Kunstenaar illustratie van een elektromagnetisch schild dat astronauten zou kunnen beschermen. Afbeelding tegoed: Hubble. Klik om te vergroten.
Tegengestelde ladingen trekken aan. Zoals ladingen afstoten. Het is de eerste les van elektromagnetisme en op een dag kan het de levens van astronauten redden.
NASA's Vision for Space Exploration roept op tot een terugkeer naar de maan als voorbereiding op nog langere reizen naar Mars en verder. Maar er is een potentiële showstopper: straling.
De ruimte voorbij de lage baan om de aarde is overspoeld met intense straling van de zon en van diepe galactische bronnen zoals supernova's. Astronauten op weg naar de maan en Mars zullen worden blootgesteld aan deze straling, waardoor hun risico op kanker en andere ziekten toeneemt. Het vinden van een goed schild is belangrijk.
De meest gebruikelijke manier om met straling om te gaan, is door deze fysiek te blokkeren, zoals het dikke beton rond een kernreactor. Maar ruimteschepen maken van beton is geen optie. (Interessant is dat het misschien mogelijk is om een maanbasis te bouwen uit een betonmengsel van maanstof en water, als er water op de maan te vinden is, maar dat is een ander verhaal.) NASA-wetenschappers onderzoeken veel stralingsblokkerende materialen zoals aluminium, geavanceerde kunststoffen en vloeibare waterstof. Elk heeft zijn eigen voor- en nadelen.
Dat zijn allemaal fysieke oplossingen. Er is nog een andere mogelijkheid, een zonder fysieke substantie maar met voldoende afschermende kracht: een krachtveld.
De meeste gevaarlijke straling in de ruimte bestaat uit elektrisch geladen deeltjes: snelle elektronen en protonen van de zon en massieve, positief geladen atoomkernen van verre supernova's.
Zoals ladingen afstoten. Dus waarom zouden we astronauten niet beschermen door ze te omringen met een krachtig elektrisch veld dat dezelfde lading heeft als de binnenkomende straling, waardoor de straling wordt afgebogen?
Veel experts zijn sceptisch dat er elektrische velden kunnen worden aangemaakt om astronauten te beschermen. Maar Charles Buhler en John Lane, beide wetenschappers van ASRC Aerospace Corporation bij NASA's Kennedy Space Center, geloven dat het kan. Ze hebben steun gekregen van het NASA Institute for Advanced Concepts, wiens taak het is om studies naar verre ideeën te financieren, om de mogelijkheid van elektrische schilden voor maanbases te onderzoeken.
"Het gebruik van elektrische velden om straling af te weren was een van de eerste ideeën in de jaren vijftig, toen wetenschappers begonnen te kijken naar het probleem van de bescherming van astronauten tegen straling", zegt Buhler. "Ze lieten het idee echter snel vallen, omdat het leek alsof de hoge spanningen die nodig waren en de lastige ontwerpen waarvan ze dachten dat ze nodig zouden zijn (bijvoorbeeld door de astronauten in twee concentrische metalen bollen te plaatsen) zo'n elektrisch schild onpraktisch zouden maken."
De aanpak van Buhler en Lane is anders. In hun concept zou een maanbasis ongeveer een half dozijn opblaasbare, geleidende bollen van ongeveer 5 meter breed boven de basis gemonteerd hebben. De bollen zouden dan worden opgeladen tot een zeer hoog statisch-elektrisch potentieel: 100 megavolt of meer. Deze spanning is erg groot, maar omdat er heel weinig stroom zou vloeien (de lading zou statisch op de bollen zitten), zou er niet veel stroom nodig zijn om de lading te behouden.
De bollen zouden zijn gemaakt van een dunne, sterke stof (zoals Vectran, die werd gebruikt voor de landingsballonnen die de impact voor de Mars Exploration Rovers dempen) en bedekt met een zeer dunne laag van een geleider zoals goud. De stoffen bollen kunnen worden opgevouwen voor transport en vervolgens worden opgeblazen door ze eenvoudigweg te laden met een elektrische lading; soortgelijke ladingen van de elektronen in de goudlaag stoten elkaar af en dwingen de bol naar buiten uit te zetten.
Door de bollen ver boven het hoofd te plaatsen, wordt het gevaar verkleind dat astronauten ze raken. Door zorgvuldig de opstelling van de bollen te kiezen, kunnen wetenschappers hun effectiviteit bij het afstoten van straling maximaliseren en hun impact op astronauten en apparatuur op de grond minimaliseren. In sommige ontwerpen is het netto elektrische veld op grondniveau in feite nul, waardoor eventuele gezondheidsrisico's van deze sterke elektrische velden worden verlicht.
Buhler en Lane zoeken nog steeds naar de beste opstelling: Een deel van de uitdaging is dat straling zowel als positief als negatief geladen deeltjes komt. De bollen moeten zo zijn gerangschikt dat het elektrische veld bijvoorbeeld negatief ver boven de basis is (om negatieve deeltjes af te stoten) en positief dichter bij de grond (om de positieve deeltjes af te stoten). "We hebben al drie geometrieën gesimuleerd die mogelijk werken", zegt Buhler.
Draagbare ontwerpen kunnen zelfs worden gemonteerd op "moon buggy" -lunar rovers om astronauten bescherming te bieden terwijl ze het oppervlak verkennen, stelt Buhler voor.
Het klinkt geweldig, maar er zijn nog veel wetenschappelijke en technische problemen die moeten worden opgelost. Sceptici merken bijvoorbeeld op dat een elektrostatisch schild op de maan kortsluiting kan veroorzaken door zwevend stofstof, dat zelf wordt opgeladen door ultraviolette straling van de zon. Zonnewind dat over het schild waait, kan ook problemen veroorzaken. Elektronen en protonen in de wind kunnen bekneld raken door het doolhof van krachten waaruit het schild bestaat, wat leidt tot sterke en onbedoelde elektrische stromen recht boven de hoofden van de astronauten.
Het onderzoek is nog voorlopig, benadrukt Buhler. Moondust, zonnewind en andere problemen worden nog onderzocht. Het kan zijn dat een ander soort afscherming beter zou werken, bijvoorbeeld een supergeleidend magnetisch veld. Deze wilde ideeën moeten zichzelf nog uitzoeken.
Maar wie weet zullen misschien ooit astronauten op de maan en Mars veilig werken, beschermd door een eenvoudig principe van elektromagnetisme dat zelfs een kind kan begrijpen.
Oorspronkelijke bron: [e-mail beveiligd]
