太空旅行的主要危险之一是长时间暴露在辐射之下。 在地球大气层之外,国际空间站(ISS)上的宇航员在 6 个月的任务期间会暴露在大约 72 毫西弗(mSv)的宇宙辐射中,这相当于他们在地球上暴露数年的辐射量。
在计划中的一次火星任务中,当星际飞船飞越地球的保护磁场时,情况会更糟。 如果这样的航行历时三年,船员将摄入超过 1000 mSv 的辐射,几乎是地球辐射的 200 倍。
保持较高的速度可以帮助最大限度地减少辐射,但主要的保护措施是某种屏蔽,它可以在辐射造成任何伤害之前将其吸收。 水的密度大,又含有大量氢原子,因此特别有效。 在航天器上装满水,就能很好地简化问题。
问题是水是液体。 在有重力的情况下,这已经够糟糕了,但在太空失重的条件下,水可以随心所欲地四处乱窜,在屏蔽层中留下缝隙。 更糟糕的是,水可能会泄漏,这可能会造成各种问题,从电路短路到对宇航员构成新的威胁--在深空溺水。
根据比利时根特大学高分子化学和生物材料小组(PBM)科学家的最新研究,一种解决方案是将水困在一种先进的超级吸水聚合物(SAP)中,这种聚合物吸水能力超强。 将其置于水中,SAP 会形成水凝胶,重量会增加几百倍。 使用 3D 打印技术将其成型,就能获得辐射屏蔽。
吸水水凝胶
据欧空局称,这种水凝胶不仅可以作为飞船的防护罩,不会晃动或泄漏,还可以用来衬垫宇航服。 这一点尤为重要,因为一旦宇航员离开航天器,屏蔽航天器就没什么用了。 屏蔽服可以让宇航员花更多时间进行太空行走。 即使防护服被刺穿,水凝胶也能保持原位,让穿戴者有时间到达安全地带。 可以想象,它甚至可以被配置成密封剂,就像军用飞机油箱中使用的密封剂一样。
Peter Dubruel 说:"我们一直在寻找轻型辐射防护材料,并成功地证明了水凝胶可在太空条件下安全使用。 在这个后续项目中,我们正在应用不同的技术将材料塑造成三维结构,并扩大生产工艺的规模,从而使我们离工业化更近一步。"