เป็นปี 2570 และวิสัยทัศน์ของ NASA สำหรับการสำรวจอวกาศกำลังดำเนินไปตามกำหนดเวลา อย่างไรก็ตามครึ่งหนึ่งของการเดินทางแสงสุริยะขนาดมหึมาดังสนั่นพ่นรังสีที่ทำให้ถึงตายได้โดยตรงที่ยานอวกาศ เนื่องจากการวิจัยทำโดยอดีตนักบินอวกาศเจฟฟรีย์ฮอฟแมนและกลุ่มเพื่อนร่วมงานของ MIT ในปี 2004 ยานพาหนะนี้มีระบบป้องกันสนามแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดที่ล้ำสมัยซึ่งช่วยปกป้องผู้คนจากการปล่อยพลังงานแสงอาทิตย์ที่อันตรายถึงชีวิต
การวิจัยใหม่ได้เริ่มต้นเมื่อเร็ว ๆ นี้เพื่อตรวจสอบการใช้เทคโนโลยีตัวนำยิ่งยวดเพื่อปกป้องนักบินอวกาศจากการแผ่รังสีในช่วงระยะเวลานานของ spaceflights เช่นเที่ยวบินอวกาศไปยังดาวอังคารที่เสนอในวิสัยทัศน์ปัจจุบันของการสำรวจอวกาศของนาซ่า
นักวิจัยหลักของแนวคิดนี้คืออดีตนักบินอวกาศดร. เจฟฟรีย์ฮอฟแมนซึ่งปัจจุบันเป็นอาจารย์ที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT)
แนวคิดของ Hoffman เป็นหนึ่งใน 12 ข้อเสนอที่เริ่มได้รับเงินทุนเมื่อเดือนที่แล้วจาก NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC) แต่ละคนได้รับ $ 75,000 เป็นเวลาหกเดือนของการวิจัยเพื่อทำการศึกษาเบื้องต้นและระบุความท้าทายในการพัฒนา โครงการที่ทำให้ผ่านช่วงนั้นมีสิทธิ์ได้มากถึง $ 400,000 มากกว่าสองปี
แนวคิดของการป้องกันแม่เหล็กไม่ใช่เรื่องใหม่ ดังที่ฮอฟแมนกล่าวว่า“ โลกทำมาหลายพันล้านปี!”
สนามแม่เหล็กของโลกเบี่ยงเบนรังสีคอสมิคและมาตรการป้องกันเพิ่มเติมมาจากชั้นบรรยากาศของเราซึ่งดูดซับรังสีคอสมิคที่ผ่านเข้ามาในสนามแม่เหล็ก การใช้การป้องกันแม่เหล็กสำหรับยานอวกาศได้รับการเสนอครั้งแรกในช่วงปลายปี 1960 และต้นปี 70 แต่ก็ไม่ได้ดำเนินการอย่างจริงจังเมื่อมีแผนสำหรับยานอวกาศระยะยาวที่ตกลงมาข้างทาง
อย่างไรก็ตามเทคโนโลยีในการสร้างแม่เหล็กยิ่งยวดที่สามารถสร้างสนามแม่เหล็กที่แข็งแกร่งเพื่อป้องกันยานอวกาศจากรังสีคอสมิกได้รับการพัฒนาขึ้นเมื่อเร็ว ๆ นี้ ระบบแม่เหล็กยิ่งยวดนั้นเป็นที่ต้องการเนื่องจากสามารถสร้างสนามแม่เหล็กที่รุนแรงโดยมีกำลังไฟฟ้าเพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลยและด้วยอุณหภูมิที่เหมาะสมพวกมันสามารถรักษาสนามแม่เหล็กที่มีเสถียรภาพได้เป็นเวลานาน อย่างไรก็ตามความท้าทายอย่างหนึ่งก็คือการพัฒนาระบบที่สามารถสร้างสนามแม่เหล็กที่ใหญ่พอที่จะป้องกันยานอวกาศขนาดเท่ารถบัสได้ ความท้าทายอีกประการหนึ่งคือการทำให้ระบบอยู่ที่อุณหภูมิใกล้กับศูนย์สัมบูรณ์ (0 เคลวิน, -273 C, -460 F) ซึ่งทำให้วัสดุมีคุณสมบัติเป็นตัวนำยิ่งยวด ความก้าวหน้าล่าสุดของเทคโนโลยีและวัสดุตัวนำยิ่งยวดได้ให้คุณสมบัติพิเศษยิ่งยวดที่สูงกว่า 120 K (-153 C, -243 F)
