إنه عام 2027 وتتقدم رؤية ناسا لاستكشاف الفضاء في الموعد المحدد. ومع ذلك ، في منتصف الرحلة ، ينطلق توهج شمسي عملاق ، ينفث إشعاعًا مميتًا مباشرة في المركبة الفضائية. نظرًا للبحث الذي أجراه رائد الفضاء السابق جيفري هوفمان ومجموعة من زملائه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في عام 2004 ، فإن هذه السيارة لديها نظام حماية مغناطيسي فائق التوصيل موصول يحمي الركاب من أي انبعاثات شمسية قاتلة.
بدأ بحث جديد مؤخرًا في فحص استخدام تقنية المغناطيس فائقة التوصيل لحماية رواد الفضاء من الإشعاع خلال الرحلات الفضائية الطويلة الأمد ، مثل الرحلات بين الكواكب إلى المريخ والتي تم اقتراحها في رؤية ناسا الحالية لاستكشاف الفضاء.
الباحث الرئيسي لهذا المفهوم هو رائد الفضاء السابق الدكتور جيفري هوفمان ، وهو الآن أستاذ في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT).
مفهوم هوفمان هو واحد من 12 اقتراحًا بدأت في تلقي التمويل الشهر الماضي من معهد ناسا للمفاهيم المتقدمة (NIAC). يحصل كل منها على 75000 دولار لمدة ستة أشهر من البحث لإجراء دراسات أولية وتحديد التحديات في تطويره. المشروعات التي تصل إلى تلك المرحلة مؤهلة للحصول على ما يصل إلى 400.000 دولار أمريكي على مدار عامين.
إن مفهوم الحماية المغناطيسية ليس جديدا. كما يقول هوفمان ، "لقد كانت الأرض تفعل ذلك منذ مليارات السنين!"
ينحرف المجال المغناطيسي للأرض عن الأشعة الكونية ، ويأتي مقياس إضافي للحماية من غلافنا الجوي الذي يمتص أي إشعاع كوني يشق طريقه عبر المجال المغناطيسي. تم اقتراح استخدام الحماية المغناطيسية للمركبات الفضائية لأول مرة في أواخر الستينيات وأوائل السبعينيات ، ولكن لم يتم متابعتها بنشاط عندما سقطت خطط الرحلات الفضائية الطويلة الأمد على جانب الطريق.
ومع ذلك ، فإن تكنولوجيا إنشاء مغناطيس فائق التوصيل يمكنها توليد مجالات قوية لحماية المركبات الفضائية من الإشعاع الكوني لم يتم تطويرها إلا مؤخرًا. إن أنظمة المغناطيس الفائق التوصيل أمر مرغوب فيه لأنها يمكن أن تخلق مجالات مغناطيسية مكثفة مع إدخال طاقة كهربائية قليل أو بدونه ، ومع درجات الحرارة المناسبة يمكنها الحفاظ على مجال مغناطيسي مستقر لفترات طويلة من الزمن. ومع ذلك ، يتمثل أحد التحديات في تطوير نظام يمكنه إنشاء مجال مغناطيسي كبير بما يكفي لحماية مركبة فضائية صالحة للسكن بحجم حافلة. هناك تحد آخر يتمثل في الحفاظ على النظام عند درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق (0 كلفن ، -273 درجة مئوية ، -460 فهرنهايت) ، مما يمنح المواد خصائص فائقة التوصيل. قدمت التطورات الأخيرة في تكنولوجيا المواد فائقة التوصيل والمواد فائقة التوصيل عند أعلى من 120 كلفن (-153 درجة مئوية ، -243 فهرنهايت).
يقول ويليام س. هيغينز ، فيزيائي هندسي يعمل على السلامة الإشعاعية في فيرميلاب ، مسرع الجسيمات بالقرب من شيكاغو ، إلين ، إن هناك نوعان من الإشعاع يجب معالجتهما لرحلات فضائية بشرية طويلة الأمد. الأول هو بروتونات التوهج الشمسي ، والتي ستأتي على شكل رشقات نارية بعد حدث توهج شمسي. والثاني هو الأشعة الكونية المجرية ، والتي ، على الرغم من أنها ليست مميتة مثل التوهجات الشمسية ، إلا أنها ستكون إشعاعًا خلفيًا مستمرًا يتعرض له الطاقم. في المركبة الفضائية غير المحمية ، سيؤدي كلا النوعين من الإشعاع إلى مشاكل صحية كبيرة أو وفاة الطاقم.
أسهل طريقة لتجنب الإشعاع هي امتصاصه ، مثل ارتداء مئزر رصاص عندما تحصل على أشعة سينية عند طبيب الأسنان. تكمن المشكلة في أن هذا النوع من التدريع يمكن أن يكون ثقيلًا جدًا في كثير من الأحيان ، والكتلة في حالة ممتازة مع مركباتنا الفضائية الحالية نظرًا لأنها تحتاج إلى إطلاقها من سطح الأرض. أيضًا ، وفقًا لهوفمان ، إذا كنت تستخدم القليل من الحماية ، فيمكنك بالفعل أن تجعل الأمر أسوأ ، لأن الأشعة الكونية تتفاعل مع التدريع ويمكن أن تخلق جسيمات ثانوية مشحونة ، مما يزيد من جرعة الإشعاع الإجمالية.
