Prima di decidere quale propulsore montare, aspetterei di vedere se il fusore Poliwell di Bussard funziona veramente o meno. Lo sapermo entro pochi mesi.
Se dovesse funzionare, sarebbe una vera e propria rivoluzione: butteremmo alle ortiche le centrali a fissione ma anche ITER, che sembra concepito più per sperperare danaro pubblico che per fondere i nuclei.
Un saluto
Quaoar
Ripesco questo topic per infilarci un articolo molto interessante pubblicato oggi sul sito ESA:
Predicting the radiation risk to ESA’s astronauts13 February 2008
European scientists have developed the most accurate method yet for predicting the doses of radiation that astronauts will receive aboard the orbiting European laboratory module, Columbus, attached to the ISS this week.The new software package accurately simulates the physics of radiation particles passing through spacecraft walls and human bodies. Such techniques will be essential to use for calculating the radiation doses received by astronauts on future voyages to the Moon and Mars.
To predict accurately the radiation risk faced by astronauts, scientists and engineers must tackle three separate problems: How much radiation is hitting the space vehicle? How much of that radiation is blocked by the available shielding? What are the biological effects of the radiation on the astronauts?
This project, funded by ESA’s General Studies Programme and the Swedish National Space Board, mostly concentrates on the second of those questions. It was initiated by Christer Fuglesang of ESA’s European Astronaut Corps.
During a stay onboard the ISS in December 2006, he experienced firsthand the effects of space radiation. “You see flashes when you close your eyes as a result of interactions with your eye,” he says.
The frequency of these flashes depends on where the ISS is in its orbit and the level of solar activity. There was a solar storm whilst Fuglesang was in space. “That night we were told to sleep in the more shielded sections of the station,” he says.
The ESA simulation is called Dose Estimation by Simulation of the International Space Station (ISS) Radiation Environment (DESIRE). “The project was designed to provide a European capability in accurately predicting radiation doses onboard Columbus,” says Petteri Nieminen, ESA’s Technical Officer on the study.
The first step was to build a programme that would accurately simulate the physics of radiation passing into a spacecraft and then through a human body. To do this, Tore Ersmark of the Royal Institute of Technology (KTH), Stockholm, Sweden worked with several existing software packages. These included a software toolkit known as Geant4, which simulates the propagation of radiation particles. Geant4 has been successfully used in disciplines such as space physics, medical physics and high-energy physics, and is developed by a large international collaboration involving ESA, CERN, and many other institutes and universities.
One of the lengthiest aspects of the work was that Ersmark had to build from scratch a computer model of the International Space Station itself. The configuration and orientation of the ISS are crucial parameters in defining the amount of matter that radiation passes through.
The Columbus module, launched into space by NASA’s Space Shuttle on 7 February, is the most ambitious and sophisticated contribution to human spaceflight that Europe has yet made. It is equipped with radiation monitors to test the DESIRE predictions. “We are really pleased with the results from DESIRE and look forward to comparing them to the actual measurements,” says Petteri.
Inside Columbus, during quiet solar times, the radiation levels are expected to be low. “Although they are several hundred times greater than the background radiation level here in Sweden, that is still not dangerous,” says Ersmark.
Beyond Columbus, the DESIRE tool can be developed into a European software package that can be used to predict the radiation risks for other manned space flight missions, both close to Earth and beyond the protection of our planet’s magnetic field.
The radiation environment close to Earth consists of three main components: Particles trapped in the Earth’s magnetic field; particles that arrive from deep space called Galactic Cosmic Rays (GCRs) and particles expelled from the Sun during solar eruptions. These components all vary with time, mainly due to the unpredictable activity of the Sun, which influences the Earth’s magnetic field. In turn, the Earth’s field determines the extent of the trapped particles and how well Earth is shielded from incoming GCRs.
Beyond Earth’s magnetic field, spacecraft and their occupants will be exposed to the full force of the GCRs and the solar eruptions. Missions to the Moon and Mars will venture into this harsher and unpredictable radiation environment for periods of many month or even years.
During the Apollo missions of the 1960s–70s, the astronauts were simply lucky not to have been in space during a major solar eruption that would have flooded their spacecraft with deadly radiation. Essentially, they took risks and got away with it. For the kind of long-duration journeys being talked about today, a far more robust system of predicting radiation doses is required.
“The main uncertainties in these calculations are our knowledge of the space radiation environment beyond the Earth’s magnetic field, and the biological response to radiation,” says Ersmark.
