Ini tahun 2027 dan Visi NASA untuk Eksplorasi Luar Angkasa berjalan sesuai jadwal. Namun, di tengah perjalanan, ledakan matahari raksasa meletus, memuntahkan radiasi mematikan langsung ke pesawat ruang angkasa. Karena penelitian yang dilakukan oleh mantan astronot Jeffrey Hoffman dan sekelompok rekan MIT pada tahun 2004, kendaraan ini memiliki sistem perisai magnetik superkonduktor canggih yang melindungi penghuni manusia dari emisi matahari yang mematikan.
Penelitian baru-baru ini telah mulai meneliti penggunaan teknologi magnet superkonduktor untuk melindungi astronot dari radiasi selama penerbangan luar angkasa jangka panjang, seperti penerbangan antarplanet ke Mars yang diusulkan dalam Visi NASA untuk Eksplorasi Ruang Angkasa saat ini.
Penyelidik utama untuk konsep ini adalah mantan astronot Dr. Jeffrey Hoffman, yang sekarang menjadi profesor di Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Konsep Hoffman adalah salah satu dari 12 proposal yang mulai menerima dana bulan lalu dari NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC). Masing-masing mendapat $ 75.000 selama enam bulan penelitian untuk melakukan studi awal dan mengidentifikasi tantangan dalam mengembangkannya. Proyek yang berhasil melewati fase itu memenuhi syarat untuk $ 400.000 lebih selama dua tahun.
Konsep pelindung magnetik bukanlah hal baru. Seperti yang dikatakan Hoffman, "Bumi telah melakukannya selama miliaran tahun!"
Medan magnet bumi membelokkan sinar kosmik, dan perlindungan tambahan datang dari atmosfer kita yang menyerap radiasi kosmik apa pun yang menembus medan magnet. Menggunakan perisai magnet untuk pesawat ruang angkasa pertama kali diusulkan pada akhir 1960-an dan awal 70-an, tetapi tidak dikejar secara aktif ketika rencana untuk penerbangan luar angkasa jangka panjang jatuh di pinggir jalan.
Namun, teknologi untuk menciptakan magnet superkonduktor yang dapat menghasilkan medan kuat untuk melindungi pesawat ruang angkasa dari radiasi kosmik baru-baru ini dikembangkan. Sistem magnet superkonduktor diinginkan karena mereka dapat menciptakan medan magnet yang kuat dengan sedikit atau tanpa input daya listrik, dan dengan suhu yang tepat mereka dapat mempertahankan medan magnet yang stabil untuk jangka waktu yang lama. Satu tantangan, bagaimanapun, adalah mengembangkan sistem yang dapat menciptakan medan magnet yang cukup besar untuk melindungi pesawat ruang angkasa berukuran bus yang dapat dihuni. Tantangan lain adalah menjaga sistem pada suhu mendekati nol mutlak (0 Kelvin, -273 C, -460 F), yang memberikan sifat superkonduktif pada material. Kemajuan terbaru dalam teknologi dan bahan superkonduktor telah memberikan sifat superkonduktif pada lebih tinggi dari 120 K (-153 C, -243 F).
Ada dua jenis radiasi yang perlu ditangani untuk spaceflight manusia jangka panjang, kata William S. Higgins, seorang ahli fisika teknik yang bekerja pada keselamatan radiasi di Fermilab, akselerator partikel dekat Chicago, IL. Yang pertama adalah proton suar surya, yang akan meledak setelah peristiwa suar matahari. Yang kedua adalah sinar kosmik galaksi, yang, meskipun tidak mematikan seperti kobaran matahari, mereka akan menjadi radiasi latar belakang yang terus menerus dimana kru akan terpapar. Dalam sebuah pesawat ruang angkasa tanpa pelindung, kedua jenis radiasi ini akan mengakibatkan masalah kesehatan yang signifikan, atau kematian, bagi para kru.
Cara termudah untuk menghindari radiasi adalah dengan menyerapnya, seperti mengenakan celemek timah ketika Anda mendapatkan rontgen di dokter gigi. Masalahnya adalah bahwa jenis perisai ini sering kali sangat berat, dan massanya sangat berbeda dengan kendaraan antariksa kita saat ini karena mereka perlu diluncurkan dari permukaan bumi. Juga, menurut Hoffman, jika Anda menggunakan sedikit pelindung, Anda sebenarnya dapat memperburuknya, karena sinar kosmik berinteraksi dengan pelindung dan dapat membuat partikel bermuatan sekunder, meningkatkan dosis radiasi keseluruhan.
