È l'anno 2027 e Vision for Space Exploration della NASA procede proprio nei tempi previsti. Tuttavia, a metà del viaggio, esplode un gigantesco bagliore solare, emettendo radiazioni letali direttamente sul veicolo spaziale. A causa delle ricerche condotte dall'ex astronauta Jeffrey Hoffman e da un gruppo di colleghi del MIT nel 2004, questo veicolo ha un sistema di schermatura magnetica superconduttiva all'avanguardia che protegge gli occupanti umani da eventuali emissioni solari mortali.
Una nuova ricerca ha recentemente iniziato a esaminare l'uso della tecnologia dei magneti superconduttori per proteggere gli astronauti dalle radiazioni durante i voli spaziali di lunga durata, come i voli interplanetari su Marte proposti nell'attuale Vision for Space Exploration della NASA.
Il principale investigatore di questo concetto è l'ex astronauta Dr. Jeffrey Hoffman, che ora è professore presso il Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Il concetto di Hoffman è una delle 12 proposte che hanno iniziato a ricevere finanziamenti il mese scorso dall'Institute for Advanced Concepts (NIAC) della NASA. Ognuno riceve $ 75.000 per sei mesi di ricerca per fare studi iniziali e identificare le sfide nello sviluppo. I progetti che superano quella fase sono ammissibili per oltre 400.000 dollari in più in due anni.
Il concetto di schermatura magnetica non è nuovo. Come dice Hoffman, "La Terra lo fa da miliardi di anni!"
Il campo magnetico terrestre devia i raggi cosmici e un'ulteriore misura di protezione viene dalla nostra atmosfera che assorbe qualsiasi radiazione cosmica che si fa strada attraverso il campo magnetico. L'uso della schermatura magnetica per i veicoli spaziali è stato proposto per la prima volta alla fine degli anni '60 e all'inizio degli anni '70, ma non è stato attivamente perseguito quando i piani per i voli spaziali di lunga durata caddero di lato.
Tuttavia, la tecnologia per la creazione di magneti superconduttori in grado di generare campi forti per proteggere i veicoli spaziali dalle radiazioni cosmiche è stata sviluppata solo di recente. I sistemi a magneti superconduttori sono desiderabili perché possono creare campi magnetici intensi con poca o nessuna energia elettrica assorbita e con temperature adeguate possono mantenere un campo magnetico stabile per lunghi periodi di tempo. Una sfida, tuttavia, è lo sviluppo di un sistema in grado di creare un campo magnetico abbastanza grande da proteggere un veicolo spaziale abitabile, di dimensioni bus. Un'altra sfida è mantenere il sistema a temperature vicine allo zero assoluto (0 Kelvin, -273 C, -460 F), che conferisce ai materiali proprietà superconduttive. I recenti progressi nella tecnologia e nei materiali superconduttori hanno fornito proprietà superconduttive a temperature superiori a 120 K (-153 C, -243 F).
Esistono due tipi di radiazioni che devono essere indirizzate per il volo spaziale umano di lunga durata, afferma William S. Higgins, un fisico di ingegneria che lavora sulla sicurezza delle radiazioni a Fermilab, l'acceleratore di particelle vicino a Chicago, Illinois. I primi sono i protoni del brillamento solare, che sarebbero esplosi in seguito a un evento di brillamento solare. I secondi sono i raggi cosmici galattici, che, sebbene non letali come i brillamenti solari, sarebbero una radiazione di fondo continua a cui sarebbe esposto l'equipaggio. In un veicolo spaziale non schermato, entrambi i tipi di radiazione causerebbero gravi problemi di salute o morte all'equipaggio.
Il modo più semplice per evitare le radiazioni è assorbirlo, come indossare un grembiule di piombo quando si riceve una radiografia dal dentista. Il problema è che questo tipo di schermatura può spesso essere molto pesante e la massa è un valore aggiunto per i nostri attuali veicoli spaziali poiché devono essere lanciati dalla superficie terrestre. Inoltre, secondo Hoffman, se usi solo un po 'di schermatura, puoi effettivamente peggiorare, perché i raggi cosmici interagiscono con la schermatura e possono creare particelle cariche secondarie, aumentando la dose di radiazione complessiva.
