Nous sommes en 2027 et la vision de la NASA pour l'exploration spatiale progresse comme prévu. Cependant, à mi-chemin du voyage, une gigantesque éruption solaire éclate, crachant un rayonnement mortel directement sur le vaisseau spatial. En raison des recherches effectuées par l'ancien astronaute Jeffrey Hoffman et un groupe de collègues du MIT en 2004, ce véhicule dispose d'un système de blindage magnétique supraconducteur de pointe qui protège les occupants humains de toute émission solaire mortelle.
De nouvelles recherches ont récemment commencé à examiner l'utilisation de la technologie des aimants supraconducteurs pour protéger les astronautes des rayonnements pendant les vols spatiaux de longue durée, tels que les vols interplanétaires vers Mars qui sont proposés dans l'actuelle Vision for Space Exploration de la NASA.
Le chercheur principal de ce concept est l'ancien astronaute Dr. Jeffrey Hoffman, qui est maintenant professeur au Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Le concept de Hoffman est l'une des 12 propositions qui ont commencé à recevoir un financement le mois dernier de la NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC). Chacun obtient 75 000 $ pour six mois de recherche pour effectuer des études initiales et identifier les défis liés à son développement. Les projets qui franchissent cette étape sont admissibles à 400 000 $ de plus sur deux ans.
Le concept de blindage magnétique n'est pas nouveau. Comme le dit Hoffman, "La Terre le fait depuis des milliards d'années!"
Le champ magnétique terrestre dévie les rayons cosmiques, et une mesure supplémentaire de protection vient de notre atmosphère qui absorbe tout rayonnement cosmique qui traverse le champ magnétique. L'utilisation d'un blindage magnétique pour les engins spatiaux a été proposée pour la première fois à la fin des années 60 et au début des années 70, mais n'a pas été activement poursuivie lorsque les plans de vols spatiaux de longue durée ont été abandonnés.
Cependant, la technologie pour créer des aimants supraconducteurs qui peuvent générer des champs puissants pour protéger les vaisseaux spatiaux du rayonnement cosmique n'a été développée que récemment. Les systèmes d'aimants supraconducteurs sont souhaitables car ils peuvent créer des champs magnétiques intenses avec peu ou pas d'alimentation électrique, et avec des températures appropriées, ils peuvent maintenir un champ magnétique stable pendant de longues périodes. Un défi, cependant, consiste à développer un système qui peut créer un champ magnétique suffisamment grand pour protéger un engin spatial habitable de la taille d'un bus. Un autre défi consiste à maintenir le système à des températures proches du zéro absolu (0 Kelvin, -273 C, -460 F), ce qui confère aux matériaux des propriétés supraconductrices. Les progrès récents de la technologie et des matériaux supraconducteurs ont fourni des propriétés supraconductrices supérieures à 120 K (-153 C, -243 F).
Il y a deux types de rayonnement qui doivent être abordés pour les vols spatiaux humains de longue durée, explique William S.Higgins, un physicien en génie qui travaille sur la radioprotection au Fermilab, l'accélérateur de particules près de Chicago, IL. Les premiers sont des protons de lumière solaire, qui viendraient en rafales à la suite d'un événement de lumière solaire. Les seconds sont des rayons cosmiques galactiques qui, bien que moins meurtriers que les éruptions solaires, seraient un rayonnement de fond continu auquel l'équipage serait exposé. Dans un vaisseau spatial non blindé, les deux types de rayonnement entraîneraient des problèmes de santé importants, voire la mort, pour l'équipage.
La façon la plus simple d'éviter les radiations est de les absorber, comme porter un tablier en plomb lorsque vous recevez une radiographie chez le dentiste. Le problème est que ce type de blindage peut souvent être très lourd, et la masse est à une prime avec nos véhicules spatiaux actuels car ils doivent être lancés depuis la surface de la Terre. De plus, selon Hoffman, si vous utilisez juste un peu de blindage, vous pouvez en fait l'aggraver, car les rayons cosmiques interagissent avec le blindage et peuvent créer des particules chargées secondaires, augmentant la dose de rayonnement globale.
