211service.com
Spin-off van het ruimtestation kan Mars-gebonden astronauten beschermen tegen straling
Het is moeilijk om veel spin-offs te bedenken van het project van $ 100 miljard om het internationale ruimtestation te bouwen en te lanceren. In feite is er maar heel weinig gedaan aan het ISS dat er niet op gericht is om het ding in een baan om de aarde te houden.
Een uitzondering is de Alpha Magnetic Spectrometer, die onder meer is ontworpen om te bepalen of kosmische stralingsdeeltjes uit materie of antimaterie bestaan.
De spectrometer bestaat uit een gigantische magneet die geladen deeltjes afbuigt en een aantal detectoren die de massa en energie van deze deeltjes karakteriseren. Het werd vorig jaar aan het ISS vastgeschroefd en wordt momenteel gebombardeerd met ongeveer 1000 kosmische stralen per seconde.
Vandaag zeggen Roberto Battiston van de Universiteit van Perugia in Italië en een paar vrienden dat de technologie die voor de spectrometer is ontwikkeld, in de toekomst kan worden gebruikt om astronauten te beschermen tegen straling tijdens langdurige ruimtevluchten.
De reis naar de asteroïden, Mars of verder wordt geplaagd door technologische problemen. Een van de meest uitdagende is het vinden van een manier om mensen te beschermen tegen de hoogenergetische deeltjes die anders de stralingsniveaus tot onaanvaardbare niveaus zouden verhogen.
Op aarde worden mensen beschermd door de atmosfeer, de massa van de aarde zelf en het magnetische veld van de aarde. In een lage baan om de aarde verliezen astronauten de bescherming van de atmosfeer en de stralingsniveaus zijn bijgevolg twee ordes van grootte hoger.
In de verre ruimte verliezen astronauten het beschermende effect van de massa van de aarde en haar magnetisch veld, waardoor het niveau nog eens vijf keer hoger wordt en boven de acceptabele limieten die mensen kunnen weerstaan gedurende de ongeveer 18 maanden die nodig zijn om Mars of de asteroïden te bereiken.
Een voor de hand liggende manier om astronauten te beschermen is met een kunstmatig magnetisch veld dat geladen deeltjes zou wegsturen. Maar eerdere studies hebben geconcludeerd dat gewone magneten te groot en te zwaar zouden zijn om praktisch te zijn tijdens een ruimtemissie.
Supergeleidende magneten zijn echter krachtiger, efficiënter en minder massief. Ze zijn veel betere kandidaten om mensen te beschermen.
Het enige probleem is dat niemand een supergeleidende magneet in de ruimte heeft gebouwd en getest.
Dat is waar de Alpha Magnetic Spectrometer van pas komt. Deze machine is ontworpen en gebouwd met een supergeleidende magneet die in de ruimte kan werken.
Nu hebben Battiston en co de kennis en ervaring van het bouwen van deze machine gebruikt om te bestuderen hoe deze kan worden gebruikt op een diepe ruimtemissie voor mensen. Ze gebruiken bijvoorbeeld de software die is ontwikkeld om het gedrag van de supergeleidende magneten op de spectrometer te simuleren om te bestuderen hoe een door mensen beoordeeld systeem zou kunnen werken.
Dit simuleert niet alleen het magnetische veld, maar ook de krachten die het genereert en hoe ze worden verdeeld, een belangrijke overweging in supergeleidende systemen.
In het bijzonder vergelijken ze twee verschillende ontwerpen voor de manier waarop draden op de magneet worden gewikkeld: een met gewone toroïdale wikkelingen en een andere met een wikkeling van het dubbele helix-type.
Hun conclusie is dat de dubbele helix aanzienlijke voordelen biedt vanwege de manier waarop de krachten erin worden verdeeld. Deze zouden minder externe ondersteuning nodig hebben, wat de massa van het hele systeem zou verminderen.
Dat is een potentieel interessant project - het internationale ruimtestation is altijd beschouwd als een opstap naar het zonnestelsel, dus het is passend dat zijn technologie een basis kan vormen voor toekomstige missies.
Dit is echter niet het hele verhaal. Wat Battiston en co niet vermelden, is dat het supergeleidende magneetsysteem na 15 jaar ontwerpen en testen voor maar liefst $ 2 miljard niet betrouwbaar genoeg kon worden gemaakt om in de ruimte te vliegen. Uiteindelijk moest het haastig worden vervangen door permanente magneten, slechts een paar maanden voordat de Space Shuttle het vorig jaar de ruimte in bracht.
NASA en andere ruimtevaartorganisaties hebben altijd geweten dat het moeilijk en duur is om mensen de ruimte in te sturen. Wat ze niet hebben begrepen, is dat ze steeds meer moeten uitgeven om steeds minder te doen.
De Alpha Magnetic Spectrometer is daar een goed voorbeeld van. De enige belangrijke wetenschap die aan het ISS van $ 100 miljard wordt gedaan, is met de spectrometer. En de enige reden waarom het aan het ISS is bevestigd, is vanwege de stroom die het nodig had voor zijn oorspronkelijke supergeleidende ontwerp: alleen de zonnepanelen op het ISS konden genoeg leveren, werd ons verteld. De aanwezigheid van mensen is min of meer irrelevant.
Misschien kunnen toekomstige systemen betrouwbaar genoeg worden gemaakt om mensen te beschermen. Ze kunnen zelfs licht genoeg worden gemaakt om in de ruimte te worden gelanceerd. Maar het ziet er niet naar uit dat ze goedkoop genoeg kunnen worden gemaakt om op korte tot middellange termijn te rechtvaardigen.
Hier komt het op neer: mensen zijn een dure lading die weinig of geen waarde toevoegt als het gaat om wetenschap in de ruimte.
De boodschap is dus duidelijk: als we het beste rendement willen van ons ruimtegebonden geld, kunnen we in de nabije toekomst beter robots sturen. En ze hebben geen enkele vorm van magnetische bescherming nodig, supergeleidend of anderszins.
Referentie: arxiv.org/abs/1209.1907 : ARSSEM: Actief stralingsschild voor ruimteverkenningsmissies