto, y al final del día, concluyó que significa duplicar o triplicar el costo de una misión. Estaba mirando misiones de Marte de clase SLS, y en este caso, solo el sistema de protección magnética para una sola misión requeriría dos o tres lanzamientos adicionales de SLS.

El problema es esencialmente este: para crear campos magnéticos fuertes, necesita mucha corriente eléctrica. Entonces, antes que nada, necesita una fuente de energía masiva, pero incluso entonces, las pérdidas resistivas le impedirían mantener la corriente requerida. La única forma de mantener ese nivel de corriente es con superconductores, que le permiten crear bobinas con una resistencia de cero.

Sin embargo, los superconductores requieren temperaturas muy bajas para funcionar. Muchos de ellos requieren enfriamiento con helio líquido, pero incluso los de “alta temperatura” requieren enfriamiento con nitrógeno líquido. Ese tipo de enfriamiento requiere mucha potencia y bombas de calor pesadas, por lo que la complejidad, el peso y los gastos del sistema aumentan sustancialmente.

Entonces, esencialmente, para alimentar este sistema, necesita una gran matriz de paneles solares o un gran reactor nuclear de algún tipo, necesita bobinas superconductoras absolutamente masivas y necesita un sistema de enfriamiento criogénico para mantener los superconductores funcionando. Además, tiene que diseñar todo eso para que si algo sale mal en el sistema de enfriamiento, hay una manera de desviar la corriente antes de que las bobinas se calienten y se derritan: este sistema no falla con gracia, en otras palabras, lo que hace que el problema sea mucho más difícil.

Entonces, fundamentalmente, es posible, pero con nuestro estado actual de tecnología es más complicado, costoso, pesado y propenso a fallas que otros métodos, como crear un búnker en una nave espacial que está rodeada por los tanques de combustible y agua de la nave.

Sí, esa es una idea increíble. Solo necesito algunas bobinas estratégicamente ubicadas alrededor de la nave y una fuente de energía para mantenerla en funcionamiento. Suficientemente simple a expensas de más carga para la nave, tanto en peso como en potencia. ¿Pero vas a dejar la electrónica sensible en la nave expuesta al campo magnético que creaste? No lo creo. Entonces necesitas protegerlo. Eso aumentaría aún más la carga.

Entonces, la mayoría de las cosas son teóricamente posibles, pero difíciles de implementar. Hay que lograr un equilibrio con respecto a la economía, la seguridad, la practicabilidad y la teoría. Sin embargo, no pierdas la esperanza tan rápido. Científicos del Reino Unido que trabajan en el Laboratorio Rutherford Appleton cerca de Oxford y las universidades de York y Strathclyde han probado una “mini-magnetosfera” que envuelve una nave espacial modelo en el laboratorio. Resulta que su prototipo ofrece una protección casi total contra las partículas solares de alta energía. Al imitar el entorno de protección natural de la Tierra, los investigadores han reducido la burbuja magnética protectora a un escudo deflector eficiente pero potente.

Este asombroso logro es un gran paso hacia la protección de la electrónica sensible y el delicado cuerpo humano contra los efectos radiactivos de las misiones tripuladas entre los planetas. Puede sonar a ciencia ficción, pero los futuros astronautas pueden gritar la orden de “¡LEVANTAR LOS ESCUDOS!” Si el Sol se enciende durante un viaje de 36 millones de millas a Marte …

Han creado una mini versión de un escudo magnético que actuó como una “burbuja” en una corriente de iones. A medida que los iones se cargaban, podían ser desviados por un campo magnético, por lo que el campo actúa como una barrera para desviar los caminos de estos iones alrededor del vacío encapsulado por el campo magnético. Todo lo que tenía que hacer era escalar la idea una muesca o dos y luego colocar una nave espacial en el medio del vacío protegido.

El mayor inconveniente era la gran cantidad de energía que se necesitaría para alimentar el sistema. Después de todo, para generar una mini-magnetosfera estable del tamaño de una nave espacial necesitaría una gran cantidad de electricidad (y sería muy voluminosa), o tendría que ser altamente eficiente (y compacta). Como estamos hablando de viajes espaciales, los científicos tendrían que investigar este último. La mini-magnetosfera necesitaría ser un dispositivo altamente eficiente.

En los resultados recién publicados en la revista Plasma Physics y Controlled Fusion, han ideado un sistema no más grande que un escritorio grande que utiliza la misma energía que un hervidor eléctrico. Dos mini-magnetosferas estarán contenidas dentro de dos mini satélites ubicados fuera de la nave espacial. En caso de que haya un aumento en el flujo del viento solar, o una nube de partículas energéticas que se aproxima desde una llamarada y / o eyección de masa coronal (CME), las magnetosferas se pueden encender y los iones solares se desvían de la nave espacial. Estos experimentos iniciales han demostrado ser prometedores y que puede ser posible proteger a los astronautas del clima espacial mortal. Después de todo, los efectos del envenenamiento por radiación pueden ser devastadores.

¿Está bien hacer preguntas adicionales?

¿Se trata de crear una nave en forma de anillo, por ejemplo, que se parezca a una “plataforma de gravedad”, con una corriente azimutal alrededor del anillo, generando así un campo dipolo perpendicular al plano del anillo? ¿Quizás las líneas de campo “canalizarían” partículas cargadas a lo largo del eje del principio central y con seguridad a través del centro hueco del anillo?

O, ¿qué hay de cargar la nave espacial a un voltaje positivo? Un voltaje de + 1GV disuadiría a la gran mayoría de los rayos cósmicos.