วิลเลียมเอสฮิกกินส์นักฟิสิกส์วิศวกรรมที่ทำงานเกี่ยวกับความปลอดภัยของรังสีที่ Fermilab ซึ่งเป็นเครื่องเร่งอนุภาคที่อยู่ใกล้กับ Chicago, IL กล่าวว่ามีรังสีสองประเภทที่ต้องได้รับการแก้ไขสำหรับยานอวกาศมนุษย์ในระยะยาว สิ่งแรกคือโปรตอนเปลวไฟจากแสงอาทิตย์ซึ่งจะเกิดการระเบิดตามเหตุการณ์เปลวไฟจากแสงอาทิตย์ ประการที่สองคือรังสีคอสมิกกาแล็กซี่ซึ่งแม้ว่าจะไม่เป็นอันตรายถึงเปลวสุริยะก็ตามพวกมันจะเป็นรังสีพื้นหลังอย่างต่อเนื่องที่ทีมจะต้องเผชิญ ในยานอวกาศที่ไม่มีการป้องกันรังสีทั้งสองประเภทจะส่งผลให้เกิดปัญหาสุขภาพที่สำคัญหรือการเสียชีวิตของลูกเรือ
วิธีที่ง่ายที่สุดในการหลีกเลี่ยงการแผ่รังสีก็คือการดูดซับเช่นการสวมใส่ผ้ากันเปื้อนตะกั่วเมื่อคุณได้รับ X-ray ที่ทันตแพทย์ ปัญหาคือการป้องกันชนิดนี้มักจะหนักมากและมวลอยู่ในระดับพรีเมี่ยมกับยานอวกาศของเราในปัจจุบันเนื่องจากต้องมีการเปิดตัวจากพื้นผิวโลก นอกจากนี้ตามฮอฟแมนถ้าคุณใช้การป้องกันเพียงเล็กน้อยคุณสามารถทำให้แย่ลงได้จริง ๆ เพราะรังสีคอสมิคทำปฏิกิริยากับการป้องกันและสามารถสร้างอนุภาคที่มีประจุทุติยภูมิเพิ่มปริมาณรังสีโดยรวม
ฮอฟแมนมองเห็นการใช้ระบบไฮบริดที่มีทั้งสนามแม่เหล็กและการดูดซับแบบพาสซีฟ “ นั่นเป็นวิธีที่โลกทำ” ฮอฟแมนอธิบาย“ และไม่มีเหตุผลที่เราไม่ควรทำแบบนั้นในอวกาศ”
ข้อสรุปที่สำคัญที่สุดข้อหนึ่งในระยะที่สองของการวิจัยนี้คือการพิจารณาว่าการใช้เทคโนโลยีแม่เหล็กยิ่งยวดนั้นมีประสิทธิภาพหรือไม่ “ ฉันไม่สงสัยเลยว่าถ้าเราสร้างมันให้ใหญ่และแข็งแรงพอมันจะให้ความคุ้มครอง” ฮอฟแมนกล่าว “ แต่ถ้ามวลของระบบแม่เหล็กนำไฟฟ้านี้มีขนาดใหญ่กว่ามวลเพียงเพื่อใช้การป้องกันแบบพาสซีฟ (ดูดซับ) ดังนั้นทำไมต้องเผชิญกับปัญหาทั้งหมด”
แต่นั่นคือความท้าทายและเหตุผลของการศึกษานี้ “ นี่คือการวิจัย” ฮอฟแมนกล่าว “ ฉันไม่ได้เข้าข้างคนเดียวไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง ฉันแค่อยากรู้ว่าอะไรคือวิธีที่ดีที่สุด”
สมมติว่าฮอฟแมนและทีมของเขาสามารถแสดงให้เห็นว่าการป้องกันแม่เหล็กยิ่งยวดนั้นมีประสิทธิภาพมากขั้นตอนต่อไปคือการทำวิศวกรรมที่เกิดขึ้นจริงในการสร้างระบบที่มีขนาดใหญ่พอ (แม้ว่าจะมีน้ำหนักเบา) นอกเหนือจากการปรับแต่งแม่เหล็ก อุณหภูมิในอวกาศ ขั้นตอนสุดท้ายคือการรวมระบบดังกล่าวเข้ากับยานอวกาศที่ถูกผูกไว้กับดาวอังคาร ไม่มีงานเหล่านี้เล็กน้อย
