Ich verlasse mich in diesem Fall auf die NASA.

Da sich bemannte Missionen zum Mars am Horizont abzeichnen, ist die Erforschung des Schutzes von Astronauten vor Strahlung ein wichtiges Studiengebiet. Die NASA forscht in einigen potenziellen Bereichen; Ich werde jeweils einen kurzen Überblick geben.

Wasserstoff

Eine der besten Möglichkeiten, sich vor hochenergetischen Partikeln zu schützen, ist die Verwendung eines Partikels ähnlicher Größe. Erraten Sie, was? Wasserstoff ist im Grunde ein Teilchen (ein Atom, das aus 1 Proton + 1 Elektron besteht). Noch besser, es ist das am häufigsten vorkommende Element. Die Verwendung von Wasser als Abschirmung hat ein gutes Potenzial; Es ist auch für die Astronauten notwendig, also nehmen sie es bereits mit. Darüber hinaus ist Wasserstoff ein wichtiger Bestandteil einiger Kunststoffe wie Einkaufstüten und Wasserflaschen. Diese Art von Kunststoff ist für ein Raumschiff strukturell nicht machbar, also würde es Masse hinzufügen und Starts erschweren, aber es gibt gute Neuigkeiten an dieser Front!

Hydrierte BNNTs

Dies ist ein neues Material, das entwickelt wird: hydrierte Bornitrid-Nanoröhren. Es hat das Potenzial, sowohl als Strukturbauteil als auch als Strahlenschutz zu dienen. Sie haben sogar herausgefunden, wie man Raumanzüge daraus macht.

Kraftfelder

Ja, sie prüfen das auch. Wir sind bei weitem nicht in der Nähe dessen, was wir in der Fiktion sehen (Star Trek, et. al.), aber die Schaffung eines energieeffizienten Magnetfelds (genau wie es die Erde auf natürliche Weise tut) wäre eine hervorragende Form des Schutzes. Derzeit ist dies jedoch unerschwinglich energie- und materialintensiv.

Medikation

Ein vorgeschlagener Artikel ist auch ein Medikament, das die Auswirkungen der Strahlung auf die Astronauten aktiv lindern würde. Dieser ist derzeit rein theoretisch.

Hier sind einige Artikel, in denen die Idee eines tragbaren Magnetschilds diskutiert wird. Ein Pro und ein Sorta Con . Die Verwendung von Eis oder Wasser als physischer Schutzschild sollte jedoch nicht leichtfertig abgetan werden, es ist wahrscheinlich, dass das Schiff und die Besatzung viel Wasser BRAUCHEN, Sie können genauso gut große Wassertanks multitasken, wenn Sie es sowieso mitbringen müssen!

Eine andere Option wäre ein Sonnenschild / Bunker, nur um die Sonneneruptionsstrahlung zu blockieren. Dies würde auf Masse beruhen, wäre aber weniger massiv, als Ihr gesamtes Schiff darin einzuwickeln. Die Besatzungs-/Elektronikbereiche wären geschützt, aber nur aus einer Richtung (oder einem sehr engen Bereich). Dies würde ein Frühwarnsystem für Fackeln und entweder die Fähigkeit erfordern, das Schiff zu manövrieren, um den Schild zwischen Schiff und Fackel zu bringen, oder das Schiff normal zu betreiben, während die gesamte Besatzung im Bunker kauert. Dies würde bei der kosmischen Hintergrundstrahlung nicht helfen, aber vielleicht gibt es dafür eine biologische Lösung, die die menschliche DNA robust genug macht, um anhaltend niedrigen Gammastrahlen zu widerstehen (wahrscheinlich keine gute Idee für Kinder oder fruchtbare Frauen).

Aber wenn Sie eine Superenergiequelle haben, dann haben Sie vermutlich Zugang zu allen möglichen anderen Hightech-Dingen. Der Magnetschild ist mit Tonnen von Energie machbarer, und die Reisezeiten wären kurz genug, dass die Exposition gegenüber kosmischer Strahlung minimal sein könnte und Sonneneruptionen nicht bei jeder Reise garantiert wären. In diesem Fall könnte so etwas wie ein Plasmaschild helfen. Es würde die Exposition gegenüber kosmischer Strahlung verringern, ohne dass ein starkes Magnetfeld erforderlich wäre, und vielleicht könnte der Schild im Falle einer Sonneneruption für kurze Zeit auf „11“ gestellt werden.

