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.

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.

„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.“

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