USING ELECTROMAGNETISM APPLICATIONS FOR HUMAN PROTECTION IN INTERPLANETARY FLIGHTS

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

In this paper, we considered the idea of using an electromagnetic field for radiation protection of a spaceship with astronauts by smoothly removing cosmic radiation particles of various sizes along a hyperbolic trajectory from the ship’s hull, and we also created a mathematical model of an electromagnetic shield for elliptical spacecraft that clearly demonstrates the characteristics of the proposed installation. Empirically, the average parameters of the installation were determined, questions on the selection of an energy source, on the process of crew interaction with the installation, on the selection of materials for the project were considered, the electromagnetic shield operation process was described in detail, and vectors for further research development in this direction were outlined.

Full Text

На данный момент человечество всё можно исключить альфа-излучение по при- острее осознаёт важность межпланетных пе- чине его слабой проникающей способности, релётов, следовательно, возникает множество нейтронное, гамма- и рентгеновское излуче- связанных с этим вопросов, главным из кото- ния по причине ничтожной вероятности их рых, несомненно, является защита экипажа воздействий в космосе, в любом случае их космического судна от радиации, ведь люди воздействие будет непродолжительным, а на борту - наиболее ценный ресурс. На сего- значит незначительным. Получаем, что нега- дняшний день не существует рентабельного тивное воздействие на корабль будут в основ- способа защиты корабля от радиации в меж- ном оказывать бета-излучение, а также про- планетных перелётах [1]. тоны и электроны солнечного ветра. Бета-из- В данной статье предлагается обеспе- лучение состоит из электронов и позитронов, чить радиационную защиту космического ап- следовательно, самыми опасными для ко- парата при помощи электромагнитного щита. рабля являются протоны, как более массив- Процесс работы подобного устройства можно ные частицы. сравнить с процессом, вызванным магнито- сферой Земли [2]: так, подобно магнитосфере Условия и методы исследования щит будет способен отклонять траекторию Наши исследования осуществлялись с частиц, направленных на объект, доказатель- использованием программного обеспечения ством этого служит рентгеновская трубка. MathCad, по ходу исследования применялись Прежде всего необходимо определить такие методы исследования как: сбор, форма- против каких частиц будет работать щит. Во лизация информации, аксиоматический ме- время межпланетного перелёта возможно тод, восхождение от абстрактного к конкрет- воздействие таких космических излучений, ному, анализ, аналогия, математическое мо- как альфа-, бета-, нейтронное, гамма-, рентге- делирование. новское и солнечный ветер - поток, состоя- Для проведения любых расчётов по щий из альфа-излучения, протонов и электро- теме, нам необходима привязка к теоретиче- нов [3; 4]. Из списка возможных опасностей скому космическому аппарату. Наш выбор © Кистин И. А., 2019. Кистин Илья Александрович (kistinia@gmail.com), ученик IX класса Академии для одарённых детей (Наяновой), 443001, г. Самара, ул. Молодогвардейская, д. 196. Вестник молодых учёных и специалистов Самарского университета. 2019. № 1 (14) 15 пал на тело эллиптической формы, с макси- R - длина действия поля; мальной шириной в 4 м и высотой в 10 м. � - магнитная постоянная; 0 Выбор обусловлен размерами головного об- m - масса частицы; текателя ракеты-носителя типа Союз [5]. Ψ - плотность материала; При определении конечного вида выра- Ρ - удельное сопротивление. жения использовались общеизвестные фор- мулы константы и уравнения: формула Формула силы Лоренца была записана нахождения силы Лоренца, вектора индук- без определения угла (α) потому, что был при- тивности, площади поверхности эллипсоида, нят максимальный угол падения частиц в 90°, закон Ома, Ампера, магнитная постоянная и следовательно, значение (α) не играет никакой пр. [5]. роли. Радиус катушки всегда одинаковый. Практичнее всего было создать фор- мулы для определения таких