To provide the environmental information ESA is flying a standard radiation monitor on a number of its spacecraft, including Proba-1, Integral, Rosetta, GIOVE-B, Herschel and Planck. Known as the Standard Radiation Environment Monitor (SREM), it measures high-energy radiation particles. It was developed and manufactured by Oerlikon Space in cooperation with Paul Scherrer Institute, under a development contract from ESA.
Developing the appropriate strategies and countermeasures to deal with the interplanetary radiation hazard is essential. At present it is one of the most difficult challenges to our exploration the wider solar system. Thanks to DESIRE, Europeans have taken a step towards being able to test future space vehicle designs to find those that offer the most protection.
Interessante. Anche l’approccio delle missioni Apollo contro il rischio di falare solari: è improbabile, ma se capita hai da morì!
Il problema è che ancora non si conoscono bene i danni e i livelli minimi di sicurezza.
Per proteggere adeguatamente un astronave contro gli anioni da 2 GeV dei raggi cosmici ci vorrebbero almento 2-3metri d’acqua o di polietilene per metro quadro di superficie, con pesi proibitivi; oppure un campo magnetico a dipolo da 20 Tesla. L’apparato per generare quest’ultimo peserebbe circa 9 tonnellate, abbastanza accettabile per una nave destinata ad andare su Marte, che ne peserebbe almeno 100 e le spire superconduttive potrebbero essere raffreddate dagli stessi propellenti criogenici…
Piccolo problema: nessuno sa esattamente quali effetti avrebbe sulla salute l’esposizione per lunghi periodi a un campo di 20 Tesla. Per avere un’idea, le NMR d’ultima generazione hanno campi di 3 Tesla e ve ne sono alcune sperimentali che arrivano 7 Tesla (per la durata d’un esame, nessuno ha mai riportato danni, ma nessuno ha mai vissuto per un anno dentro a tali apparecchiature).
Se tali campi non si rilevassero dannosi, si aprirebbe anche un’altra prospettiva interessante per le missioni spaziali: la possibilità di utilizzare campi magnetici sia per schermare dalle radizioni, sia per generare una gravità artificiale a bordo, prendendo così due piccioni con una fava ed evitando anche i danni da gravità zero.
La nave dovrebbe essere disegnata in modo tale che gli astronauti si trovino in una zona a 16 Tesla, dove sarebbero sottoposti a una levitazione diamagnetica, che li spingerebbe verso il pavimento con una forza di circa un g.
E’ da notare che tali esperimenti di levitazione diamagnetica con campi da 16 T sono stati effettuati su delle rane che non hanno riportato alcun danno. Tuttavia la nave andrebbe disegnata in modo tale che a bordo non vi sia nulla di ferromagnetico.
Un saluto
Quaoar
Se invece si rivelassero dannosi, cosa assai probabile, navigando per la rete ho trovato qualcosa di interessante: una configurazione dei magneti a “matrice di Halbach” che opportuanemente configurata potrebbe generare campi magnetici molto intensi fuori dalla nave e quasi nulli all’interno.
http://www.matchrockets.com/ether/halbach.html
Io sono solo un povero dilettante, ma mi interesserebbe conoscere il parere d’un esperto in materia.
Un saluto
Quaoar
Alla faccia del dilettante!
Ma se genero un campo magnetico all’esterno della nave e non all’interno riesco ugualmente a creare una gravità artificiale all’interno della nave?
A occhio e croce, da dilettante vero, direi di no.
PS: ma con i sottomatini a propulsione nucleare come affrontano il problema delle radiazioni? Qualcuno lo sa?
Con un campo magnetico quasi nullo all’interno, certamente non potremo generare una gravità artificiale sfruttando la levitazione diamagnetica. Ipotizzavo questa soluzione perché mancano studi sui danni a lungo termine dovuti all’esposizione prolungata a campi magnetici di tale intensità.
Quanto ai sottomarini, credo utilizzino i classici cassoni d’acciaio ripieni d’acqua, dove l’acqua blocca i neutroni e l’acciaio le radiazioni X e gamma. E solo una questione di massa e in un sommergibile non è poi un grosso problema, perché non deve raggiungere velocità orbitali di 7.2 km/s con il carico pagante. L’unica accortezza è quella di mantenere una densità complessiva vicina a quella dell’acqua per potersi mantenere in assetto neutro.