Verdammt, vielleicht verbringt die Besatzung den gesamten Flug sicher in kleinen abgeschirmten Särgen und lebt in VR mit anthropomorphen Drohnen, wenn sie körperliche Arbeit verrichten muss. Das ist ziemlich langweilig für Fiktion, aber wahrscheinlich durchaus machbar für die Arbeit in der realen Welt in einer extrem gefährlichen Umgebung. Massengutfrachter und dergleichen wären wahrscheinlich vollständig automatisiert, sodass Menschen nur für Reisen, Such- und Reparaturmissionen (wenn einer dieser Drohnentransporter ausfällt) und Erkundungen da wären. Wir sind ziemlich nah dran , feine Detailarbeiten mit Drohnen durchführen zu können, daher sollte es nicht allzu schwierig sein, eine ganze Weltraummission mit der Crew die ganze Zeit in VR abzuschließen.

Ich bringe eine kleine Idee heraus, die für die Mondkolonisierung in Betracht gezogen wurde; Obwohl es für eine Station besser funktionieren könnte als für ein Schiff, ist es immer noch eine Überlegung wert, sage ich.

Wasser

Es stellt sich heraus, dass Wasser ein verdammt guter Isolator gegen Strahlung ist! Sie verwenden das gleiche Zeug, um alte Kernspaltungsstäbe aufzubewahren, wenn sie schlecht werden. Und diese nützliche Eigenschaft wurde für eine Mondkolonie in Betracht gezogen. Stellen Sie sich einen inneren "sicheren Raum" vor, der von Wasser umgeben ist, um schädliche Sonnenstrahlung während Sonneneruptionen fernzuhalten. Das ist im Grunde die Idee.

Nehmen Sie das jetzt nicht so, als würde ich sagen, dass Ihre Raumschiffe Wasserschiffe sein sollten. Ganz im Gegenteil, so weit musst du gar nicht gehen. Aber bedenken Sie Folgendes: Während dieser längeren Wanderungen in der Nähe großer Gasriesen und während starker Sonneneruptionen benötigt Ihre Crew etwas mehr Schutz vor Strahlung.
Also ertönt ein gelber Alarm und alle Mitarbeiter werden in die Strahlenbunker geschickt: spezielle Räume auf dem Schiff, die von einem Wassertank umgeben sind, mit genügend Vorräten und Werkzeugen, um alle Bereiche mit hoher Strahlung abzuwarten. Dann, wenn die Gefahr vorüber ist, verlässt die Besatzung und kehrt zu ihren Posten zurück!

Nur eine Idee, aber eine mit einer gewissen Grundlage in der Realität. Und wer weiß? Es könnte nützlich sein!

Wichtige Vorbehalte

Lassen Sie uns diese Diskussion beginnen, indem wir sagen, dass, obwohl verrückte Dinge möglich sind, wir nicht versuchen, für jede verrückte Sache etwas zu bauen.

Zum Beispiel beschreibt das Oh-My-God- Partikel ein Teilchen kosmischen Ursprungs, das sich so schnell bewegt, dass es mit der Wucht eines Baseballs auftrifft. Trotz der enormen Kraft und der theoretischen Möglichkeit, von einem Sperrfeuer der Dinger getroffen zu werden, sind sie so selten, dass wir sie nicht in Betracht ziehen werden.

Weltraumstaub ist ein weiteres Beispiel. Je schneller Sie fahren, desto mehr fühlt sich Weltraumstaub wie Kugeln an. Ich überlasse es Ihnen, sich mit der Abschirmung gegen diese Art von Trümmern zu befassen … wir sprechen hier nur über Strahlung.

Ionisierende Strahlung

UV-Strahlung – kein Problem

Ultraviolette Strahlung – der Bereich von 10–125 nm – ionisiert Luftmoleküle und ist biologisch gefährlich. Auf der Erde sind wir im Allgemeinen durch unsere Atmosphäre abgeschirmt, aber im Weltraum ist das nicht der Fall.

Glücklicherweise wird die UV-Strahlung von jedem Material blockiert oder reflektiert, das Ihr Raumfahrzeug umhüllen könnte. Wikipedia zitierend : „Standard-Sommerstoffe haben einen UPF von etwa 6, was bedeutet, dass 20 % der UV-Strahlung durchgelassen werden“. Im Gegensatz dazu blockiert die Erdatmosphäre etwa 98-99 % der UV-Strahlung. Die logische Erweiterung hier ist, dass Sie, wenn der Rumpf Ihres Raumschiffs vollständig aus T-Shirts bestehen würde, mit nur 3 Schichten mehr UV-Strahlung blockieren würden als die Erdatmosphäre (99,2 % gegenüber 98 %), und mit 5 Schichten könnten Sie 99,968 % blockieren.

