Det er året 2027, og NASA's Vision for Space Exploration forløber lige efter planen. Halvvejs ind i turen opstår en gigantisk solopstråling, der udøver dødelig stråling direkte ved rumfartøjet. På grund af forskning udført af den tidligere astronaut Jeffrey Hoffman og en gruppe MIT-kolleger tilbage i år 2004 har dette køretøj et avanceret, superledende magnetisk afskærmningssystem, der beskytter de menneskelige beboere mod eventuelle dødbringende solemissioner.
Ny forskning er for nylig begyndt at undersøge brugen af superledende magnetteknologi til at beskytte astronauter mod stråling under langvarige rumflyvninger, såsom de interplanetære flyvninger til Mars, der er foreslået i NASAs nuværende Vision for Space Exploration.
Den vigtigste efterforsker for dette koncept er den tidligere astronaut Dr. Jeffrey Hoffman, der nu er professor ved Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Hoffmans koncept er et af 12 forslag, der begyndte at modtage finansiering i sidste måned fra NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC). Hver får $ 75.000 til seks måneders forskning for at foretage indledende undersøgelser og identificere udfordringer med at udvikle den. Projekter, der gør det gennem denne fase, er berettigede til så meget som $ 400.000 mere over to år.
Begrebet magnetisk afskærmning er ikke nyt. Som Hoffman siger: "Jorden har gjort det i milliarder af år!"
Jordens magnetfelt afbøjer kosmiske stråler, og et ekstra mål for beskyttelse kommer fra vores atmosfære, der absorberer enhver kosmisk stråling, der kommer vej gennem magnetfeltet. Brug af magnetisk afskærmning til rumfartøjer blev først foreslået i slutningen af 1960'erne og begyndelsen af 70'erne, men blev ikke aktivt forfulgt, da planerne for langvarig rumfart faldt ved vejen.
Teknologien til at skabe superledende magneter, der kan generere stærke felter til at afskærme rumfartøjer mod kosmisk stråling, er imidlertid først for nylig blevet udviklet. Superledende magnetsystemer er ønskelige, fordi de kan skabe intense magnetfelter med ringe eller ingen elektrisk strømindgang, og med passende temperaturer kan de opretholde et stabilt magnetfelt i lange perioder. En udfordring er imidlertid at udvikle et system, der kan skabe et magnetfelt stort nok til at beskytte et busstørrigt, beboeligt rumfartøj. En anden udfordring er at holde systemet ved temperaturer tæt på absolut nul (0 Kelvin, -273 C, -460 F), hvilket giver materialerne superledende egenskaber. De seneste fremskridt inden for superledende teknologi og materialer har givet superledende egenskaber ved over 120 K (-153 C, -243 F).
Der er to typer stråling, der skal adresseres til menneskelig rumflugt i lang tid, siger William S. Higgins, en ingeniørfysiker, der arbejder med strålingssikkerhed ved Fermilab, partikelacceleratoren i nærheden af Chicago, IL. De første er solafbrændingsprotoner, som ville komme i brister efter en solfladearrangement. Den anden er galaktiske kosmiske stråler, som, selvom de ikke er så dødbringende som solfluer, de ville være en kontinuerlig baggrundsstråling, som besætningen ville blive udsat for. I et uafskærmet rumfartøj ville begge typer stråling resultere i betydelige sundhedsmæssige problemer eller død for besætningen.
Den nemmeste måde at undgå stråling er at absorbere det, som at bære et blyforklæde, når du får et røntgenbillede hos tandlægen. Problemet er, at denne type afskærmning ofte kan være meget tung, og massen er i præmie med vores nuværende rumkøretøjer, da de skal lanceres fra jordens overflade. Ifølge Hoffman kan du også, hvis du bare bruger en lille smule afskærmning, faktisk gøre det værre, fordi de kosmiske stråler interagerer med afskærmningen og kan skabe sekundære ladede partikler, hvilket øger den samlede stråledosis.
