Είναι το έτος 2027 και το όραμα της NASA για εξερεύνηση του διαστήματος εξελίσσεται σύμφωνα με το χρονοδιάγραμμα. Ωστόσο, στα μισά του ταξιδιού, ξεσπά μια τεράστια ηλιακή φωτοβολίδα, εκτοξεύοντας θανατηφόρα ακτινοβολία απευθείας στο διαστημικό σκάφος. Λόγω της έρευνας που πραγματοποιήθηκε από τον πρώην αστροναύτη Τζέφρι Χόφμαν και μια ομάδα συναδέλφων του MIT το 2004, αυτό το όχημα διαθέτει υπερσύγχρονο σύστημα υπεραγώγιμης μαγνητικής θωράκισης που προστατεύει τους ανθρώπους από τυχόν θανατηφόρες ηλιακές εκπομπές.
Νέα έρευνα άρχισε πρόσφατα να εξετάζει τη χρήση της τεχνολογίας υπεραγωγών μαγνητών για την προστασία των αστροναυτών από την ακτινοβολία κατά τη διάρκεια διαστημικών πτήσεων μεγάλης διάρκειας, όπως οι διαπλανητικές πτήσεις προς τον Άρη που προτείνονται στο τρέχον όραμα της NASA για την εξερεύνηση του διαστήματος.
Ο κύριος ερευνητής αυτής της ιδέας είναι ο πρώην αστροναύτης Δρ. Jeffrey Hoffman, ο οποίος είναι τώρα καθηγητής στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης (MIT).
Η ιδέα του Hoffman είναι μία από τις 12 προτάσεις που άρχισαν να λαμβάνουν χρηματοδότηση τον περασμένο μήνα από το NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC). Κάθε ένας παίρνει 75.000 $ για έξι μήνες έρευνας για να κάνει αρχικές μελέτες και να εντοπίσει προκλήσεις στην ανάπτυξή του. Τα έργα που τα καταφέρνουν σε αυτήν τη φάση είναι επιλέξιμα για έως και 400.000 $ περισσότερα για δύο χρόνια.
Η έννοια της μαγνητικής θωράκισης δεν είναι καινούργια. Όπως λέει ο Χόφμαν, «Η Γη το κάνει εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια!»
Το μαγνητικό πεδίο της Γης εκτρέπει τις κοσμικές ακτίνες και ένα πρόσθετο μέτρο προστασίας προέρχεται από την ατμόσφαιρά μας που απορροφά οποιαδήποτε κοσμική ακτινοβολία που περνά μέσα από το μαγνητικό πεδίο. Η χρήση μαγνητικής θωράκισης για διαστημόπλοια προτάθηκε για πρώτη φορά στα τέλη της δεκαετίας του 1960 και στις αρχές της δεκαετίας του '70, αλλά δεν επιδιώχθηκε ενεργά όταν τα σχέδια για διαστημικές πτήσεις μεγάλης διάρκειας έπεσαν στο πλάι.
Ωστόσο, αναπτύχθηκε πρόσφατα η τεχνολογία για τη δημιουργία υπεραγωγών μαγνητών που μπορούν να δημιουργήσουν ισχυρά πεδία για την προστασία του διαστημικού σκάφους από την κοσμική ακτινοβολία. Τα συστήματα υπεραγωγών μαγνητών είναι επιθυμητά επειδή μπορούν να δημιουργήσουν έντονα μαγνητικά πεδία με μικρή ή καθόλου είσοδο ηλεκτρικής ισχύος, και με κατάλληλες θερμοκρασίες μπορούν να διατηρήσουν ένα σταθερό μαγνητικό πεδίο για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Μια πρόκληση, ωστόσο, είναι η ανάπτυξη ενός συστήματος που μπορεί να δημιουργήσει ένα μαγνητικό πεδίο αρκετά μεγάλο για να προστατεύσει ένα διαστημικό σκάφος μεγέθους λεωφορείου. Μια άλλη πρόκληση είναι η διατήρηση του συστήματος σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν (0 Kelvin, -273 C, -460 F), το οποίο δίνει στα υλικά υπεραγωγικές ιδιότητες. Οι πρόσφατες εξελίξεις στην υπεραγώγιμη τεχνολογία και τα υλικά παρείχαν υπεραγωγικές ιδιότητες σε υψηλότερα από 120 Κ (-153 C, -243 F).