параметров, как Результаты и их обсуждение требуемая мощность (1) и масса катушки (2). Для удобства расчётов обе формулы Вы можете видеть итоговые формулы ниже. были перенесены в программу MathCad. В качестве материала катушки -соленоида по 2 (���) ρ2� параметру удельное сопротивление было � = 2 ; (1) (�� ) ��� выбрано серебро. В результате работы в 0 -6 � = 2���10 �, (2) программном обеспечении MathCad были где q - заряд частицы; созданы графики зависимости между вели- v - скорость частицы; чинами формулы, например, графики зави- w - количество витков в катушке; симости величин от числа витков катушки L - длина корабля; (рис. 1-3). r - сопротивление; Рис. 1. Зависимость напряжения от числа витков катушки 16 Авиация и ракетно-космическая техника Рис. 2. Зависимость силы тока от числа витков катушки Рис. 3. Зависимость мощности от числа витков катушки Вестник молодых учёных и специалистов Самарского университета. 2019. № 1 (14) 17 Рисунок 4 - Зависимость массы катушки от числа витков Таблица 1 Усреднённые характеристики электромагнитного щита Параметры Р - мощность, кВт I - сила тока, А U - напряжение, В Значения ~ 40-60 ~ 1000-2000 ~ 40-70 На основании полученных данных гра- Заключение фиков было принято решение о введении Результатом исследования явилось со- массы в функциональную зависимость от здание и описание математической модели числа витков катушки, таким образом, масса электромагнитного щита, создание и апро- катушки всегда равна примерно 741 кг бация универсальной формулы для опреде- (рис. 4). Это позволяет нам больше сконцен- ления требуемых мощности, силы тока, трироваться на энергетическом вопросе, к напряжения при работе щита, создание при- тому же, данное значение массы более чем ближённой модели космического аппарата- удовлетворяет требованиям. Теперь масса не носителя щита, определение приблизитель- зависит от вводимых нами параметров. ных, усреднённых характеристик щита, На основании определения различных подбор оптимального источника питания, а зависимостей и построения графиков по ком- главное - разработка и апробация математи- понентам формулы (рис. 1-4), были опреде- ческой модели щита в MathCad. Электро- лены усреднённые параметры и характери- магнитный щит - первый шаг к межпланет- стики математической модели щита, полно- ным перелётам. стью соответствующие нашим условиям, и доступные к реализации (табл. 1). Благодарности Подобные параметры по энергопотреб- Работа выполнена при весомой под- лению нам могут обеспечить ядерный реак- держке научного руководителя проекта - Ал- тор или две площади батарей на космической лина Александра Олеговича. Особую благо- станции. дарность автор выражает идейным 18 Авиация и ракетно-космическая техника вдохновителям работы - руководителям Мо- 2. Бейкер Дж. Физика. 50 идей, о кото- лодёжной аэрокосмической школы Инсти- рых нужно знать. М.: Фантом Пресс, 2016, тута ракетно-космической техники Самар- 208 с. ского университета: Стариновой Ольге Лео- 3. Затц Х. Бог играет невидимыми куби- нардовне и Курочкину Дмитрию Владимиро- ками: физика на грани познаваемого. Минск: вичу. Дискурс, 2018, 288 с. 4. Каку М. Физика будущего. М.: Аль- Литература пина нонфикшн, 2012. 584 с. 1. Перельман Я. Межпланетные путе- 5. Яворский Б. М.; Детлаф А. А. Спра- шествия. М.: Библиотека Роскосмоса, 2017. вочник по физике для инженеров и студентов 306 с. профильных вузов. М.: Наука, 1968. 940 с.
×

About the authors

Ilya Alexandrovich Kistin

Academy for smart children (Nayanova)

Email: kistinia@gmail.com
Russia, Samara

References

  1. Перельман Я. Межпланетные путешествия. М.: Библиотека Роскосмоса, 2017. 306 с.
  2. Бейкер Дж. Физика. 50 идей, о которых нужно знать. М.: Фантом Пресс, 2016, 208 с.
  3. Затц Х. Бог играет невидимыми кубиками: физика на грани познаваемого. Минск: Дискурс, 2018, 288 с.
  4. Каку М. Физика будущего. М.: Альпина нонфикшн, 2012. 584 с.
  5. Яворский Б. М., Детлаф А. А. Справочник по физике для инженеров и студентов профильных вузов. М.: Наука, 1968. 940 с.

Copyright (c) 2019 Proceedings of young scientists and specialists of the Samara University

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies