Космос завжди був небезпечним місцем, і однією з найбільших загроз для астронавтів є радіація. Без захисту атмосфери та магнітного поля Землі люди в космосі вразливі до шкідливого випромінювання, яке може зашкодити як їхньому здоров’ю, так і обладнанню, на яке вони покладаються.
Щоб вирішити цю проблему, команда дослідників із Гентського університету в Бельгії розробляє інноваційний захист від космічної радіації – 3D-друковані гідрогелі. Ці водопоглинаючі матеріали можуть забезпечити безпечніший і ефективніший спосіб захисту астронавтів та космічних апаратів від випромінювання. Дослідження може революціонізувати підхід до захисту від однієї з найбільших загроз космічних подорожей.
Постійна загроза космічної радіації
Багато хто уявляє космос як порожнечу, але насправді він сповнений потоків високоенергетичних частинок, що рухаються майже зі швидкістю світла. Частина з них надходить від Сонця, особливо під час сонячних спалахів, а інші – із глибокого космосу, наприклад, унаслідок вибухів наднових. Ці космічні промені становлять постійну загрозу для всього, що перебуває за межами захисного поля Землі.
На Землі атмосфера та магнітне поле поглинають більшу частину цього випромінювання. Астронавти на низькій навколоземній орбіті, наприклад на МКС, отримують вищу дозу радіації, ніж люди на поверхні Землі, але все ж таки мають певний захист. Однак ті, хто вирушить за межі цієї зони – наприклад, майбутні дослідники Марса, – потребуватимуть альтернативного захисту. Радіація в космосі – це не дріб’язкова проблема. Лише за один день поза захисною оболонкою Землі астронавти отримують таку ж дозу радіації, як звичайна людина на Землі за рік!
Тривалий вплив випромінювання збільшує ризик раку, пошкоджень нервової системи та гострої променевої хвороби. Без належного захисту тривалі місії можуть стати надзвичайно небезпечними або навіть неможливими.
Вода як щит від радіації
Науковці виявили, що вода є одним із найефективніших матеріалів для блокування радіації. Вона містить велику кількість атомів водню, які взаємодіють із радіацією та уповільнюють її. Проте використовувати воду для захисту астронавтів – не так просто. Вільна вода в космосі створює чимало проблем:
- Резервуари з водою займають багато місця та можуть обмежувати мобільність астронавтів.
- Нерівномірний розподіл води може спричиняти «слабкі місця» у захисті.
- Пошкодження резервуара може призвести до витоку, що стане критичною ситуацією в умовах мікрогравітації.
Гідрогелі як рішення проблеми
Щоб уникнути цих труднощів, дослідники з Гентського університету вивчають використання суперабсорбуючих полімерів (SAPs).
Ці матеріали здатні поглинати у сотні разів більше рідини, ніж їхня власна вага, утворюючи стабільний гелеподібний стан, відомий як гідрогель.
Кадри, що демонструють процес набухання гідрогелю, показують, як ці матеріали змінюються при поглинанні води. На відміну від рідкої води, гідрогелі залишаються твердими, що забезпечує рівномірний захист.
«Гідрогелі вже давно використовуються у повсякденному житті – у контактних лінзах, підгузках та медичних імплантах,» – пояснює дослідник Ленні Ван Даеле.
Гідрогелі, астронавти та радіація
Основна перевага гідрогелів – їхня здатність утримувати воду без ризику її витоку.
На відміну від звичайної води в контейнерах, гідрогелевий захист не змінює форму і не створює «прогалин» у захисному покритті. Навіть якщо матеріал буде пошкоджений, він збереже свою структуру, даючи астронавтам час на реакцію. Це робить гідрогелі ідеальними для інтеграції у скафандри, особливо для виходів у відкритий космос.
«Матеріал також можна використовувати для безпілотних місій – у захисних екранах космічних апаратів або як резервуар для води,» – додає Малгожата Холинська з Європейського космічного агентства (ESA).
3D-друк гідрогелів для космосу
Один із найцікавіших аспектів цього дослідження – можливість 3D-друку гідрогелів у різних формах.
На відміну від традиційних матеріалів, які потребують вирізання та складання, 3D-друк дозволяє створювати індивідуальні конструкції захисту.
«Полімер, який ми використовуємо, може оброблятися різними методами, але наш вибір – саме 3D-друк, оскільки він дозволяє створювати матеріал будь-якої форми,» – зазначає Манон Мінсарт.
Це відкриває можливості для виробництва легких та ефективних захисних екранів прямо в космосі!
Якщо астронавти зможуть друкувати гідрогелеві щити на борту космічних кораблів, це значно скоротить потребу у перевезенні важких матеріалів із Землі.
Перспективи промислового застосування
Дослідження ще триває, але гідрогелі можуть використовуватися не лише в космосі.
Якщо технологія виявиться успішною, ці матеріали можна буде застосовувати у медицині, ядерній енергетиці та навіть у військовій сфері.
«Ми довели, що гідрогелі безпечні для використання в космосі. Тепер ми працюємо над масштабуванням виробництва, щоб наблизити їх до промислового застосування,» – заявив керівник проєкту Петер Дубруель.
Легкий і адаптивний захист від радіації може змінити майбутнє космічних місій, зробивши їх безпечнішими та гнучкішими.
Безпечніші космічні подорожі з гідрогелями
З кожним роком людство наближається до тривалих місій за межами Землі.
Щоб зробити їх можливими, необхідно знайти ефективні методи захисту від радіації.
3D-друковані гідрогелі можуть стати революційним рішенням для майбутніх космічних експедицій, зменшуючи ризики для астронавтів і відкриваючи шлях до безпечнішого освоєння глибокого космосу.
Ця технологія була представлена в пресрелізі Європейського космічного агентства (ESA).