Um sicher zu gehen, würde ich wahrscheinlich von T-Shirts zu Pullovern wechseln … oder, wissen Sie, zu so ziemlich jedem Metall von nicht trivialer Dicke.

Alphastrahlung - kein Problem

Alphateilchen bestehen aus zwei Protonen und zwei Neutronen. Sie sind geladen und interagieren daher stark mit Materie, was sowohl eine gute als auch eine schlechte Sache ist. Auf der schlechten Seite bedeutet dies, dass es sehr gefährlich sein kann, neben einem Alphateilchen-Emitter zu stehen, aber auf der guten Seite bedeutet die Tatsache, dass sie so leicht mit Materie reagieren, dass sie auch sehr leicht blockiert werden.

Die Standardaussage zur Alphastrahlung lautet, dass im Allgemeinen ein Standardblatt Papier ausreicht, um Sie abzuschirmen. Wenn Sie also nicht vorhaben, Ihr Raumschiff aus ultradünnem Papier zu machen, denke ich, dass Sie damit einverstanden sind.

Betastrahlung - kein Problem

Betastrahlung ist im Grunde ein energiereiches Elektron. Da sie kleiner ist, kann sie durchdringender sein als Alphastrahlung und kann auch Körperverletzungen verursachen. Jede nicht unerhebliche Menge an Metallabschirmung (z. B. 1-2 mm Aluminium) verhindert jedoch, dass diese Strahlung durchdringt.

Gammastrahlung – Wie viel Gewicht wollen Sie mitbringen?

Photonen kleiner als 3x10^-11 Meter. Schlechtes Ju-Ju.

Der Clou bei Gammastrahlung ist, dass die Art der Abschirmung fast (aber nicht ganz) egal ist. Was am wichtigsten ist, ist die Masse des Materials, die Gammastrahlen durchdringen, nicht die Zusammensetzung dieser Masse. Beispielsweise bietet ein Bleischild nur eine 20-30%ige Verbesserung gegenüber einem leichteren Metall wie Aluminium oder etwas wie Erde auf einer pro-kg-Basis. Offensichtlich ist Blei (oder besser Wolfram) jedoch kompakter, was Vorteile im Schiffsbau haben kann.

Um festzustellen, wie viel Abschirmung Sie benötigen, müssen Sie den Halbwertschichtindex für Ihr Zielmaterial konsultieren. Dieser Index gibt an, wie dick die Materialschicht sein muss, um die durchgelassene Gammastrahlung um die Hälfte zu reduzieren. Die HVL für einige Materialien für Gammastrahlung von Cobolt-60 sind: - Beton: 60,5 mm - Stahl: 21,6 mm - Blei: 12,5 mm - Wolfram: 7,9 mm - Uran: 6,9 mm

Als nächstes müssen Sie feststellen, welche Menge an Gammastrahlung für Ihre Umgebung normal ist und was Sie als „sicher“ betrachten. Um die Wahrheit zu sagen, ich konnte keine gute Zahl für die Menge an normaler Hintergrundstrahlung im Weltraum finden, noch nicht einmal gute Peak-Schätzungen. Auf der Sicherheitsseite wissen wir jedoch, dass, wenn wir über eine kurzfristige Exposition sprechen, alles unter 15 rem im Grunde nicht nachweisbar ist und dass der durchschnittliche Amerikaner bei der Erörterung von Langzeit-Expositionsnormen ~ 0,62 rem erhält.

Die Menge der Hintergrundstrahlung nicht zu kennen, ist ein Problem, aber ich habe eine Lösung: Wir schummeln. Ich werde die nicht so wilde Annahme machen, dass eine 1,2 Megatonnen Atomexplosion in 2 km Entfernung ( 500 rem / 5 sv ) mehr Gammastrahlung freisetzt, als Sie von der maximalen Hintergrundstrahlung im Weltraum bekommen werden. Obwohl ich keine harten Zahlen darüber finden konnte, welche Hintergrundpegel im Weltraum vorhanden sind, scheint diese Annahme mit dem zu stimmen, was ich gefunden habe. Also lasst uns einfach herausfinden, was nötig wäre, um einen die ganze Zeit vor diesem Strahlungsniveau zu schützen.

