Kosmický prostor není moc bezpečné místo. Během kosmického letu hrozí lidem i přístrojům riziko vystavení vysokým úrovním záření. Bez dostatečné ochrany mohou přístroje vypovídat službu a astronauti čelit závažným zdravotním problémům. Tým výzkumníků z univerzity v belgickém Gentu nyní testuje potenciál 3D tištěných hydrogelů, materiálů, které mohou pohltit velké množství vody a mohly by sloužit jako vysoce efektivní radiační štíty.
Zdroj: https://www.esa.int/
Kosmický prostor sice vypadá jako jedna velká prázdnota, ale zdání klame – je plný silných proudů vysoce nabitých částic, které se pohybují téměř rychlostí světla. Při svých erupcích je do okolí vyvrhuje Slunce, ale mohou pocházet i z extrémních explozí v hlubokém vesmíru, po kterých cestují celou galaxií. Na Zemi jsme před většinou kosmického záření chráněni naší atmosférou a magnetickým polem. Stačí strávit jediný den mimo tyto přirozené ochranné štíty a astronauti jsou vystaveni ekvivalentu záření, které na Zemi dostanou za celý rok! Výzkumníci, kteří se vydají dál, třeba k Marsu, budou potřebovat jiné způsoby, jak se bránit před těmito škodlivými paprsky.
Studie ukázaly, že voda je jedním z materiálů, které jsou nejvhodnější k ochraně před zářením. Je relativně hustá a obsahuje hodně vodíkových atomů, které interagují s částicemi záření a zpomalují je. Ovšem systém ochrany před radiací založený na volně proudící vodě s sebou nese překážky. Objemné zásobníky zabudované do skafandrů by omezovaly pohyb astronautů, nerovnoměrné rozmístění vody by vedlo k nedostatečné ochraně a po mechanickém narušení skafandru by voda mohla vytéct, což může být velký problém v prostředí se spoustou elektroniky.
Výzkumný tým ze skupiny polymerní chemie a biomateriálů (PBM – Polymer Chemistry and Biomaterials) na Gentské univerzitě v Belgii zkoumá v návaznosti na úspěšný projekt Discovery použití superabsorpčních polymerů (SAP) jako alternativního materiálu pro radiační štíty, který je bezpečnější a účinnější než samotná voda. Jako SAP se označují materiály schopné pohltit kapalinu o až několikasetnásobku své vlastní hmotnosti. Trochu to připomíná hračky, které po vložení do vody vypadají jako děsivá monstra. V hydratovaném stavu se SAP označují jako hydrogely.
Zdroj: https://www.esa.int/
„Krása tohoto projektu je v tom, že pracujeme s dobře známou technologií,“ vysvětluje Lenny Van Daele a dodává: „Hydrogely najdeme v mnoha věcech denní potřeby – od kontaktních čoček až po pleny, či sanitární produkty. Naše výzkumná skupina má zkušenosti s aplikacemi na poli medicíny – hydrogely se dají využít jako měkký materiál pro implantáty k obnově poškozených tkání a orgánů.“ Schopnost hydrogelů zadržovat vodu z nich dělá vhodné kandidáty na radiační ochranu habitatů, ale i skafandrů pro výstupy do volného prostoru, či na povrch kosmických těles. Voda pohlcená hydrogelem volně neteče, což zaručuje její rovnoměrnou distribuci a tedy i úroveň ochrany. To také znamená, že při mechanickém poškození skafandru voda nevyteče a astronaut bude mít dost času se vrátit do bezpečí.
„Tento materiál se může uplatnit i v bezpilotní kosmonautice jako radiační štít kosmických sond, ale i jako zásobník vody, protože jsme optimalizovali metodu získání vody z hydrogelu,“ uvedla Malgorzata Holynska z oddělení materiálů, prostředí a kontaminace Evropské kosmické agentury. „Superabsorpční polymery, které používáme, mohou být opakovaně používány různými metodami, což je vzácná a výhodná vlastnost mezi polymery,“ říká Manon Minsart a dodává: „Naší primární volbou je 3D tisk, který nám umožňuje vyformovat hydrogel do prakticky jakéhokoliv tvaru chceme.“
Vedoucí projektu Peter Dubruel dodává: „Hledání lehkých materiálů pro radiační ochranu je neustálý proces. V naší činnosti z programu Discovery jsme úspěšně prokázali, že použití hydrogelů v kosmickém prostředí je bezpečné. V tomto navazujícím projektu používáme odlišené metody tvarování materiálu do 3D struktur a škálujeme výrobní proces, abychom jej mohli přiblížit industrializaci.“
Zdroj: https://www.esa.int/
Přeloženo z:
https://www.esa.int/
Zdroje obrázků:
https://www.esa.int/var/esa/storage/images/esa_multimedia/images/2019/11/space_radiation/21165332-1-eng-GB/Space_radiation.jpg
https://www.esa.int/…/3D-printed_hydrogel_space_shuttle_and_astronaut_on_the_Moon.png
https://www.esa.int/…/2025/02/timelapse_of_hydrogel_swelling/26569230-1-eng-GB/Timelapse_of_hydrogel_swelling.gif
https://www.esa.int/…/esa_multimedia/images/2019/05/space_risks_radiation/19421090-1-eng-GB/Space_risks_Radiation.jpg
Zajímalo by mě jak moc voda pohlcuje záření a nahradí tím atmosféru a magnetosféru, jestli stačí vrstva centimetr, nebo metr vody. Chybí mě tady nějaké porovnání.
Polotloušťka vody je pro gama zhruba 10 cm, 20 cm vrstva tak sníží radiaci na 1/4. pro ložnici tvaru krychle 2x2x2 m je plocha 24 m2, tedy 4,8 tuny vody. Olovo má polotloušťku 1,1 cm, ale je těžší a jinak nevyužitelné.
https://www.wikiskripta.eu/w/Polotlou%C5%A1%C5%A5ky_r%C5%AFzn%C3%BDch_l%C3%A1tek
A ještě je třeba říct, že gama přichází ze všech stran, slabě. Solární radiace (beta) od Slunce a při erupci velmi silně – takže ve směru ke Slunci je lepší.nasměrovat všechno – motory, palivo, baterie, odpady, systémy atd.
Jestli hlavní problém od Slunce není gama, ale jen beta, tak ta snad jde zastavit slabýma vrstvama kovu, ne?
To už je užitečná informace. Je vidět, že pro skafandry je to nepoužitelný a ve Starship to trochu pomůže, ale budou astronauti hodně namačkaný, aby se loď vůbec rozjela. Celkově ve vesmíru to není dost dobrý, je to dobrý na povrchu Měsíce a Marsu, kde může být voda, led, nebo hydrogel jako jedna z vrstev baráku.
Asi bude potřeba na oběžné dráze při cestě na Mars druhá Starship, která tu první pomůže urychlit a pak se vrátí.