Праверка першага электрастатычнага выпраменьвання ў глыбіні космасу

Ці можам у будучых касмічных місіях мець радыяцыйныя шчыты ў стылі Star Trek?

TeamIndus ажыццяўляе мяккую пасадку на Месяцы ў 2018 годзе, праводзячы з сабой шэсць пабудаваных студэнтамі эксперыментаў пад парасонам Lab2Moon. Адным з іх з'яўляецца эксперымент EARS (Electrostatic Active Radiation Shield), накіраваны на змену будучага радыяцыйнага шчыта для касмічных апаратаў і будучых касмічных калоній. Бачачы патэнцыял такога эксперыменту, Фонд Шывадара вырашыў прафінансаваць ідэю, якую прапанавалі і ўзначальвалі Саўміл, Анікет і Айшварыя.

Рашэнне касмічнай праблемы натхнёнае Зямлі

Традыцыйна для касманаўтаў і касмічных апаратаў касмічныя апараты ад касмічнай радыяцыі абапіраліся на матэрыяльную (звычайна свінцовую) акалічнасць пасіўнага экранавання. Каманда EARS хоча выкарыстаць што-небудзь, што не заснавана на матэрыялах, чэрпаючы натхненне з прыроднага экрана, які мае наша Зямля на працягу мільярдаў гадоў.

Выяўленне мастаком магнітнага поля Зямлі, якое абараняе сябе ад зараджаных сонечнымі часціцамі. Белыя лініі - сонечная радыяцыя, фіялетавая лінія - удар лука, сінія лініі - магнітнае поле Зямлі. Выява не маштабуецца. Крыніца: Вікіпедыя

Магнітнае поле, якое выпрацоўваецца ядром Зямлі, актыўна абараняе нас ад паступаючых зараджаных часціц. Што рабіць, калі мы маглі выкарыстоўваць толькі адзін такі шчыт для кожнага касмічнага карабля? Менавіта такая думка прымусіла Team EARS эксперыментаваць з генератарам Ван дэ Граафа, каб стварыць вялікую розніцу ў электрычным патэнцыяле, якая можа адхіляць зараджаныя часціцы. Генератар Van de Graaff выкарыстоўвае той жа прынцып, які прыцягвае кавалачкі паперы да расчоскі, прыціранай да вашых валасоў - статычнага электрычнасці.

Арахіс з пенапласту чапляецца за мех кошкі з-за статычнага электрычнасці. Крыніца: Вікіпедыя

Налада

Эксперымент EARS памеру з содай складаецца з генератара Ван дэ Граафа, здольнага вырабляць напружанне 450 кВ. Вось як выглядае налада:

Мініяцюрны генератар Ван дэ Грааф, які захоўвае станоўчы зарад на сферычным дырыжоры ўверсе. Электрарухавік (справа знізу) і рэдуктары працуюць на гумовым поясе.

Зарады, назапашаныя ў сферы ў форме шара, праводзяць вакол яго моцнае электрастатычнае поле. Празрысты ізаляцыйны матэрыял з полікарбаната вакол генератара, а зверху завершыць канструкцыю. Два датчыка выпраменьвання размешчаны на верхняй палубе для кантролю ўваходных зараджаных часціц.

Два датчыка на верхняй палубе для кантролю ўваходных зараджаных часціц.

Як гэта працуе

Калі правадная сфера цалкам зараджана, створанае электрастатычнае поле будзе ахопліваць датчыкі. Пазітыўна зараджаная сфера прыцягне негатыўныя часціцы (напрыклад, электроны) у касмічным выпраменьванні, і датчыкі будуць іх выяўляць. Пазітыўна зараджаныя часціцы (напрыклад, пратоны) будуць адхіляцца з-за электрастатычнага адштурхоўвання.

Зараджаная часціца адхіляецца электрастатычным полем. Крыніца: Quora

Перад уключэннем генератара Ван-дэ-Граафа датчыкі падбіраюць і станоўчы, і адмоўны зарад. Калі генератар уключаны і цалкам зараджаны, будуць выяўлены толькі адмоўныя зарады, тым самым знізіўшы колькасць выпраменьвання. Праца шчыта будзе праверана на наяўнасць рознага ўзроўню электрастатычнага патэнцыялу, каб зразумець яго эфектыўнасць.