Um 500 rem auf <0,62 rem zu reduzieren, sollten Sie 10 HVLs einplanen (reduziert es auf 0,49 rem). Mehr ist aber besser. Das würde Schildstärken bedeuten von: - Beton: 605 mm (23,8") - Stahl: 216 mm (8,5") - Blei: 125 mm (4,9") - Wolfram: 79 mm (3,1") - Uran: 69 mm (2,7")

Persönlich würde ich jedoch zur Sicherheit eine weitere Ebene hinzufügen.

Zur Erinnerung: Der Schlüssel hier ist MASSE. Sie können Wasser verwenden und nur 20% Leistungseinbußen pro Masse hinnehmen, aber 1 Kubikzentimeter Wolfram wiegt VIEL mehr als 1 Kubikzentimeter Wasser. Sie können andere Materialien wie Wasser wählen, aber die erforderliche Dicke wird stark zunehmen, wenn Sie Nichtmetalle oder sogar leichtere Metalle verwenden.

Röntgenstrahlung

Dies ist wirklich ein Duplikat der Gammastrahlung. Wenn Sie sich dafür entscheiden, Gammastrahlung mit einem dichten Metall zu blockieren, wird es sich effektiv auch mit Röntgenstrahlung befassen.

Kurz gesagt, am Beispiel von Beton hat eine 1-GVp-Röntgenaufnahme die gleichen HVL-Anforderungen wie Gammastrahlung aus dem Kobalt-60-Zerfall (44,45 mm). Blei geht jedoch von 12,5 mm bei Gammastrahlung auf 7,9 mm bei Röntgenstrahlung zurück.

Neutronenstrahlung

Hier wird es interessant.

Zum Schutz vor Gammastrahlung und zur Aufrechterhaltung der Schiffsschlankheit benötigen Sie einen Schwermetallschild ... aber das ist für einen Neutronenschild völlig ungeeignet. Schwere Kerne haben es sehr schwer, ein Neutron zu verlangsamen, geschweige denn ein schnelles Neutron zu absorbieren.

Gleichzeitig ionisieren sie ohne Ladung Materie nur indirekt und haben eine große Durchschlagskraft.

Ihre beste Wahl für Neutronenstrahlung ist die Verwendung einer hohen Konzentration leichter Elemente wie Wasserstoff, die Neutronen ziemlich effektiv absorbieren können. Wasser mit Borsäure ist ideal, wenn auch wahrscheinlich nicht nützlich, um ein Langzeitschiff zu bauen.

Um es hier kurz zu machen, siehe den Link unten von der Space SE, die empfiehlt, 1 m Wasser zur Abschirmung in der Erdumlaufbahn zu verwenden. Es ist entweder 1 m Wasser oder viel mehr von etwas anderem, wenn es um Langzeitreisen geht.

Abschirmung bisher

Bisher haben wir festgestellt, dass Sie Folgendes benötigen, um das Schiff abzuschirmen:

• Alphastrahlung: Buchstäblich alles von beliebiger Dicke
• Betastrahlung: Jede nicht triviale Menge an Metall ist ideal
• Gammastrahlung: 125 mm Blei (weitere Beispiele im Abschnitt)
• Röntgenstrahlung: Bedeckt durch Gammastrahlungsschild
• Neutronenstrahlung: 1m Wasser

Mit dieser Zusammenfassung benötigen Sie jedoch nicht sowohl 125 mm Blei als auch 1 m Wasser; in Wirklichkeit könnte die Antwort ein Kompromiss zwischen den beiden sein (solange Sie Kompromisse bei der Bleimenge und nicht bei der Wassermenge eingehen).

Nehmen wir aus Sicherheitsgründen an, dass Sie beide behalten. Unter der Annahme, dass Sie das Wasser nicht außerhalb des Rumpfes und auch nicht ungehindert IN Ihrem Rumpf haben möchten, könnten Sie mit einem 80-mm-Außenrumpf aus Blei , einem Hohlraum für 1 m Wasser und einem 45-mm-Innenrumpf glücklich davonkommen Eindämmungswand .

Wenn Sie Ihr Schiff mit anderem Material auskleiden (und ich nehme an, das würden Sie im Durchschnitt tun), dann können Sie auf diese Weise etwas zusätzliche Größe rasieren oder die Maße unverändert lassen und einige zusätzliche Sicherheitsmargen genießen.

Nichtionisierende Strahlung

Dieser Abschnitt behandelt sichtbares Licht, Infrarot, Mikrowellen, Funkwellen, VLF und ELF. Im Allgemeinen sind dies alle Strahlungen im elektromagnetischen Spektrum, mit denen Ihre Abschirmung, wie sie derzeit beschrieben wird, problemlos umgehen könnte. Sichtbares Licht wird kein wesentliches Problem darstellen, und ansonsten wird sich das Schiff wie ein Faraday-Käfig verhalten.