يتوقع هوفمان استخدام نظام هجين يستخدم كلاً من المجال المغناطيسي والامتصاص السلبي. وأوضح هوفمان: "هذه هي الطريقة التي تقوم بها الأرض ، ولا يوجد سبب لعدم تمكننا من القيام بذلك في الفضاء".
سيكون من أهم الاستنتاجات في المرحلة الثانية من هذا البحث تحديد ما إذا كان استخدام تكنولوجيا المغناطيس فائقة التوصيل فعالًا من حيث الكتلة. قال هوفمان: "ليس لدي شك في أننا إذا بنيناها كبيرة بما يكفي وقوية بما يكفي ، فسوف توفر الحماية". "ولكن إذا كانت كتلة هذا النظام المغناطيسية الموصلة أكبر من الكتلة فقط لاستخدام التدريع السلبي (الممتص) ، فلماذا إذن نذهب إلى كل هذه المشاكل؟"
لكن هذا هو التحدي ، وسبب هذه الدراسة. قال هوفمان "هذا بحث". "أنا لست حزبيًا بطريقة أو بأخرى ؛ أريد فقط أن أعرف ما هي أفضل طريقة ".
بافتراض أن هوفمان وفريقه يمكن أن يثبتوا أن الحماية المغناطيسية فائقة التوصيل فعالة بشكل كبير ، فإن الخطوة التالية ستكون إجراء الهندسة الفعلية لإنشاء نظام كبير بما فيه الكفاية (وإن كان خفيف الوزن) ، بالإضافة إلى الضبط الدقيق لصيانة المغناطيس في التوصيل الفائق البارد. درجات الحرارة في الفضاء. ستكون الخطوة الأخيرة هي دمج مثل هذا النظام في مركبة فضائية متجهة إلى المريخ. لا شيء من هذه المهام تافهة.
تجري بالفعل اختبارات الحفاظ على قوة المجال المغناطيسي ودرجات الحرارة شبه المطلقة لهذا النظام في الفضاء في تجربة من المقرر إطلاقها إلى محطة الفضاء الدولية لمدة ثلاث سنوات. سيتم إرفاق مطياف ألفا المغناطيسي (AMS) بالجزء الخارجي من المحطة والبحث عن أنواع مختلفة من الأشعة الكونية. وسوف تستخدم مغناطيس فائق التوصيل لقياس زخم كل جسيم وعلامة شحنتها. يعمل بيتر فيشر ، أستاذ الفيزياء أيضًا من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) في تجربة AMS ، ويتعاون مع هوفمان في بحثه عن المغناطيسات فائقة التوصيل. يعمل أيضًا طالب دراسات عليا وعالم أبحاث مع هوفمان.
تم إنشاء NIAC في عام 1998 للحصول على مفاهيم ثورية من الأشخاص والمنظمات خارج وكالة الفضاء التي يمكن أن تعزز مهام وكالة ناسا. تم اختيار المفاهيم الفائزة لأنها "تدفع حدود العلم والتكنولوجيا المعروفة" و "تظهر الصلة بمهمة وكالة ناسا" ، وفقًا لوكالة ناسا. ومن المتوقع أن يستغرق تطوير هذه المفاهيم عقدًا على الأقل.
طار هوفمان في الفضاء خمس مرات وأصبح أول رائد فضاء يسجل أكثر من 1000 ساعة في مكوك الفضاء. في رحلته الفضائية الرابعة ، في عام 1993 ، شارك هوفمان في أول مهمة خدمة تلسكوب هابل الفضائي ، وهي مهمة طموحة وتاريخية قامت بتصحيح مشكلة الانحراف الكروي في المرآة الأساسية للتلسكوب. غادر هوفمان برنامج رواد الفضاء في عام 1997 ليصبح الممثل الأوروبي لوكالة ناسا في السفارة الأمريكية في باريس ، ثم ذهب إلى معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في عام 2001.
يعرف هوفمان أنه لجعل مهمة الفضاء ممكنة ، هناك الكثير من تطوير الأفكار والهندسة الصعبة التي سبقتها. قال هوفمان: "عندما يتعلق الأمر بفعل الأشياء في الفضاء ، إذا كنت رائد فضاء ، فعليك أن تفعل ذلك بيديك". "لكنك لا تطير في الفضاء إلى الأبد ، وما زلت أرغب في المساهمة".
هل يرى أن بحثه الحالي لا يقل أهمية عن إصلاح تلسكوب هابل الفضائي؟
قال "حسنا ، ليس بالمعنى المباشر". "ولكن من ناحية أخرى ، إذا كان لدينا أي وقت مضى وجود إنساني في جميع أنحاء النظام الشمسي ، فيجب أن نكون قادرين على العيش والعمل في المناطق التي تكون فيها بيئة الجسيمات المشحونة شديدة جدًا. إذا لم نتمكن من إيجاد طريقة لحماية أنفسنا من ذلك ، فسيكون ذلك عاملاً مقيدًا جدًا لمستقبل الاستكشاف البشري ".
