Kunstnerens koncept om mennesker rejser til Mars. Billedkredit: NASA Klik for større billede
Efter at have læst denne artikel kan du måske aldrig se på skraldesposer på samme måde igen.
Vi bruger alle plastposer; de er så almindelige, at vi næppe giver dem en ny tanke. Så hvem ville have gætt, at en lavt skraldespand måske har nøglen til at sende mennesker til Mars?
De fleste husholdningsaffaldsposer er lavet af en polymer kaldet polyethylen. Varianter af dette molekyle viser sig at være fremragende til afskærmning af de farligste former for rumstråling. Forskere har længe vidst dette. Problemet har forsøgt at opbygge et rumskib ud af de spinkle ting.
Men nu har NASA-forskere opfundet et banebrydende, polyethylenbaseret materiale kaldet RXF1, der er endnu stærkere og lettere end aluminium. ”Dette nye materiale er et første i den forstand, at det kombinerer overordnede strukturelle egenskaber med overlegne afskærmningsegenskaber,” siger Nasser Barghouty, projektforsker for NASAs rumstråleskærmningsprojekt ved Marshall Space Flight Center.
Til Mars i et plastisk rumskib? Så flad som det kan lyde, kan det være den sikreste vej at gå.
Mindre er mere
Det er et stort uløst problem at beskytte astronauter mod dyb rumstråling. Overvej en bemandet mission til Mars: Rundturen kan vare så længe som 30 måneder og ville kræve at forlade den beskyttende boble fra Jordens magnetfelt. Nogle forskere mener, at materialer som aluminium, der giver tilstrækkelig afskærmning i Jordens bane eller til korte ture til Månen, ville være utilstrækkelige til turen til Mars.
Barghouty er en af skeptikerne: ”At gå til Mars nu med et aluminiumskibskib er uigennemtrængeligt,” mener han.
Plast er et tiltalende alternativ: Sammenlignet med aluminium er polyethylen 50% bedre til afskærmning af solbrænd og 15% bedre til kosmiske stråler.
Fordelen ved plastlignende materialer er, at de producerer langt mindre "sekundær stråling" end tungere materialer som aluminium eller bly. Sekundær stråling kommer fra selve afskærmningsmaterialet. Når partikler af rumstråling smadrer ind i atomer inden i skjoldet, udløser de små atomreaktioner. Disse reaktioner producerer et brus af nukleare biprodukter - neutroner og andre partikler - der kommer ind i rumfartøjet. Det er lidt som at prøve at beskytte dig selv mod en flyvende bowlingkugle ved at opføre en væg med stifter. Du undgår bolden, men bliver bundet af stifter. "Sekundære" kan være værre for astronauternes sundhed end den oprindelige rumstråling!
Ironisk nok producerer tungere elementer som bly, som folk ofte antager at være den bedste strålingsafskærmning, meget mere sekundær stråling end lettere elementer som kulstof og brint. Derfor er polyethylen en god afskærmning: det består udelukkende af lette kulstof- og brintatomer, hvilket minimerer sekundære.
Disse lettere elementer kan ikke stoppe rumstråling fuldstændigt. Men de kan fragmentere de indkommende strålingspartikler, hvilket i høj grad reducerer de skadelige virkninger. Forestil dig at gemme dig bag et kædeleddhegn for at beskytte dig selv i en sneboldkamp: Du får stadig lidt sne på dig, mens små bunker af snebold sprænger gennem hegnet, men du kan ikke mærke, at et direkte hit fra en hård -pakkede klynge. Polyethylen er som det kædeleddhegn.
”Det er hvad vi kan gøre. Fragmentering - uden at producere en masse sekundær stråling - er faktisk, hvor slaget er vundet eller tabt, ”siger Barghouty.
Lavet til ordre
På trods af deres afskærmningskraft gør almindelige skraldesposer åbenbart ikke noget for at opbygge et rumskib. Så Barghouty og hans kolleger har forsøgt at oksekød-op polyethylen til rumfartsarbejde.
Sådan kom Shielding Project-forsker Raj Kaul, der samarbejdede med Barghouty, for at opfinde RXF1. RXF1 er bemærkelsesværdigt stærk og let: den har 3 gange trækstyrken af aluminium, men er alligevel 2,6 gange lettere - imponerende selv ved luftfartsstandarder.
”Da det er et ballistisk skjold, afbøjer det også mikrometeoritter,” siger Kaul, der tidligere havde arbejdet med lignende materialer i udviklingen af helikopterrustning. "Da det er et stof, kan det drapes rundt om forme og formes til specifikke rumfartøjskomponenter." Og fordi det er afledt af polyethylen, er det også et fremragende strålingsskærm.
Specifikationerne for, hvordan RXF1 fremstilles, er hemmelige, fordi der er verserende et patent på materialet.
Styrke er kun et af de træk, som rumskibets vægge skal have, bemærker Barghouty. Antændelighed og temperaturtolerance er også vigtig: Det betyder ikke noget, hvor stærkt rumskibets vægge er, hvis de smelter i direkte sollys eller let tændes. Ren polyethylen er meget brandfarlig. Mere arbejde er nødvendigt for at tilpasse RXF1 endnu mere for at gøre det også flamme- og temperaturbestandigt, siger Barghouty.
Bundlinjen
Det store spørgsmål er selvfølgelig bundlinjen: Kan RXF1 transportere mennesker sikkert til Mars? På dette tidspunkt er der ingen der ved med sikkerhed.
Nogle "galaktiske kosmiske stråler er så energiske, at ingen rimelig mængde afskærmning kan stoppe dem," advarer Frank Cucinotta, NASAs Chief Radiation Health Officer. ”Alle materialer har dette problem, inklusive polyethylen.”
Cucinotta og kolleger har foretaget computersimuleringer for at sammenligne kræftrisikoen for at gå til Mars i et aluminiumskib kontra et polyethylenskib. Overraskende, ”der var ingen signifikant forskel,” siger han. Denne konklusion afhænger af en biologisk model, der estimerer, hvordan menneskeligt væv påvirkes af rumstråling - og deri ligger gniden. Efter årtier med rumfart forstår videnskabsmænd stadig ikke, hvordan den menneskelige krop reagerer på kosmiske stråler. Hvis deres model er korrekt, kan der dog være en lille praktisk fordel ved den ekstra afskærmning, der giver polyethylen. Dette er et spørgsmål om løbende forskning.
På grund af de mange usikkerheder er dosisgrænser for astronauter på en Mars-mission ikke indstillet, bemærker Barghouty. Men antaget, at disse dosisgrænser svarer til grænserne, der er indstillet til Shuttle og Space Station-flyvninger, mener han RXF1 hypotetisk kunne give tilstrækkelig afskærmning til en 30-måneders mission til Mars.
I dag til dump. I morgen, til stjernerne? Polyethylen fører dig måske længere end du nogensinde havde forestillet dig.
Original kilde: NASA News Release