Eine Herausforderung, vor der Sie möglicherweise stehen, ist die Wärmeaufnahme durch Infrarot (und die anderen Frequenzen in geringerem Maße). Das Kühlen von Objekten im Weltraum kann ziemlich schwierig sein, aber wie damit umgegangen werden kann, ist wirklich ein anderes Thema … obwohl ich vorschlagen würde, es zu untersuchen.

Planeten sind durch ihre Magnetfelder vor dem tödlichen Sonnenwind (einer Reihe geladener Teilchen) abgeschirmt. Ich würde das gleiche für ein Raumschiff vorschlagen. Grundsätzlich möchten Sie Ihr Raumschiff in einen riesigen Elektromagneten verwandeln.

Wie würde es gemacht werden?

Diese magnetische Fähigkeit des Raumschiffs müsste von Grund auf in sein Design integriert werden. Wenn Sie mit dem Bau der Außenhülle des Raumschiffs beginnen, würden Sie es zweischichtig machen. Die Außenschicht wäre das, woraus Raumschiffschalen normalerweise bestehen (eine Legierung aus Aluminium oder Titan), und die Innenschicht wäre Alnico , das mit isoliertem Elektrodraht umwickelt ist.

Wenn sich das Raumschiff im Weltraum befindet, würden Sie den Strom zur Spule einschalten und die Alnico-Schicht in einen starken Elektromagneten verwandeln. Sie möchten die Polarität Ihres Raumschiffmagneten so ausrichten, dass sie der Polarität des Sonnenwinds entspricht, und ihn daher von Ihrem Raumschiff ablenken. Dies lässt sich leicht bewerkstelligen, indem man einfach die Polarität des elektrischen Stroms umkehrt, der durch die Verdrahtung von Alnico fließt.

Ich würde Ausrüstung empfehlen .

Du wirst viele große, schwere und zuverlässige Ausrüstung auf deinem Raumschiff brauchen. Dinge wie:

• Stromquellen (wahrscheinlich SEHR groß - viel Metall und Wasser)
• Pumpen und Lüfter (zur Wärmeübertragung)
• Kühleinheiten (für gefrorene Babys)
• Atmosphärenkontrolle (zum Atmen...)
• Ersatzteile
• Speicher (insbesondere Wasser)
• Treibstoff
• Motoren
• Server und andere Elektronik

Man könnte sich also ein Raumschiff vorstellen, bei dem die Menschen größtenteils in der Mitte des Schiffes leben und arbeiten und viele selten besuchte Geräte und Geschäfte außen herum verteilt sind.

Diese Ausrüstung wird von den hochenergetischen Partikeln, die den gefährlichsten Teil der kosmischen Strahlung darstellen, weitgehend unbeeinflusst bleiben. Ein paar Zentimeter Stahl senken die ionisierende Strahlung um eine Größenordnung .

Wenn das Personal Wartungsarbeiten durchführen oder anderweitig mit dieser "Abschirmausrüstung" interagieren muss, kann es eine vorübergehende Abschirmung mitbringen, seine Zeit sorgfältig verfolgen und andere vorbeugende Maßnahmen ergreifen.

Dies funktioniert tatsächlich besser mit größeren Raumschiffen; Die Oberfläche wächst mit zunehmender Skalierung langsamer als das Volumen – daher kann der Anteil Ihrer Ausrüstung, der „selten besucht“ werden muss, kleiner sein.

Dies ist in der Nuklearindustrie bekannt und wird häufig verwendet - Teile der Anlage direkt neben dem Reaktor sind so konzipiert, dass sie seltener besucht werden, und je weiter Sie entfernt sind, desto mehr hat die gesamte Ausrüstung die Zoomies aufgesogen.

Wenn wir davon ausgehen, dass wir so weit fortgeschritten sind, dass wir nahezu unbegrenzte Mengen an Energie erzeugen können, könnten Sie meiner Meinung nach auch davon ausgehen, dass wir es gemeistert haben, Objekte auf molekularer Ebene zu bauen. Es scheint nicht verrückt zu glauben, dass wir ein High-Tech-Sandwich-Polymer aus hochgradig strahlungsbeständigem Material herstellen könnten

1) ständig von Astronauten getragen

2) im Rumpf des Raumschiffs verwendet

Passive Lösungen (Dinge, die „immer da“ sind) scheinen immer besser zu sein als aktive Lösungen (Energieschild, das aktiviert werden muss)