Hoffman prevede di utilizzare un sistema ibrido che impiega sia un campo magnetico che un assorbimento passivo. "Questo è il modo in cui la Terra lo fa", ha spiegato Hoffman, "e non vi è alcun motivo per cui non dovremmo essere in grado di farlo nello spazio."
Una delle conclusioni più importanti per la seconda fase di questa ricerca sarà determinare se l'uso della tecnologia dei magneti superconduttori è efficace in massa. "Non ho dubbi sul fatto che se lo costruiamo abbastanza grande e abbastanza forte, fornirà protezione", ha detto Hoffman. "Ma se la massa di questo sistema di magneti conduttori è maggiore della massa solo per utilizzare la schermatura passiva (assorbente), allora perché affrontare tutti questi problemi?"
Ma questa è la sfida e il motivo di questo studio. "Questa è ricerca", ha detto Hoffman. "Non sono partigiano in un modo o nell'altro; Voglio solo scoprire qual è il modo migliore ".
Supponendo che Hoffman e il suo team possano dimostrare che la schermatura magnetica superconduttiva è efficace in termini di massa, il passo successivo sarebbe l'effettiva ingegneria di creare un sistema abbastanza grande (anche se leggero), oltre alla messa a punto del mantenimento dei magneti in superconduttori ultra-freddi temperature nello spazio. Il passo finale sarebbe quello di integrare un tale sistema in un veicolo spaziale legato a Marte. Nessuna di queste attività è banale.
Gli esami per mantenere l'intensità del campo magnetico e le temperature zero quasi assolute di questo sistema nello spazio stanno già avvenendo in un esperimento che dovrebbe essere lanciato sulla Stazione Spaziale Internazionale per un soggiorno di tre anni. Lo spettrometro alfa-magnetico (AMS) sarà attaccato all'esterno della stazione e cercherà diversi tipi di raggi cosmici. Impiegherà un magnete superconduttore per misurare lo slancio di ogni particella e il segno della sua carica. Peter Fisher, anche professore di fisica del MIT, lavora all'esperimento AMS e sta collaborando con Hoffman nella sua ricerca di magneti superconduttori. Anche uno studente laureato e uno scienziato stanno lavorando con Hoffman.
NIAC è stato creato nel 1998 per sollecitare concetti rivoluzionari da persone e organizzazioni esterne all'agenzia spaziale che potrebbero far avanzare le missioni della NASA. I concetti vincenti vengono scelti perché "spingono i limiti della scienza e della tecnologia conosciute" e "mostrano rilevanza per la missione della NASA", secondo la NASA. Ci si aspetta che questi concetti impieghino almeno un decennio per svilupparsi.
Hoffman volò nello spazio cinque volte e divenne il primo astronauta a registrare più di 1.000 ore sulla navetta spaziale. Nel suo quarto volo spaziale, nel 1993, Hoffman partecipò alla prima missione di servizio del telescopio spaziale Hubble, una missione ambiziosa e storica che correggeva il problema sferico dell'aberrazione nello specchio primario del telescopio. Hoffman lasciò il programma di astronauti nel 1997 per diventare rappresentante europeo della NASA presso l'ambasciata americana a Parigi, e poi andò al MIT nel 2001.
Hoffman sa che per rendere possibile una missione spaziale, c'è un sacco di sviluppo di idee e ingegneria che la precede. "Quando si tratta di fare cose nello spazio, se sei un astronauta, vai a farlo con le tue mani", ha detto Hoffman. "Ma tu non voli nello spazio per sempre, e vorrei ancora dare un contributo."
Ritiene che le sue attuali ricerche siano importanti quanto la riparazione del telescopio spaziale Hubble?
"Beh, non nel senso immediato", ha detto. “D'altra parte, se mai avremo una presenza umana in tutto il sistema solare, dovremo essere in grado di vivere e lavorare in regioni in cui l'ambiente delle particelle cariche è piuttosto grave. Se non riusciamo a trovare un modo per proteggerci da questo, sarà un fattore molto limitante per il futuro dell'esplorazione umana ".
