Когда речь заходит о путешествиях в дальний космос, воображение рисует безмолвные чёрные просторы, ледяной холод и, конечно, радиацию. Именно она — невидимый и коварный враг — способна перечеркнуть любые планы по колонизации Марса или полётам к астероидам. Солнечные вспышки и галактические космические лучи прошивают тела астронавтов, повреждая ДНК и повышая риск онкологии. Но что, если ответом станет не громоздкая свинцовая броня, а хитроумный магнитный щит? Европейские учёные только что доказали: постоянные магниты, те самые, что держат ваши заметки на холодильнике, способны отклонить до 20% солнечных частиц низких энергий. И пусть это не панацея, но шаг, который может изменить конструкцию космических кораблей.

Эксперимент с полутора тысячами магнитов

Исследовательская группа из Италии и Германии собрала массив из 1482 неодимовых магнитов — сплава неодима, железа и бора. Каждый магнит размером примерно 1,6 квадратных дюйма (чуть больше спичечного коробка) был уложен в общую решётку площадью 11 квадратных футов. Вся конструкция потянула на 661 фунт — около 300 килограммов. Для космического корабля это не пушинка, но и не запредельный вес, особенно если сравнивать с альтернативами.

Установку испытали на пучках частиц, имитирующих солнечный ветер в диапазоне энергий от 0,1 до 10 мегаэлектронвольт. Результат: примерно 20% этих частиц изменили траекторию под действием магнитного поля и не достигли бы гипотетического экипажа. Для низкоэнергетической компоненты солнечных вспышек это ощутимая защита. Однако высокоэнергетические частицы — те, что несут гигаэлектронвольты, — прошли сквозь поле, почти не заметив преграды. Иными словами, магнитный заслон работает избирательно.

Лоренц против протонов

Принцип действия опирается на силу Лоренца — фундаментальное явление, знакомое каждому, кто изучал физику заряженных частиц в магнитном поле. Космическая радиация в основном состоит из протонов, несущихся на огромных скоростях. Когда такой протон влетает в магнитное поле, сила Лоренца отклоняет его перпендикулярно и силовым линиям, и первоначальному направлению движения. Частица уходит в сторону, огибая защищаемую область. В лабораторных условиях это работает безупречно. На реальном корабле всё сложнее: излучение приходит со всех сторон, а не из одной точки. Значит, магнитами пришлось бы обшить едва ли не весь корпус. Плюс возникает риск вторичного излучения — протоны, ударяясь о сами магниты, могут рождать новые опасные частицы.

Почему не сверхпроводники?

Идея магнитной защиты не нова. Давно рассматривались сверхпроводящие магниты, создающие мощное поле в 1 тесла вокруг корабля. Такая система отклоняла бы гораздо более энергичные частицы. Но у неё есть фатальные для космоса недостатки: криогенное охлаждение до сверхнизких температур и постоянное, абсолютно надёжное электропитание. Любой сбой — и защита исчезает. На борту, где каждый килограмм на счету, а энергия ограничена, это непозволительная роскошь. Постоянные магниты не требуют ни охлаждения, ни электричества — они работают всегда, пока существуют. Именно это делает их привлекательными для гибридных систем, где магниты берут на себя низкоэнергетическую угрозу, а другие слои — например, водяные баки или полиэтиленовые экраны — добирают остальное.

Уроки истории и призрак 1972 года

Проблема радиации остро встала ещё в эпоху «Аполлонов». Астронавты, летавшие к Луне, проходили через радиационные пояса Ван Аллена — два гигантских бублика из захваченных магнитным полем Земли частиц. На поверхности Луны уровень радиации и вовсе в два-три раза выше, чем на МКС. Экипаж «Аполлона-14» получил дозу около 1,14 рад — примерно вдвое больше, чем при компьютерной томографии брюшной полости. По отдельности такие дозы не страшны, но беда в другом: все лунные миссии прошли в периоды спокойного Солнца. Ни одной крупной солнечной вспышки во время высадок не случилось. А ведь между полётами «Аполлона-16» и «Аполлона-17», в августе 1972 года, произошло извержение, которое позже назвали «почти катастрофой». Окажись астронавты в тот момент в глубоком космосе или на Луне, они получили бы смертельную дозу.

Сегодня, когда «Артемида» нацелилась на возвращение человека на Луну, а Илон Маск грезит Марсом, защита от радиации стала ещё актуальнее. Пока что на случай солнечной вспышки у экипажа «Артемиды II» был лишь один план: построить форт из грузов и припасов и пересидеть угрозу внутри. Магнитный щит, даже частичный, мог бы превратить такую тактику из жеста отчаяния в разумную инженерную стратегию.

Что дальше?

Эксперимент итальянских и немецких учёных — не финальная точка, а скорее доказательство концепции. 20-процентное отклонение низкоэнергетических частиц звучит скромно, но в сочетании с другими методами оно способно радикально снизить суммарную дозу, получаемую экипажем за время многомесячного путешествия. Инженерам предстоит решить проблему всенаправленной защиты, минимизировать вторичное излучение и вписать магнитные решётки в конструкцию корабля так, чтобы не утяжелить его сверх меры. И всё же впервые за долгие годы появилась альтернатива и громоздкой пассивной броне, и капризным сверхпроводникам. Возможно, будущие межпланетные корабли будут окутаны невидимым коконом из магнитных полей, и тогда путь к Марсу перестанет напоминать русскую рулетку.