Blindaje de radiación magnético o masivo, ¿cuál es más eficiente?

En el espacio (dentro del Sistema Solar), obtendrá principalmente dos tipos de "radiación" que tienen consecuencias para la salud:

• Fotones de varias energías, desde radio de onda larga hasta rayos gamma.
• Partículas cargadas de alta energía, en su mayoría electrones y protones expulsados ​​de la atmósfera superior del Sol (esto se conoce como viento solar ).

La principal fuente de estos es, por supuesto, el Sol. Los fotones, al ser eléctricamente neutros, se ríen totalmente de los campos magnéticos; una "barrera magnética" funcionará solo para partículas cargadas. Sabemos lo que los rayos UV pueden hacerle a la piel humana a pesar de una atmósfera, por lo que uno puede imaginar que se necesitará un poco de protección adicional en el espacio.

Suponiendo que tiene superconductores , puede mantener un campo magnético poderoso por tiempo indefinido, y la energía se consume solo cuando una partícula se desvía. Sin embargo, la forma y la posición de este campo requieren cierto cuidado. Por ejemplo, el campo magnético de la Tierra no es muy bueno para proteger a la Tierra del viento solar; en cambio, simplemente se mueve alrededor del punto de impacto: las partículas de alta energía se concentran en las regiones polares, produciendo hermosas auroras . En esta página se hace referencia a una gran cantidad de investigaciones sobre el tema del blindaje magnético óptimo para naves espaciales .

Un agravante de las radiaciones en el espacio es que no se produce con un flujo continuo; en cambio, viene en ráfagas de considerable intensidad, cuando ocurren las erupciones solares . Un buen blindaje espacial será una exageración total la mayor parte del tiempo, pero ocasionalmente se convertirá en una necesidad absoluta para evitar que la tripulación sea asesinada. Sin embargo, una característica atenuante es que la posición de la fuente es bien conocida (el Sol tiende a ser muy visible) y las erupciones se pueden observar "visualmente" algunas horas antes de la avalancha de partículas de alta energía, dando tiempo para levantar escudos adicionales.

Fuera del sistema solar , las cosas cambian bastante. El viento solar en realidad crea una especie de "burbuja" alrededor del Sol, llamada heliosfera , que actúa un poco como un escudo magnético contra el resto del Universo. En el borde de la heliosfera hay una situación bastante confusa sobre la que se teoriza mucho pero se sabe poco; la sonda Voyager 1 se está moviendo actualmente a través de él . Más allá, no hay mucho que temer sobre el viento solar, pero mucho más sobre otras partículas de alta energía de muchos tipos, conocidas colectivamente como rayos cósmicos .

Realmente no sabemos de dónde vienen los rayos cósmicos, pero las fuentes parecen ser múltiples. Para nuestra discusión actual, esto significa que los rayos cósmicos no provienen de una dirección predecible única, y suceden en momentos aparentemente aleatorios, por lo que los escudos de cualquier tipo deben estar activos en todo momento. Además, no todas estas partículas están cargadas, por lo que los escudos magnéticos no serán suficientes.

Tenga en cuenta que los rayos cósmicos también son un problema dentro del sistema solar, incluso cerca de la Tierra, pero dejar la heliosfera aumenta el problema de forma espectacular.

Un peligro adicional se expone bellamente en "The Songs of Distant Earth" de Arthur C. Clarke . Si estás fuera de la heliosfera, entonces estás viajando a las estrellas, así que debes viajar rápido , porque las estrellas están muy, muy lejos. Esto implica que las partículas de baja energía o fragmentos más grandes (por ejemplo, átomos perdidos o moléculas de nebulosas ) tendrán una velocidad relativa alta, y los impactos repetidos serán perjudiciales para la nave y sus habitantes. En el libro, agregan una gran capa de hielo frente al barco y deben renovarla regularmente.

En cuanto a materiales para escudos más tangibles (que también protegerán de partículas neutras), un buen candidato no es el plomo, sino el agua . El agua tiene una muy buena relación de poder absorbente por peso; Además, el agua tiene otros usos que el plomo no ofrece, como bañarse, regar las plantas, criar peces (las tilapias ofrecen una gran cantidad de proteínas y requieren solo una cantidad limitada de espacio para nadar) y, pase lo que pase, incluso beber, si el barco está a bordo. las existencias de bebidas decentes se agotan.

Un diseño popular es una nave espacial como un gran cilindro giratorio, creando "gravedad artificial". El "suelo" (la superficie del cilindro, desde el interior) puede ser una gran piscina, y los hábitats serían entonces flotantes, como piscifactorías. El agua mantiene el ecosistema interno y proporciona una excelente protección contra la radiación al mismo tiempo. Los astronautas se doblan como marineros.

Otros materiales posibles incluyen varios polímeros, oro (usado para los módulos lunares en las misiones Apolo ; cuando vas a la Luna, lo haces con estilo ) e incluso "desechos biológicos" de la tripulación. Todo este tema de la radiación sigue siendo uno de los problemas sin resolver para el viaje a Marte, por lo que es un área de investigación activa.

Otro elemento a considerar con las erupciones solares es que, dado que existe la capacidad potencial de "verlas venir", existe un buen potencial para tener una cantidad significativamente reducida de protección. En concreto, la nave podría tener una especie de refugio antibombas, pero en este caso un refugio solar. Una subsección de la nave lo suficientemente grande al menos para los habitantes podría protegerse mucho más que el resto de la nave, reduciendo así los costos asociados con la protección (uso de energía y $ en general).

El peligro de la radiación es exagerado.

Una misión de clase de conjunción le dará a un astronauta 31,8 rems en tránsito de rayos cósmicos (en ambos sentidos), 10,6 rems de rayos cósmicos en Marte (suponiendo que permanezca alrededor de un año allí), las erupciones solares en tránsito causarán 5,5 rems (suponiendo que tenga un refugio contra tormentas de rayos cósmicos), y 4,1 rem en Marte (el cuerpo del planeta filtra la radiación desde abajo y la atmósfera ayuda contra la radiación solar).

Esto es menor que la dosis de radiación de por vida de un piloto de línea aérea y menor que algunas estadías prolongadas en la Estación Espacial Internacional. Tiene cero posibilidades de hacer daño a corto plazo y da un 1,1% de posibilidades de que un hombre padezca un cáncer mortal durante el resto de su vida.

Podrías reducir un poco esta exposición a la radiación colocando sacos de arena encima del hábitat en Marte para filtrar un poco más, pero el tiempo en Marte es valioso. Hay mejores cosas que hacer.

La radiación cósmica puede ser protegida por masa. Esto puede requerir cascos de varios pies de espesor, de algo parecido al hielo. Un casco de dos pies de espesor que abarque un hábitat de solo 15 pies de diámetro comprendería una porción muy grande de su masa total. Sin embargo, las paredes no tienen que ser más gruesas cuando el hábitat es más grande. Para un hábitat que tiene 100 pies de diámetro, las paredes de 2 pies de espesor son una porción mucho más pequeña de su masa total. Entonces, usar masa para proteger se ve terrible con hábitats pequeños, pero mucho más factible con los grandes. Estas paredes también protegerían contra los meteoritos. Por lo tanto, es probable que haya un impulso para hábitats más grandes a medida que podamos construirlos.