Υπάρχουν δύο τύποι ακτινοβολίας που πρέπει να αντιμετωπιστούν για ανθρώπινη διαστημική πτήση μεγάλης διάρκειας, λέει ο William S. Higgins, ένας φυσικός μηχανικός που εργάζεται για την ασφάλεια της ακτινοβολίας στο Fermilab, τον επιταχυντή σωματιδίων κοντά στο Σικάγο, IL. Τα πρώτα είναι ηλιακά φωτοβολίδες πρωτονίων, τα οποία θα έρθουν σε έκρηξη μετά από ένα ηλιακό φωτοβολίδα. Η δεύτερη είναι οι γαλαξιακές κοσμικές ακτίνες, οι οποίες, αν και όχι τόσο θανατηφόρες όσο οι ηλιακές εκλάμψεις, θα ήταν μια συνεχής ακτινοβολία υποβάθρου στην οποία θα εκτεθεί το πλήρωμα. Σε ένα μη προστατευμένο διαστημικό σκάφος, και οι δύο τύποι ακτινοβολίας θα είχαν ως αποτέλεσμα σημαντικά προβλήματα υγείας ή θάνατο στο πλήρωμα.
Ο ευκολότερος τρόπος για να αποφύγετε την ακτινοβολία είναι να την απορροφήσετε, όπως να φοράτε ποδιά μολύβδου όταν κάνετε ακτινογραφία στον οδοντίατρο. Το πρόβλημα είναι ότι αυτός ο τύπος θωράκισης μπορεί συχνά να είναι πολύ βαρύς και η μάζα είναι πολύτιμη με τα τρέχοντα διαστημικά μας οχήματα, καθώς πρέπει να εκτοξευτούν από την επιφάνεια της Γης. Επίσης, σύμφωνα με τον Hoffman, εάν χρησιμοποιείτε λίγο θωράκιση, μπορείτε πραγματικά να το κάνετε χειρότερο, επειδή οι κοσμικές ακτίνες αλληλεπιδρούν με την θωράκιση και μπορούν να δημιουργήσουν δευτερεύοντα φορτισμένα σωματίδια, αυξάνοντας τη συνολική δόση ακτινοβολίας.
Ο Hoffman προβλέπει τη χρήση ενός υβριδικού συστήματος που χρησιμοποιεί τόσο μαγνητικό πεδίο όσο και παθητική απορρόφηση. «Αυτός είναι ο τρόπος που το κάνει η Γη», εξήγησε ο Χόφμαν, «και δεν υπάρχει λόγος να μην μπορούμε να το κάνουμε στο διάστημα».
Ένα από τα πιο σημαντικά συμπεράσματα της δεύτερης φάσης αυτής της έρευνας θα είναι να προσδιοριστεί εάν η χρήση της τεχνολογίας υπεραγωγών μαγνητών είναι αποτελεσματική μάζας. «Δεν έχω καμία αμφιβολία ότι αν το φτιάξουμε αρκετά μεγάλο και αρκετά δυνατό, θα παρέχει προστασία», δήλωσε ο Χόφμαν. «Αλλά αν η μάζα αυτού του αγώγιμου μαγνητικού συστήματος είναι μεγαλύτερη από τη μάζα μόνο για να χρησιμοποιήσει παθητική (απορροφητική) θωράκιση, τότε γιατί να πας σε όλο αυτό το πρόβλημα;»
Αλλά αυτή είναι η πρόκληση και ο λόγος αυτής της μελέτης. «Αυτή είναι έρευνα», είπε ο Χόφμαν. «Δεν είμαι κομματικός με τον ένα ή τον άλλο τρόπο. Θέλω απλώς να μάθω ποιος είναι ο καλύτερος τρόπος. "
Υποθέτοντας ότι ο Hoffman και η ομάδα του μπορούν να αποδείξουν ότι η υπεραγώγιμη μαγνητική θωράκιση είναι μαζική αποτελεσματική, το επόμενο βήμα θα ήταν η πραγματική μηχανική της δημιουργίας ενός αρκετά μεγάλου (αν και ελαφρού) συστήματος, εκτός από την τελειοποίηση των μαγνητών διατήρησης σε εξαιρετικά κρύα υπεραγωγιμότητα θερμοκρασίες στο διάστημα. Το τελευταίο βήμα θα ήταν η ενσωμάτωση ενός τέτοιου συστήματος σε ένα διαστημικό σκάφος που συνδέεται με τον Άρη. Καμία από αυτές τις εργασίες δεν είναι ασήμαντη.