การทดสอบเพื่อรักษาความแข็งแกร่งของสนามแม่เหล็กและอุณหภูมิใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ของระบบนี้ในอวกาศได้เกิดขึ้นแล้วในการทดลองที่มีกำหนดจะเปิดตัวไปยังสถานีอวกาศนานาชาติเป็นเวลาสามปี Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) จะถูกแนบกับด้านนอกสถานีและค้นหารังสีคอสมิคประเภทต่างๆ มันจะใช้แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดเพื่อวัดโมเมนตัมของอนุภาคแต่ละอันและเครื่องหมายของประจุ Peter Fisher อาจารย์ฟิสิกส์จาก MIT ทำงานในการทดลอง AMS และร่วมมือกับ Hoffman เกี่ยวกับการวิจัยของเขาเกี่ยวกับแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด นักศึกษาปริญญาโทและนักวิทยาศาสตร์การวิจัยก็ทำงานร่วมกับฮอฟแมนด้วย
NIAC ถูกสร้างขึ้นในปี 2541 เพื่อเรียกร้องแนวคิดการปฏิวัติจากผู้คนและองค์กรนอกองค์การอวกาศที่สามารถพัฒนาภารกิจขององค์การนาซ่า แนวคิดที่ชนะได้รับการคัดเลือกเพราะ“ ผลักดันขีด จำกัด ของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่เป็นที่รู้จัก” และ“ แสดงความเกี่ยวข้องกับภารกิจของนาซ่า” ตามที่องค์การนาซ่าระบุ แนวคิดเหล่านี้คาดว่าจะใช้เวลาอย่างน้อยหนึ่งทศวรรษในการพัฒนา
ฮอฟฟ์แมนบินไปในอวกาศห้าครั้งและกลายเป็นนักบินอวกาศคนแรกที่ล็อกยานอวกาศมากกว่า 1,000 ชั่วโมง ในการบินอวกาศครั้งที่สี่ของเขาในปี 1993 ฮอฟฟ์แมนได้เข้าร่วมในภารกิจการให้บริการกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลครั้งแรกซึ่งเป็นภารกิจที่ทะเยอทะยานและประวัติศาสตร์ที่แก้ไขปัญหาความคลาดเคลื่อนทรงกลมในกระจกหลักของกล้องโทรทรรศน์ ฮอฟแมนออกจากโครงการอวกาศในปี 1997 เพื่อเป็นผู้แทนยุโรปของนาซ่าที่สถานเอกอัครราชทูตสหรัฐอเมริกาในกรุงปารีสจากนั้นก็ไปที่ MIT ในปี 2544
ฮอฟแมนรู้ว่าการทำภารกิจอวกาศเป็นไปได้มีการพัฒนาความคิดจำนวนมากและวิศวกรรมฮาร์ดซึ่งนำหน้ามัน “ เมื่อพูดถึงการทำสิ่งต่าง ๆ ในอวกาศถ้าคุณเป็นนักบินอวกาศคุณจะไปและทำมันด้วยมือของคุณเอง” ฮอฟแมนกล่าว “ แต่คุณไม่ต้องบินไปในอวกาศตลอดไปและฉันก็ยังอยากบริจาค”
เขาเห็นว่างานวิจัยปัจจุบันของเขาสำคัญเท่ากับซ่อมกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลหรือไม่?
“ ไม่ใช่ในความหมายทันที” เขากล่าว “ แต่ในทางกลับกันถ้าเราจะมีสถานะของมนุษย์ทั่วทั้งระบบสุริยะเราจำเป็นต้องมีชีวิตและทำงานในภูมิภาคที่สภาพแวดล้อมของอนุภาคที่มีประจุนั้นค่อนข้างรุนแรง หากเราไม่สามารถหาวิธีป้องกันตัวเองจากสิ่งนั้นจะเป็นปัจจัยที่ จำกัด อย่างมากสำหรับอนาคตของการสำรวจของมนุษย์ "