Hoffman memperkirakan menggunakan sistem hybrid yang menggunakan medan magnet dan penyerapan pasif. "Begitulah Bumi melakukannya," Hoffman menjelaskan, "dan tidak ada alasan kita tidak bisa melakukan itu di luar angkasa."
Salah satu kesimpulan paling penting untuk tahap kedua dari penelitian ini adalah untuk menentukan apakah menggunakan teknologi magnet superkonduktor adalah massa efektif. "Saya tidak ragu bahwa jika kita membangunnya cukup besar dan cukup kuat, itu akan memberikan perlindungan," kata Hoffman. "Tapi jika massa sistem magnet penghantar ini lebih besar daripada massa hanya untuk menggunakan perisai pasif (menyerap), lalu mengapa pergi ke semua masalah itu?"
Tapi itu tantangannya, dan alasan untuk penelitian ini. "Ini penelitian," kata Hoffman. “Saya tidak berpihak satu atau lainnya; Saya hanya ingin mencari tahu apa cara terbaik. "
Dengan asumsi Hoffman dan timnya dapat menunjukkan bahwa perisai magnetik superkonduktor efektif secara massa, langkah selanjutnya adalah melakukan rekayasa sebenarnya untuk menciptakan sistem yang cukup besar (walaupun ringan), selain fine-tuning menjaga magnet pada superkonduktor ultra-dingin suhu di ruang angkasa. Langkah terakhir adalah mengintegrasikan sistem seperti itu ke dalam pesawat ruang angkasa yang terikat Mars. Tidak satu pun dari tugas ini yang sepele.
Pemeriksaan mempertahankan kekuatan medan magnet dan suhu nol mendekati absolut dari sistem ini di ruang angkasa sudah terjadi dalam percobaan yang dijadwalkan akan diluncurkan ke Stasiun Luar Angkasa Internasional untuk masa tinggal tiga tahun. Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) akan dipasang pada bagian luar stasiun dan mencari berbagai jenis sinar kosmik. Ini akan menggunakan magnet superkonduktor untuk mengukur momentum setiap partikel dan tanda muatannya. Peter Fisher, seorang profesor fisika juga dari MIT bekerja pada percobaan AMS, dan bekerja sama dengan Hoffman dalam penelitiannya tentang magnet superkonduktor. Seorang mahasiswa pascasarjana dan seorang ilmuwan penelitian juga bekerja dengan Hoffman.
NIAC diciptakan pada tahun 1998 untuk mengumpulkan konsep-konsep revolusioner dari orang-orang dan organisasi di luar badan antariksa yang dapat memajukan misi NASA. Konsep pemenang dipilih karena mereka "mendorong batas-batas ilmu pengetahuan dan teknologi yang diketahui," dan "menunjukkan relevansi dengan misi NASA," menurut NASA. Konsep-konsep ini diperkirakan membutuhkan waktu setidaknya satu dekade untuk berkembang.
Hoffman terbang di ruang angkasa lima kali dan menjadi astronot pertama yang mencatat lebih dari 1.000 jam di pesawat ulang-alik. Pada penerbangan luar angkasa keempatnya, pada tahun 1993, Hoffman berpartisipasi dalam misi pelayanan Teleskop Luar Angkasa Hubble pertama, misi ambisius dan bersejarah yang memperbaiki masalah penyimpangan berbentuk bola di cermin utama teleskop. Hoffman meninggalkan program astronot pada tahun 1997 untuk menjadi Perwakilan Eropa NASA di Kedutaan Besar AS di Paris, dan kemudian pergi ke MIT pada tahun 2001.
Hoffman tahu bahwa untuk membuat misi ruang angkasa menjadi mungkin, ada banyak pengembangan ide dan rekayasa keras yang mendahuluinya. "Ketika melakukan hal-hal di luar angkasa, jika Anda seorang astronot, Anda pergi dan melakukannya dengan tangan Anda sendiri," kata Hoffman. "Tapi kamu tidak terbang di ruang angkasa selamanya, dan aku masih ingin memberikan kontribusi."
Apakah dia melihat penelitiannya saat ini sama pentingnya dengan memperbaiki Teleskop Luar Angkasa Hubble?
"Yah, tidak dalam arti langsung," katanya. "Tetapi di sisi lain, jika kita akan memiliki keberadaan manusia di seluruh tata surya kita harus dapat hidup dan bekerja di daerah di mana lingkungan partikel bermuatan cukup parah. Jika kita tidak dapat menemukan cara untuk melindungi diri dari hal itu, itu akan menjadi faktor yang sangat membatasi untuk masa depan eksplorasi manusia. "