Οι εξετάσεις διατήρησης της ισχύος του μαγνητικού πεδίου και των σχεδόν απόλυτων μηδενικών θερμοκρασιών αυτού του συστήματος στο διάστημα πραγματοποιούνται ήδη σε ένα πείραμα που έχει προγραμματιστεί να ξεκινήσει στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό για μια τριετή παραμονή. Το Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) θα συνδεθεί στο εξωτερικό του σταθμού και θα αναζητήσει διαφορετικούς τύπους κοσμικών ακτίνων. Θα χρησιμοποιήσει έναν υπεραγωγό μαγνήτη για να μετρήσει την ορμή κάθε σωματιδίου και το σημάδι της φόρτισης του. Ο Peter Fisher, καθηγητής φυσικής από το MIT εργάζεται στο πείραμα AMS και συνεργάζεται με τον Hoffman για την έρευνά του για υπεραγωγούς μαγνήτες. Ένας απόφοιτος φοιτητής και ένας ερευνητής επιστήμονας συνεργάζονται επίσης με τον Hoffman.
Το NIAC δημιουργήθηκε το 1998 για να ζητήσει επαναστατικές ιδέες από ανθρώπους και οργανισμούς εκτός του διαστημικού γραφείου που θα μπορούσαν να προωθήσουν τις αποστολές της NASA. Οι νικητήριες έννοιες επιλέγονται επειδή «ωθούν τα όρια της γνωστής επιστήμης και τεχνολογίας» και «δείχνουν τη συνάφεια με την αποστολή της NASA», σύμφωνα με τη NASA. Αυτές οι έννοιες αναμένεται να διαρκέσουν τουλάχιστον μια δεκαετία για να αναπτυχθούν.
Ο Χόφμαν πέταξε στο διάστημα πέντε φορές και έγινε ο πρώτος αστροναύτης που κατέγραψε περισσότερες από 1.000 ώρες στο διαστημικό λεωφορείο. Στην τέταρτη διαστημική πτήση του, το 1993, ο Hoffman συμμετείχε στην πρώτη αποστολή διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble, μια φιλόδοξη και ιστορική αποστολή που διόρθωσε το πρόβλημα σφαιρικής εκτροπής στον κύριο καθρέφτη του τηλεσκοπίου. Ο Χόφμαν εγκατέλειψε το πρόγραμμα αστροναύτη το 1997 για να γίνει Ευρωπαίος Εκπρόσωπος της NASA στην Πρεσβεία των ΗΠΑ στο Παρίσι και στη συνέχεια πήγε στο MIT το 2001.
Ο Χόφμαν ξέρει ότι για να καταστεί δυνατή μια διαστημική αποστολή, υπάρχει πολλή ανάπτυξη ιδεών και σκληρή μηχανική που προηγείται. «Όταν πρόκειται να κάνουμε πράγματα στο διάστημα, αν είστε αστροναύτης, πηγαίνετε και το κάνετε με τα χέρια σας», είπε ο Χόφμαν. «Αλλά δεν πετάς στο διάστημα για πάντα και θα ήθελα να κάνω μια συνεισφορά».
Βλέπει την τρέχουσα έρευνά του τόσο σημαντική όσο το να διορθώνει το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble;
«Λοιπόν, όχι στην άμεση έννοια», είπε. «Αλλά από την άλλη πλευρά, αν πρόκειται ποτέ να έχουμε ανθρώπινη παρουσία σε όλο το ηλιακό σύστημα, πρέπει να είμαστε σε θέση να ζήσουμε και να εργαστούμε σε περιοχές όπου το περιβάλλον φορτισμένων σωματιδίων είναι πολύ σοβαρό. Εάν δεν μπορούμε να βρούμε έναν τρόπο να προστατευθούμε από αυτό, θα είναι ένας πολύ περιοριστικός παράγοντας για το μέλλον της ανθρώπινης εξερεύνησης. "