O, ¿qué pasa con la creación de “pararrayos espaciales”, cargados a un voltaje muy negativo, para “atraer” a los Rayos Cósmicos lejos del cuerpo principal de la nave?

¿Qué materiales absorben mejor los rayos cósmicos y los rayos gamma?

Si la humanidad alguna vez va a salir de esta roca que llamamos Tierra, tendremos que encontrar una manera de lidiar con la radiación cósmica: las partículas de alta energía que se aceleran a través del espacio abierto que se ha encontrado que son dañinas cuando no estamos protegidos por la atmósfera de nuestro planeta.

Afortunadamente, los científicos del CERN han anunciado que están trabajando en una solución a este mismo problema. En colaboración con el proyecto del Escudo Superconductor de Radiación Espacial Europea (SR2S), el CERN está desarrollando un escudo magnético superconductor que puede proteger una nave espacial y sus ocupantes de los rayos cósmicos durante las misiones en el espacio profundo.

El escudo reutilizará uno de los descubrimientos realizados por los físicos del CERN el año pasado, cuando logró una corriente eléctrica récord utilizando diboruro de magnesio (MgB2) para sus cables superconductores. El equipo que trabaja en el escudo usará el mismo material para las bobinas superconductoras del imán en una nueva configuración, diseñada para generar un campo lo suficientemente fuerte como para evitar que los rayos espaciales dañinos penetren en los exteriores de las naves espaciales para dañar a los astronautas y al equipo.

“En el marco del proyecto, probaremos, en los próximos meses, una bobina de pista enrollada con una cinta superconductora de MgB2”, dijo Bernardo Bordini, coordinador de la actividad del CERN en el proyecto, en un comunicado. “La bobina prototipo está diseñada para cuantificar la efectividad de la tecnología de blindaje magnético superconductor”.

Anuncios anteriores de SR2S han sugerido que el problema de la radiación cósmica se puede resolver en los próximos tres años, con la tecnología de campo magnético que permite estancias seguras de larga duración en el espacio sin daño de los rayos cósmicos. El objetivo del proyecto SR2S es crear un campo magnético 3.000 veces más fuerte que el propio campo magnético de la Tierra, con un diámetro de 10 metros que proteja a los astronautas dentro o directamente fuera de una nave espacial.

La tecnología es bastante esencial si queremos que los astronautas pasen con seguridad una cantidad significativa de tiempo en el espacio. Además de causar un posible deterioro cognitivo, se cree que la exposición prolongada a los rayos cósmicos puede aumentar la probabilidad de que los astronautas desarrollen varios tipos de cáncer.

“Esta situación es crítica. Según nuestro conocimiento actual, solo una fracción muy pequeña de los astronautas activos de la NASA son aptos para permanecer en la ISS durante una misión de un año, independientemente del hecho de que la exposición a la radiación es dos veces menor que la exposición durante el viaje espacial profundo “, dijo Roberto Battiston, coordinador del proyecto de SR2S, en un comunicado de prensa. “Los próximos desafíos de exploración, los viajes al espacio profundo a los asteroides cercanos a la Tierra y la permanencia de larga duración en Marte y en la Luna, requieren una forma efectiva de proteger activamente a los astronautas”.

Considere que un campo magnético interceptará partículas ionizantes. No rayos gamma .

La radiación beta puede ser detenida por EMF.

La gamma debe estar protegida mediante una barrera física.

Gran diferencia allí. Los fotones de alta energía pueden ser interceptados por agua o metal (cualquier materia, cuanto más densa, más efectiva), que emitirá fotones y partículas beta. Las partículas beta pueden ser interceptadas por EMF.

Los astronautas podrían protegerse de la radiación solar con un sistema costoso. Radiación interestelar no tanto. Los rayos gamma estallan aún menos (pero todos estaríamos muertos de todos modos).

Permítanme presentarles un concepto que la NASA ha analizado con respecto al blindaje activo contra la radiación.

Una buena lectura es “Estudio de arquitecturas magnéticas y blindaje de radiación activa”

https://www.nasa.gov/pdf/718392m …

Una proyección de cómo se vería una nave espacial es esta

No se ría, fue lo suficientemente bueno para recibir un desarrollo NIAC Fase II. Antes de que alguien comience a objetar, le sugiero que lea la referencia anterior y utilice esta https://www.nasa.gov/sites/defau …

No hay forma de que intente condensar un papel de 152 páginas, así como las 56 páginas anteriores. Al final, el mayor obstáculo es la protección de enfriamiento.

¿Alguna vez se construirá? Probablemente no, ya que la NASA parece inclinarse más hacia las protecciones pasivas. Pero nunca se sabe.

Como la mayoría de las cosas que involucran viajes espaciales, nada nos impide producir dicho campo magnético. El problema en este caso es cuál es más rentable, protege los componentes sensibles y deja todo lo demás expuesto, o diseña, construye e instala un dispositivo capaz de generar dicho campo magnético (y alimentar dicho dispositivo).

Si lo miras desde un curso de física estrictamente de nivel universitario, parece simple, simplemente ejecuta un conductor en la forma óptima de cualquier conformación que proteja a la nave espacial de manera óptima de la radiación cósmica. Pero como muchos científicos de cohetes han visto, parece fácil en el papel, su implementación es lo que causa dolores de cabeza y grandes explosiones.

* editar * Se agregó la parte de grandes explosiones.

Probablemente no.

Los problemas incluyen la ley del cuadrado inverso y quizás algunos casos de potencia (O (n ^ 4)), pero dicho campo no haría nada para los rayos X, los rayos gamma y los neutrones.

Y quién sabe sobre micrometeoritos.