Hoffman forudser at bruge et hybridsystem, der anvender både et magnetfelt og passiv absorption. "Det er sådan, Jorden gør det," forklarede Hoffman, "og der er ingen grund til, at vi ikke skulle være i stand til at gøre det i rummet."
En af de vigtigste konklusioner for den anden fase af denne forskning vil være at afgøre, om anvendelse af superledende magnetteknologi er masseeffektiv. ”Jeg er ikke i tvivl om, at hvis vi bygger det stort nok og stærkt nok, vil det give beskyttelse,” sagde Hoffman. ”Men hvis massen i dette ledende magnetsystem er større end massen bare for at bruge passiv (absorberende) afskærmning, hvorfor skal du da gå i al den besværgelse?”
Men det er udfordringen og grunden til denne undersøgelse. ”Dette er forskning,” sagde Hoffman. ”Jeg deltager ikke på den ene eller den anden måde; Jeg vil bare finde ud af, hvad der er den bedste måde. ”
Hvis man antager, at Hoffman og hans team kan demonstrere, at superledende magnetisk afskærmning er masseeffektiv, ville det næste trin være at udføre den faktiske konstruktion af at skabe et stort nok (omend letvægts) system, ud over at finjustere vedligeholdelse af magneter ved ultrakold superledelse temperaturer i rummet. Det sidste trin ville være at integrere et sådant system i et Mars-bundet rumfartøj. Ingen af disse opgaver er trivielle.
Undersøgelserne af opretholdelse af magnetfeltstyrken og de næsten absolutte nul temperaturer i dette system i rummet forekommer allerede i et eksperiment, der er planlagt til at blive lanceret til den internationale rumstation for et tre-årigt ophold. Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) vil blive fastgjort til ydersiden af stationen og søge efter forskellige typer kosmiske stråler. Den vil anvende en superledende magnet til at måle hver partikels momentum og tegn på dens ladning. Peter Fisher, en fysikprofessor fra MIT arbejder også med AMS-eksperimentet og samarbejder med Hoffman om hans forskning i superledende magneter. En kandidatstuderende og en forsker arbejder også med Hoffman.
NIAC blev oprettet i 1998 for at anmode om revolutionære koncepter fra mennesker og organisationer uden for rumfartsagenturet, der kunne fremme NASAs missioner. De vindende koncepter vælges, fordi de "skubber grænserne for kendt videnskab og teknologi" og "viser relevans for NASA-missionen", ifølge NASA. Disse koncepter forventes at tage mindst et årti at udvikle sig.
Hoffman fløj fem gange i rummet og blev den første astronaut, der loggede mere end 1.000 timer på rumfærgen. På sin fjerde rumflugt, i 1993, deltog Hoffman i den første Hubble-rumteleskop-servicemission, en ambitiøs og historisk mission, der korrigerede det sfæriske afvigelsesproblem i teleskopets primære spejl. Hoffman forlod astronautprogrammet i 1997 for at blive NASAs europæiske repræsentant ved den amerikanske ambassade i Paris og gik derefter til MIT i 2001.
Hoffman ved, at der er en masse idéudvikling og hård engineering, der går forud for det, for at muliggøre en rummission. ”Når det kommer til at gøre ting i rummet, hvis du er en astronaut, går du og gør det med dine egne hænder,” sagde Hoffman. ”Men du flyver ikke i rummet for evigt, og jeg vil stadig gerne bidrage.”
Ser han sin nuværende forskning som vigtig som at fastlægge Hubble-rumteleskopet?
”Nå, ikke i umiddelbar forstand,” sagde han. ”Men på den anden side, hvis vi nogensinde vil have en menneskelig tilstedeværelse i hele solsystemet, er vi nødt til at være i stand til at leve og arbejde i regioner, hvor det ladede partikelmiljø er temmelig alvorligt. Hvis vi ikke kan finde en måde at beskytte os mod, vil det være en meget begrænsende faktor for fremtiden for menneskelig efterforskning. ”