Hoffman prévoit d'utiliser un système hybride qui utilise à la fois un champ magnétique et une absorption passive. "C'est ainsi que la Terre le fait", a expliqué Hoffman, "et il n'y a aucune raison pour laquelle nous ne devrions pas être en mesure de le faire dans l'espace."
L'une des conclusions les plus importantes de la deuxième phase de cette recherche sera de déterminer si l'utilisation de la technologie des aimants supraconducteurs est efficace en masse. "Je ne doute pas que si nous le construisons assez grand et assez solide, il fournira une protection", a déclaré Hoffman. "Mais si la masse de ce système d'aimant conducteur est supérieure à la masse juste pour utiliser un blindage passif (absorbant), alors pourquoi se donner tant de mal?"
Mais c'est le défi et la raison de cette étude. "Il s'agit de recherche", a déclaré Hoffman. "Je ne suis pas partisan d'une manière ou d'une autre; Je veux juste savoir quelle est la meilleure façon. "
En supposant que Hoffman et son équipe peuvent démontrer que le blindage magnétique supraconducteur est efficace en masse, la prochaine étape consisterait à créer l'ingénierie réelle d'un système suffisamment grand (bien que léger), en plus du réglage fin du maintien des aimants à la supraconductivité ultra-froide températures dans l'espace. La dernière étape serait d'intégrer un tel système dans un vaisseau spatial lié à Mars. Aucune de ces tâches n'est triviale.
Les examens du maintien de l'intensité du champ magnétique et des températures nulles quasi absolues de ce système dans l'espace sont déjà en cours dans une expérience qui devrait être lancée à la Station spatiale internationale pour un séjour de trois ans. Le spectromètre magnétique alpha (AMS) sera fixé à l'extérieur de la station et recherchera différents types de rayons cosmiques. Il emploiera un aimant supraconducteur pour mesurer la quantité de mouvement de chaque particule et le signe de sa charge. Peter Fisher, professeur de physique également au MIT, travaille sur l'expérience AMS et coopère avec Hoffman dans ses recherches sur les aimants supraconducteurs. Un étudiant diplômé et un chercheur travaillent également avec Hoffman.
Le NIAC a été créé en 1998 pour solliciter des concepts révolutionnaires auprès de personnes et d'organisations extérieures à l'agence spatiale qui pourraient faire avancer les missions de la NASA. Les concepts gagnants sont choisis parce qu'ils «repoussent les limites de la science et de la technologie connues» et «montrent leur pertinence pour la mission de la NASA», selon la NASA. Ces concepts devraient prendre au moins une décennie pour se développer.
Hoffman a volé dans l'espace cinq fois et est devenu le premier astronaute à enregistrer plus de 1 000 heures sur la navette spatiale. Lors de son quatrième vol spatial, en 1993, Hoffman a participé à la première mission d'entretien du télescope spatial Hubble, une mission ambitieuse et historique qui a corrigé le problème d'aberration sphérique dans le miroir principal du télescope. Hoffman a quitté le programme des astronautes en 1997 pour devenir le représentant européen de la NASA à l'ambassade des États-Unis à Paris, puis est allé au MIT en 2001.
Hoffman sait que pour rendre possible une mission spatiale, il y a beaucoup de développement d'idées et d'ingénierie dure qui la précède. "Quand il s'agit de faire des choses dans l'espace, si vous êtes un astronaute, vous allez le faire de vos propres mains", a déclaré Hoffman. "Mais vous ne volez pas dans l'espace pour toujours, et je voudrais quand même apporter une contribution."
Pense-t-il que ses recherches actuelles sont aussi importantes que la réparation du télescope spatial Hubble?
"Eh bien, pas dans le sens immédiat", a-t-il dit. «Mais d'un autre côté, si jamais nous voulons avoir une présence humaine dans tout le système solaire, nous devons pouvoir vivre et travailler dans des régions où l'environnement des particules chargées est assez sévère. Si nous ne pouvons pas trouver un moyen de nous protéger contre cela, ce sera un facteur très limitant pour l'avenir de l'exploration humaine. "