Увесь эксперымент EARS працуе на электрычнасці і мікракантролеры, узаемадзейнічае з кампутарам на борце касмічнага карабля. Генератар Ван-дэ-Граафа будзе ўключаны пасля 14-га (зямнога) дня прызямлення ў месяцовым месяцы, каб пазбегнуць магчымых пашкоджанняў іншых прыбораў, якія знаходзяцца на борце прысадкі TeamIndus. Але датчыкі EARS пачнуць прымаць заліковую колькасць выпраменьвання задоўга да гэтага дня. Гэта дазваляе атрымліваць дадзеныя радыяцыі, пачынаючы з таго, калі касмічны апарат знаходзіцца на нізкай арбіце Зямлі (LEO) да моманту, калі касмічны апарат знаходзіцца на паверхні Месяца.

Дадзеныя раскажуць пра характар ​​выпраменьвання на паверхні месяца і наколькі эфектыўнае электрастатычнае экранаванне. У выпадку поспеху гэта будзе ўпершыню прадэманстравана актыўная апрамяненне радыяцыяй ў глыбіні космасу.

Біёнічная савецкая місія «Космас 605», запушчаная ў 1973 г., прадэманстравала працуючыя электрастатычныя выпраменьванні ў ЛЕО. Каманда EARS хоча праверыць магчымасць гэтай канцэпцыі на Месяцы на борце касмічнага карабля TeamIndus, які рыхтуецца да запуску ў 2018 годзе.

Спадарожнік Біён, які ўваходзіць у савецкую касмічную праграму, быў сканцэнтраваны ў асноўным на біялагічных эксперыментах. Крыніца: Вікіпедыя

Перавагі актыўнага выпраменьвання

Існуе мноства пераваг актыўнага шчыта над статычным.

  1. Актыўнае экранаванне танней, чым на матэрыяльнай агароджы пры такой жа эфектыўнасці за кошт зніжэння кошту матэрыялу.
  2. Здольнасць матэрыяльнага шчыта абараняць ад радыяцыі з часам пагаршаецца. Такім чынам, для працяглых касмічных місій самастойны актыўны шчыт з'яўляецца больш эфектыўным і надзейным.
  3. Актыўны шчыт зніжае кошт запуску, паколькі значная маса пасіўнага шчыта памяншаецца.

Адным з недахопаў электрастатычнага шчыта з'яўляецца тое, што ён не можа блакаваць рэнтгенаўскія і гама-прамяні, так як шчыт заснаваны на зарадзе. Існуе яшчэ адзін эксперымент Lab2Moon на борце прызямляльніка, які з'яўляецца новаўвядзеннем на гэтым фронце. Каманда Space4Life імкнецца замяніць свінцовы шчыт на цианобактериальный, адначасова працуючы з інтэнсіўнымі гама-прамянямі.

Прыкладанні

Патэнцыйнае прымяненне шчыта актыўнага выпраменьвання шмат. Жылыя модулі будучых месяцовых калоній можна абараніць пры дапамозе такога шчыта. Нават выкарыстаныя пілатуемыя марсаходы, якія рухаюцца па паверхні Месяца, могуць скарыстацца гэтым. Эксперымент EARS, хоць і невялікі, закладзе аснову для вызначэння поўнамаштабнага выкарыстання радыяцыйнага шчыта, здольнага абараніць будучыя месяцовыя калоніі.

Паняцце электрастатычнага шчыта для месяцовай базы з выкарыстаннем зараджаных шароў. Крыніца: SlideShare

Наступныя крокі

Мадэляванне эксперыменту EARS з выкарыстаннем стронцыю-90 у якасці крыніцы выпраменьвання дало станоўчыя вынікі (прызначана каламбур). Наступным этапам з'яўляецца праверка эксперыменту на паскаральніку часціц "Microtron", які можна атрымаць у Універсітэце Пуна. Умовы ў вакууме паскаральніка шчыльна імітуюць месяцовае асяроддзе. Пасля гэтага каманда EARS будзе гатовая паляцець на Месяц у 2018 годзе і ўзяць свой самагон.

Выснова

Генератары Van de Graaff бачылі сваё першае прымяненне ў якасці паскаральнікаў часціц. Ад першага паскаральніка часціц да патэнцыйнага паскарэння будучай касмічнай разведкі і ўрэгулявання, генератар Ван дэ Граафа стаў адным з дакладных вынаходніцтваў. Каму не хацелася б мець радыяцыйныя шчыты ў стылі Star Trek? Я ведаю, што хацеў бы.

Ілюстрацыя электрастатычнага поля, якое атачае зорны карабель Star Trek USS Enterprise. Крыніца: HowStuffWorks