الدرع: الأفكار الجديدة يمكن أن تجعل الدرع النشط قابلاً للتطبيق

في 19 أكتوبر 1989، الساعة 12:29 بالتوقيت العالمي، تسبب توهج شمسي هائل من فئة X13 في حدوث عاصفة مغنطيسية أرضية قوية جدًا لدرجة أن الشفق القطبي أضاء سماء اليابان وأمريكا وأستراليا وحتى ألمانيا في اليوم التالي. لو كنت قد طارت حول القمر في ذلك الوقت، لامتصت ما يزيد عن 6 سيفرت من الإشعاع، وهي جرعة من المرجح أن تقتلك في غضون شهر تقريبًا.

ولهذا السبب، تتمتع المركبة الفضائية أوريون، المقرر أن تأخذ البشر في مهمة طيران بالقرب من القمر هذا العام، بمأوى شديد الحماية من العواصف للطاقم. لكن مثل هذه الملاجئ ليست كافية لرحلة إلى المريخ: فقد تم تصميم درع أوريون للقيام بمهمة مدتها 30 يومًا.

إن تحقيق حماية مماثلة لتلك التي نحصل عليها على الأرض يتطلب مئات الأطنان من المواد، وهو أمر غير ممكن ببساطة في المدار. لقد تم اقتراح البديل الرئيسي ــ استخدام الدروع النشطة التي تصرف الجسيمات المشحونة مثلما يفعل المجال المغناطيسي للأرض ــ لأول مرة في ستينيات القرن العشرين. واليوم، أصبحنا على وشك إنجاح هذا البديل.

إشعاع الفضاء السحيق

يأتي الإشعاع الفضائي بنكهتين مختلفتين. يمكن أن تسبب الأحداث الشمسية مثل التوهجات أو انبعاث الكتل الإكليلية تدفقات عالية جدًا من الجسيمات المشحونة (البروتونات بشكل أساسي). إنها سيئة عندما لا يكون لديك مأوى، لكن من السهل نسبيًا حماية نفسك لأن البروتونات الشمسية منخفضة الطاقة في الغالب. تتراوح قوة غالبية تيارات الجسيمات الشمسية بين 30 ميغا إلكترون فولت و100 ميغا إلكترون فولت ويمكن إيقافها بواسطة ملاجئ من نوع أوريون.

ثم هناك الأشعة الكونية المجرية: وهي جسيمات من خارج النظام الشمسي، تحركها المستعرات الأعظم البعيدة أو النجوم النيوترونية. هذه الهجمات نادرة نسبيًا، لكنها تصل باستمرار من جميع الاتجاهات. كما أنها تمتلك طاقات عالية تتراوح من 200 ميجا إلكترون فولت إلى عدة جيجا إلكترون فولت، مما يجعلها شديدة الاختراق. لا توفر الكتل السميكة حماية كبيرة ضدها. عندما تصطدم جسيمات الأشعة الكونية عالية الطاقة بدروع رقيقة، فإنها تنتج العديد من الجسيمات ذات الطاقة المنخفضة: سيكون من الأفضل عدم وجود درع على الإطلاق.

الجسيمات التي تتراوح طاقتها بين 70 و500 ميغا إلكترون فولت مسؤولة عن 95% من جرعة الإشعاع التي يتلقاها رواد الفضاء في الفضاء. في الرحلات الجوية القصيرة، تشكل العواصف الشمسية مصدر القلق الرئيسي لأنها يمكن أن تكون عنيفة للغاية وتسبب الكثير من الأضرار بسرعة كبيرة. ومع ذلك، كلما طالت مدة طيرانك، زادت مشكلة GCRs لأن جرعاتها تتراكم بمرور الوقت ويمكنها المرور عبر أي شيء نحاول وضعه في طريقها.

ما يحمينا في المنزل

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

أي شيء يمر عبر المجال المغناطيسي ينتهي به الأمر في الغلاف الجوي، والذي يعادل، من حيث التدريع، جدارًا من الألومنيوم يبلغ سمكه 3 أمتار. وأخيرًا، هناك الكوكب نفسه، الذي يخفض الإشعاع إلى النصف، حيث لا يزال لديك 6.5 مليار مليار طن من الصخور التي تحميك من القاع.

لوضع هذا في الاعتبار، بلغ متوسط ​​كتلة طاقم أبولو 5 جرامات لكل سنتيمتر مربع بين الطاقم والإشعاع. وتحتوي وحدة محطة الفضاء الدولية النموذجية على ضعف ذلك، أو حوالي 10 جم/سم2. يحتوي Orion Shelter على 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 مركباتنا الفضائية الأفضل حماية.

الخياران هما إضافة المزيد من الكتلة، وهو ما يصبح مكلفًا بسرعة، أو تقصير مدة المهمة، وهو أمر ليس ممكنًا دائمًا. لذا فإن معالجة الإشعاع بالكتلة السلبية لن تكون كافية للمهمات الأطول، حتى باستخدام أفضل مواد الحماية مثل البولي إيثيلين أو الماء. ولهذا السبب كان إنشاء نسخة مصغرة ومحمولة من المجال المغناطيسي للأرض مطروحًا على الطاولة منذ الأيام الأولى لاستكشاف الفضاء. ولسوء الحظ، اكتشفنا أن قول ذلك أسهل بكثير من فعله.