האם שדה כוח יוכל לשמש להגנה על אסטרונאוטים מפני הקרינה החזקה בחלל?
מאת: עמית אורן, האגודה הישראלית לאסטרונומיה
מטענים מנוגדים מושכים, מטענים זהים דוחים. זהו החוק הראשון באלקטרומגנטיות וייתכן כי מתישהו הוא יוכל להציל חיים של אסטרונאוטים.
חזון חקר החלל של נאס”א קורא לחזור לירח כהכנה למסעות ארוכים יותר למאדים ומעבר לו. אך ישנה בעיה פוטנציאלית: קרינה. החלל מעבר למסלול ארץ נמוך (LEO – Low Earth Orbit) שטוף בקרינה חזקה מהשמש וממקורות מעומק הגלקסיה כדוגמת סופרנובות. אסטרונאוטים העושים דרכם לירח ולמאדים יחשפו לקרינה זו, ויגדילו את סיכוייהם לחלות בסרטן ובמחלות אחרות. מציאת מגן טוב הינה דבר חשוב.
סופרנובות מפיקות קרינה מסוכנת. ערפילית הסרטן (M1) הנראית בתמונה, היא תוצאה של התפרצות סופרנובה בשנת 1054 לספירה.
הדרך השכיחה ביותר להתמודד עם קרינה היא לחסומה פיזית, כשם שעושה הבטון העבה מסביב לכור גרעיני. אך אין זו אפשרות לבנות חלליות מבטון (באורח מרתק, ייתכן שיתאפשר לבנות בסיס-ירחי מתערובת בטון של אבק-ירחי ומים, בהנחה שמים ימצאו על הירח, אך זה כבר עניין אחר) מדעני נאס”א חוקרים חומרים חוסמי קרינה רבים כאלומיניום, פלסטיקים מתקדמים ומימן נוזלי. לכל אחד יש את יתרונותיו וחסרונותיו. כל אלה הם פתרונות פיזיים. ישנה אפשרות נוספת שאיננה פיזית אך בעלת כוח מגן רב: שדה כוח.
רוב הקרינה המסוכנת בחלל מורכבת מחלקיקים טעונים: אלקטרונים ופרוטונים מהירים שיצאו מהשמש, וגרעיני אטומים מאסיבים טעונים-חיובית מסופרנובות מרוחקות.
מטענים זהים דוחים. אם כן, מדוע לא להגן על אסטרונאוטים בהקיפם בשדה חשמלי רב-עצמה בעל אותו מטען של הקרינה המגיעה, ובכך להסיט את הקרינה?
מומחים רבים ספקנים ואינם סבורים כי שדות חשמליים יוכלו להגן על אסטרונאוטים. אך צ'ארלס בולר (Buhler) וג'ון ליין (Lane), שניהם מדענים ב–ASRC Aerospace Corporation במרכז החלל “קנדי” (Kennedy Space Center) של נאס”א, מאמינים כי דבר זה יכול להיות בר ביצוע. הם קיבלו תמיכה מהמכון לרעיונות מתקדמים של נאס”א (Institute for Advanced Concepts), שמטרתו לממן מחקרים לרעיונות מקוריים, למחקר האפשרות של מגנים חשמליים לבסיסים ירחיים.
תפיסת אמן של מגן קרינה אלקטרוסטטי, המורכב מכדורים פנימיים הטעונים חיובית וכדורים חיצוניים הטעונים שלילית. רשת הבידוד מחוברת לאדמה. התמונה באדיבות ASRC Aerospace.
“שימוש בשדות חשמליים לדחיית קרינה היה אחד הרעיונות הראשונים בשנות החמישים, כאשר מדענים החלו לבחון כיצד ניתן להגן על אסטרונאוטים בחלל מפני קרינה,” אומר בולר. “בכל זאת, הרעיון ירד במהרה מכיוון שנראה כי המתחים הגבוהים והעיצובים המגושמים שחשבו אז כהכרחיים (למשל, מיקום האסטרונאוטים בתוך שני כדורים מתכתיים קונצנטרים) יהפכו מגן חשמלי כזה ללא-מעשי.”
גישתם של בולר וליין שונה. לפי הרעיון שלהם, מעל הבסיס הירחי יוצבו כשישה כדורים, מתנפחים ומוליכים, ברוחב חמישה מטרים. הכדורים יוטענו לפוטנציאל אלקטרוסטטי גבוה מאוד: 100 מגה-וולטים ואף יותר. מתח זה גבוה מאוד מכיוון שיזרום מעט מאוד זרם (המטען ינוח ללא תזוזה בתוך הכדורים), ולא יידרש כוח רב לשימור המטען.
הכדורים יורכבו מאריג דק וחזק (ווקטרן [Vectran] למשל, בו השתמשו בייצור בלוני הנחיתה שריככו את התנגשות רכבי המחקר המאדימאים [Mars Exploration Rovers] בקרקע המאדימאית) ויצופו בשכבה דקה מאוד של מוליך, זהב למשל. כדורי האריג יוכלו להתקפל בשביל תובלה ולהתנפח בשנית בהטעינם במטען חשמלי; מטעני האלקטרונים הזהים שבשכבת הזהב דוחים זה את זה וגורמים לכדור להתרחב כלפי חוץ.
כך ישתנה הזרם מעל הבסיסים על הירח למבנה הכדורים כפי שמוצג למעלה. ניתן למצוא מידע נוסף בנושא ועל מבני כדורים אחרים בדו”ח ניתוח עקרון מגן הקרינה האלקטרוסטטי לבסיס הירחי (מסמך PDF).
