ヨーロッパは新しいGCRシミュレーターで宇宙を実験室に導入

まとめ

• ドイツのダルムシュタットにある GSI 研究センターは、欧州宇宙機関 (ESA) と協力して、ヨーロッパの地で初の銀河宇宙線 (GCR) シミュレーターを起動しました。
• このシステムは、重イオン (鉄など) を光速の 90% まで加速し、深宇宙放射線のスペクトルを正確に再現します。
• 主な目的は、実際の宇宙環境での高価な試験を必要とせずに、宇宙飛行士に対する生物学的影響と宇宙船の電子システムの耐久性を研究することです。
• この技術は、3D プリントされたビームフォーマーを使用したハイブリッド アクティブ/パッシブ アプローチに基づいており、地球上で標的を絞ったがん治療のための新しいデータを提供します。

地球低軌道を越えた宇宙探査には、技術的、生物学的に極めて大きな課題が伴います。おそらく、乗組員と装備に対する最も重大なリスクは、次のようなものにさらされることです。 銀河宇宙放射線 (銀河宇宙線 – GCR）。

これまでヨーロッパの研究者は、これらの状況を正確にシミュレートするための信頼できる地上施設を持たず、主に NASA の宇宙放射線研究所のデータに頼っていました。この状況は、ドイツのダルムシュタットにある GSI 研究センターで欧州初の GCR シミュレーターが稼働したことにより、根本的に変わりつつあります。このプロジェクトは、欧州宇宙機関 (ESA) の直接支援を受けて実施されました。

この特定の技術的成果は、より広範な研究プログラムの一部です FAIR フェーズ 0 そして科学者が「宇宙を実験室に持ち込む」ことを可能にします。この施設は、荷電原子をほぼ光の速度まで加速することにより、月や火星へ向かう宇宙船が遭遇する混合放射線場を正確に再現します。

銀河宇宙線 (GCR) とは何ですか

銀河宇宙線は、主に陽子とより重い原子核からなる高エネルギー粒子で構成されており、光速に近い速度で宇宙を移動します。これらの粒子は、超新星爆発など、太陽系外の高エネルギー現象から生じます。これらの粒子が宇宙船の壁や人体に衝突すると、二次粒子シャワーが発生し、従来のシールドが不十分になります。

GCR への継続的な曝露は、宇宙飛行士の発がん、中枢神経系損傷、変性組織疾患のリスクを指数関数的に増加させます。同様に、電子システムでは、宇宙放射線がメモリの破損やマイクロプロセッサの永久的な損傷を引き起こし、重要なナビゲーションや生命維持のサブシステムに損害を与える可能性があります。

GSI/FAIR のハイブリッド技術: アクティブ変調とパッシブ変調

ヨーロッパのシミュレーターの技術的背景は、その複雑さと効率性において際立っています。によると、 出版された研究 雑誌で 宇宙研究における生命科学ダルムシュタットの施設では、ハイブリッド アクティブ/パッシブ方式が採用されています。 (NASA シミュレーターのように) 数十の異なるイオン ビームを常に交互に使用する代わりに、GSI はエネルギーが積極的に変化する一次鉄 (56Fe) イオン ビームを使用します。

革新的なのはパッシブ ビームフォーマーにあります。鉄のビームが加速器から出ると、一連の物理的障害物に衝突します。これらには、元のビームをより軽い粒子に分割する平板や、数千の小さなピンを備えた複雑な 3D プリントされた変調器が含まれます。これらの変調器の形状、厚さ、材質は、最終結果が深部の放射線のエネルギースペクトルと一致するように粒子の速度を落として散乱させるために厳密に計算されています。 空間、標準的な宇宙船シールドの後ろ。

ザ マルコ・デューリング、ダルムシュタット工科大学教授、生物物理学部長。 地理院/フェア、システムの機能的完全性を確認します。研究チームは、実際の宇宙ミッション中に記録された測定値とほぼ一致する放射線量を生成することができました。

欧州宇宙産業にとっての戦略的重要性

シミュレータ操作により、 欧州宇宙機関 (ESA) とそのパートナー。最近まで、マイクロチップやセンサーから新しい装甲合金に至るまで、宇宙ハードウェアをテストするには、それらを米国の施設に輸送するか、国際宇宙ステーション (ISS) に送る必要があり、時間と非常に高価なプロセスでした。

現在、ヨーロッパ全土の衛星メーカー、研究機関、大学は、高忠実度のテスト インフラストラクチャに即座にアクセスできるようになりました。これにより、ハードウェア開発サイクルが短縮され、コンポーネントの耐放射線性が即座に評価されるようになります。このアクセスは、プログラムの今後のミッションを考慮すると非常に重要です アルテミス、そこでは宇宙飛行士の生活には前例のないレベルの装甲が必要になります。

医学および腫瘍学における応用

宇宙探査に加えて、 テクノロジー 地理院で開発されたものは、医学研究を通じて社会に直接利益を還元します。重イオン加速器は、固形腫瘍を治療する高度に標的を絞った方法である粒子線治療の基礎です。高エネルギーイオンが健康な組織やがん組織とどのように相互作用するかを理解すること（GCR シミュレーション実験から直接得られる知識）により、線量測定アルゴリズムが改善され、より安全で効果的な放射線治療プロトコルの開発が可能になります。

テックギア提供

ヨーロッパ初の銀河宇宙線シミュレータの作成は、ESA と GSI 研究センターにとって戦略的な技術的勝利です。この特定のプロジェクトは、基本的な材料強度試験を外部インフラに徐々に依存するようになった欧州宇宙産業の成熟を示しています。

純粋に技術的な観点から見ると、パッシブ ビームフォーミングへの「ハイブリッド」アプローチは、エンジニアリング最適化の素晴らしい例です。ヨーロッパの研究者らは、信じられないほど複雑でエネルギーを消費する多要素加速器を構築する代わりに、3D プリントした形状を使用して初期ビームを物理的に「フィルター」し、それより良い結果とは言わないまでも、同じ結果を達成しました。

ESA に代わってマイクロエレクトロニクス システムやセンサーを開発しているギリシャの研究コミュニティ、大学、国内の新興企業にとって、ドイツにこの施設が存在することで、製品の認証にかかる時間とコストが大幅に削減されます。宇宙での費用のかかる「試行錯誤」から、地上での正確で再現可能なテストへの移行により、新しい宇宙技術の全体的な開発速度が加速しています。