Un saluto
Quaoar
Navigando a zonzo per la rete ho trovato dell’altro materiale interessante: il primo è un sistema di schermatura magnetica a bobina toroidale, che ha il vantaggio di mantenere il campo magnetico di 7.2 Tesla confinato all’interno della ciambella senza esporre gli astronauti a potenziali rischi. Lo svantaggio è che il sistema è molto complesso e pesante, soprattutto per le strutture di supporto delle spire, ma un domani grazie ai nanotubuli forse potrebbe essere reso più leggero. Vi è anche il rischio che in caso di interruzione della superconduttività delle spire, l’energia accumulata nel campo di circa 16 GJ si scarichi sulle strutture circostanti con effetti esplosivi, a meno di non avere una massa di 5000 T necessaria ad assorbire il carico… un po’ troppo per un’astronave.
http://engineering.dartmouth.edu/~Simon_G_Shepherd/research/Shielding/docs/Hoffman_I-final.pdf
Il secondo articolo invece sembra molto più promettente: partendo dal presupposto che per ottenere una schermatura ottimale è necessaria una profondità di campo di 15-30 Tm (Tesla x metro), si usa un campo magnetico molto meno intenso, dell’ordine di 0.1 T o anche meno, che viene “gonfiato” con del plasma formando una bolla magnetica di 30-60 km, analoga alla magnetosfera terrestre, con profondità di campo di oltre 100 Tm, che conferirebbero alla nostra nave una schermatura perfetta. Secondo i calcoli di Robert Winglee, le perdite di plasma sarebbero minime, tanto che un kg di elio basterebbe per un mese.
Il sistema inostre funzionerebbe anche da vela magentica, deflettendo il vento solare attraverso la Forza di Lorentz e generando propulsione per reazione. Questo sistema di propulsione, chiamato mini magnetosphere plasma propulsion (m2p2) è attualmente in fase di studio presso la NASA.
Secondo il calocli preliminari, fornirebbe una spinta di circa 1 N/KW, il che vuol dire che una nave di 200 tonnellate, equipaggiata con un piccolo reattore nucleare a letto di sfere da 100 MW, potrebbe contare su una spinta costante di 100 KN, che le consentirebbero di viaggiare sotto un’accelerazione costante di ben 0.5 m/s2… Non male vero?
Altra caratteristica interessante di questo sistema di propulsione è che quando allontanandosi dal Sole in vento solare si indebolisce, la mini magnetosfera si espande automaticamente e la forza propulsiva resta costante dall’orbita di Mercurio fino all’eliopausa.
http://science.nasa.gov//newhome/headlines/prop19aug99_1.htm
http://science.nasa.gov//headlines/y2000/ast04oct_1.htm
http://www.ess.washington.edu/Space/M2P2/
Un saluto
Quaoar
Articolo da Le Scienze:
Link preso dal precedente articolo sulla possibilità di sviluppare cancro al colon per gli astronauti.
Allo stato attuale dell’arte, la cosa più pratica sarebbe a mio avviso quella di utilizzare lo stesso propellente come schermatura: l’ideale sarebbe l’idrogeno liquido, che però è assai poco maneggevole, anche se magari potrebbe essere immagazzinato già in forma para per minimizzare l’evaporazione spontanea. Anche il metano però andrebbe benissimo per il suo alto contenuto di idrogeno, così come il kerosene.
Una missione su Marte la vederi quindi nel modo seguente: una nave di 200 T di peso a secco a razzi chimici LOX-LCH4, che con una velocità di scarico di 3.6 Km/s necessita di 1000 T di propellente per raggiungere un delta-V di oltre 6 km/s, necessario per un trasferimento orbitale di Hohmann Terra-Marte.
La nave ha due serbatoi: uno per il “first burn”, che viene appunto consumato alla partenza ed uno per il “second burn”, che viene consumato all’arrivo per la manovra di inserimento.
L’habitat, una sfera di 6 metri di diametro, è contenuto all’interno del serbatoio del “second burn” che con le sue 500 tonnellate di propellente fornisce un’ottima schermatura per tutti gli 8.4 mesi di viaggio, dato che il metano è ricco di idrogeno.
Dopo che la nave si è inserita nell’orbita di Marte, dovrebbe fare di nuovo il pieno attaccando a una nave cisterna unmanned, precedentemente arrivato in orbita marziana attraverso un lento viaggio mediante razzi ionici alimentati a pannelli solari.
L’equipaggio resterebbe protetto dalla schermatura del serbatoio durante tutto il periodo di permanenza in orbita in attesa della finestra di lancio per il viaggio di ritorno.
Un saluto
Quaoar