מיקום הכדורים גבוה מעל הבסיס יפחית את הסכנה שאסטרונאוטים יגעו בהם בטעות. על ידי בחירה מדוקדקת של סידור הכדורים, יכולים המדענים להגדיל את יעילותם בדחיית הקרינה בעוד הם מקטינים את השפעתם על האסטרונאוטים והציוד שעל הקרקע. במדגמים מסוימים, למעשה, אין שדה החשמלי על הקרקע, ובכך מופחתות הסכנות הבריאותיות הפוטנציאליות שגורמים שדות חשמליים חזקים אלה.
בולר וליין עדיין מחפשים את הסידור הטוב ביותר: חלק מהאתגר הוא כי קרינה מגיעה גם כחלקיקים טעונים חיובית וגם כחלקיקים טעונים שלילית. הכדורים חייבים להיות מאורגנים כך שהשדה החשמלי יהיה שלילי במקום גבוה בהרבה מעל הבסיס (לדחיית חלקיקים שליליים) וחיובי קרוב לאדמה (לדחיית חלקיקים חיוביים). “כבר ביצענו הדמיה של שלוש התאמות שעשויות לעבוד,” אומר בולר.
עיצובים ניידים עשויים אפילו להגיע לרכבי ירח (moon buggy) משוטטים שיספקו הגנה לאסטרונאוטים בעודם חוקרים את השטח, מדמיין בולר.
כיצד מגן קרינה אלקטרוסטטי יכול להתפרס לכלי-רכב למחקר ירחי. החרוטים הירוקים ההפוכים מציינים אזורים שבהם ההגנה מקרינה חלקית. התמונה באדיבות ASRC Aerospace.
זה נשמע נהדר, אך ישנן הרבה בעיות מדעיות והנדסיות שצריך לפתור. למשל, ספקנים מציינים את העובדה כי במגן אלקטרו-סטטי על הירח עשוי להיגרם קצר חשמלי בקלות ע”י אבק ירח, שבעצמו טעון בקרינה אולטרה-סגולה (ultraviolet radiation) מהשמש. רוח שמש שתנשב על המגן יכולה לגרום לבעיות, גם כן. האלקטרונים והפרוטונים שברוח יכולים להיכלא במבוך הכוחות שבונה את המגן, ובכך להוביל לזרמים חזקים ובלתי-מכוונים בדיוק מעל ראשי האסטרונאוטים.
המחקר עדין בחיתוליו, מדגיש בולר. השפעת אבק הירח, רוח שמש ושאר הבעיות עדיין נחקרות. אולי סוג אחר של מגן יעבוד טוב יותר, למשל, שדה מגנטי על-מוליך. רעיונות פרועים אלה עדיין צריכים להבהיר את עצמם.
אך, מי יודע, אולי יבוא יום ואסטרונאוטים על הירח ועל המאדים יעבדו בביטחה, מוגנים ע”י עיקרון פשוט של אלקטרומגנטיות שאפילו ילד יכול להבין.
למאמר באתר המדעי של נאס”א
* המאמר הובא לראשונה ב-8 ביולי 2005 באתר הישן
7 תגובות
התמונות לא נטענות. אשמח לשחזור שלהן והצגתן במאמר.
התמונות לא נטענות. אשמח לשחזור שלהן והצגתן במאמר.
יאי אנחנו הישתמשנו בדגם כזה בפרויקט שלנו יאייייי XDDD
אפשרי לישתמש במגנט פשוט שידחה את היונים של הקרינה
רק הבעיה היחידה היא שכשישתמשו בברזל זה יתמגנט לעבר
לסבדרמיש יהודה הרבה שלומות :
כל זמן שלא תהיה סכנה להגיע למערה או למחסה , אסור להתייאש , וצריך להמשיך לחפש פיתרונות אחרים .
קקשה לי להאמין שיבחרו בשיטה כזאת, כאשר קיימת אפשרות פשוטה יותר והיא להתחפר או לחפש מערה או ממחסה. מחסה מעין זה ייתן גם הגנה בפני מטאוריטים זעירים שעלולים לפגוע בבני האדם ובציוד היקר.
ש שיטה זו של הכדורים הטעונים מסוכנת בקרינתה ואולי יש לה מקום רק בטיסות החלל בפני סכנת מסערות השמש
סבדרמיש יהודה
ביקום יש מגוון רחב של קרינות מייננות – רדיואקטיביות כמו : קרינת אלפא וקרינת גמא שגורמות ליינון רב , וככאלה הן אנרגטיות ומסוכנות, גם קרינת בטא (β) היא חלק מקרינה רדיואקטיבית ; ההתמודדות נגד סוגי הקרינות תתפתח בדרך של תהליך (חקר וניסוי ) , ויתכן ומחקר בכיוון זה , יפתור גם את בעיות יצור האנרגיה כמו : היתוך קר , או הובלת מימן במיכלים , או רעיונות אחרים ; ( לפעמים מתגלים פיתרונות לבעיות קיימות , לאחר שמתמודדים עם סוג אחר לחלוטין של בעיה ) , ועד אז ( הרע במיעוטו ) : לא יהיה מנוס בלהתחיל גם בתהליכים לפיתרון בעיות האנרגיה , תחילה על ידי תיקצוב דלק לרכב הפרטי (בעלי רשיון נהיגה לרכב פרטי שיעברו את מכסת התיקצוב , ישלמו יותר בהתאם לצריכה ) , ובהמשך לפתח רכבים שינצלו את קטעי האנרגיה הפוטנציאלית ( רעיון בנושא זה כבר פורסם בעבר ) .
היתרונות הרבים בהלך מחשבה בכיוון זה יבואו לידי ביטוי , בניקיון איכותי באטמוספירה ( בין היתר בעיית מעטפת האוזון ) , יתרון לא פחות חשוב ; האוכלוסיה האנושית , לא תמצא את עצמה לפתע חסרת אונים , מול תחנות דלק יבשות .