alessandro albor
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 | Titolo: Spacecast 2020 Technical Report: una mazzata sul viaggio sulla Luna  Dom Nov 29, 2009 8:40 pm | |
| Tratto da:
http://www.fas.org/spp/military/docops/usaf/2020/app-f.htm
SPACECAST 2020 Technical Report Volume I Table of Contents
SPACE-BASED SOLAR MONITORING AND ALERT SATELLITE SYSTEM (SMASS) “PanoramicaLe operazioni spaziali, sia con equipaggio e senza equipaggio, sono in pericolo costante di degradare missioni o guasti dovuti agli impatti della meteorologia spaziale (cioè, la variabilità dell’ ambiente dello spazio interplanetario e vicino alla Terra).
Il driver principale del meteo, che interessano lo spazio interplanetario e la terr, varia con l’ emissione delle radiazioni elettromagnetiche e di plasma del vento solare (per esempio, un gas ionizzato costituito da protoni, elettroni, e le altre pesanti, le particelle energetiche espulse dall’ atmosfera esterna del Sole (corona) a una velocità media di 400-500 km / sec, con una densità media di 5 particelle per centimetro cubo).
La radiazione cosmica galattica contribuisce solo con il 5-10 per cento della radiazione totale e, quindi, non è un fattore importante della meteorologia spaziale dal punto di vista della terra.
Near-Earth space weather (vale a dire, all'interno del sistema orbitale Terra-Luna) è principalmente la risultante della radiazione elettromagnetica del Sole e delle interazioni del plasma con la Terra intrinseca al campo geomagnetico. La variabilità del tempo meteorologico spaziale, è strettamente legata al periodo di 27 giorni di rotazione del Sole, e approssimativamente dagli 11 anni del ciclo delle macchie solari.
Durante il massimo solare (vale a dire, il tempo di massima attività delle macchie solari e i relativi brillamenti delle eruzioni solare), l'entità della variabilità può diventare molto grande, producendo condizioni ambientali dello spazio estremamente pericolosi.Il meteo spaziale, può avere un impatto alle operazioni spaziali inducendo sonda di ricarica, le variazioni del drag orbitale, e pericolosi effetti delle radiazioni ionizzanti sui veicoli spaziali e gli astronauti.
Ad esempio, la sonda Pioneer su Giove, ha incontrato gravi problemi meteo dello spazio nelle fasce di radiazione di Giove, ed che ha quasi distrutto molti sistemi di bordo. Più vicino a casa, la Terra, il satellite ATS-6 in orbita geostazionaria, lanciato nel 1974, ha registrato potenziali statici di superficie (di carica spaziale), alto come 20.000 volt a causa di gravi problemi del tempo dello spazio.
Le anomalie satellitari comuni, è indotta dalla meteorologia spaziale ed includono gli errori di elaborazione del computer, perdita di contatto via satellite, shut-down via satellite, e la perdita di orientamento del satellite a causa delle radiazioni e delle particelle energetiche d’ importazione sui sensori di navigazione. Le orbite satellitari possono rapidamente degradate a causa di trascinare via satellite e derivanti dalla meteorologia spaziale indotta da una maggiore densità atmosferica.
Spesso la resistenza richiede un’aggiustamento orbitale per mantenere il satellite in un'orbita utilizzabile. Il pericolo principale del meteo dello spazio per la vita umana, è la radiazione ionizzante derivata dall’esposizione alle particelle di alta energia.
Queste particelle energetiche possono provenire da stelle e galassie lontane (raggi cosmici galattici), ma possono essere trovati intrappolati nelle fasce di radiazione planetaria, come la Terra dalle radiazioni fasce di Van Allen, oppure possono essere espulsi nello spazio dal Sole nel vento solare o più rapidamente dal brillamento nelle eruzioni solari .
A mettere in pericolo la meteorologia spaziale la vita umana in prospettiva, dalla radiazione per un’orbita geostazionaria, con solo 0,1 gm/cm2 di alluminio di spessore di schermatura, la dose di radiazioni previsto (REM) per un anno, l'esposizione continua, con un minimo-moderato di attività solare, si stima a circa 3.000.000, con 5,0 gm/cm2 di schermatura in alluminio, la REM per un anno, l'esposizione permanente sarà ridotta a circa 550.(Nota: REM = dose (RAD) x Relative Biological Effectiveness (RBE) di particolari radiazioni ionizzanti.)
Anche se drasticamente ridotto di schermatura, 550 REM per una popolazione campione, avrebbe causato la malattia di radiazioni e circa il 50 per cento di morti.
Gli astronauti protetti solo con una tuta spaziale durante la normale attività extra-veicolare , in quota geostazionaria potrebbe ricevere circa 0,43 REM al giorno con minime a moderate condizioni di attività solare, il che è sufficiente a causare danni agli occhi e altri organi vitali.
In condizioni di elevata attività solare, e soprattutto durante grandi eventi di brillamenti solare, i valori giornalieri REM potrebbe essere un migliaia di volte superiore e probabilmente letali. In confronto, una persona a terra, avrebbe un totale stimato di dosi di radiazioni annuali nel range di 0,17-2,6 REM, il dosaggio giornaliero sarà di circa 4,7 x 7,1 x 10-4 al 10-3 REM (da 2 a 3 ordini di grandezza in menoil dosaggio degli astronauti giornaliero nel nostro esempio). L'USAF Air Weather Service ha fornito osservazioni solari e le previsioni meteo dello spazio e gli avvisi di allarme di pericolo per il sostegno del Dipartimento della Difesa (DoD), gli operatori e gli utenti dello spazio dal 1962.Lo sforzo di supporto è eccellente, ma la capacità complessiva di fornire tempestive e accurate previsioni meteorologiche dello spazio è limitato.
Questa limitazione è dovuta a:
(1) accesso nell’osservazione del sole prevalentemente terrestri; (2) attuale sofisticazione tecnologico del meteo spaziale e la sua trasformazione in dati associati ed analisi, e (3) la globale comprensione scientifica delle dinamiche solari e della Fisica dello Spazio interplanetaria.
Per esempio, il flusso di plasma solare e le radiazioni elettromagnetiche nell'ambiente del vicino spazio della terra può causare la magnetosfera terrestre ad andare in condizioni di tempeste geomagneticche. Le tempeste geomagnetiche possono degradare le caratteristiche di propagazione delle onde radio della ionosfera, con conseguente black-out delle comunicazioni, radar, e la navigazione.
La precisione delle previsioni attuali per prevedere tempeste geomagnetiche è nella gamma del 20 a 40 per cento.
La precisione delle previsioni per la previsione di tempeste geomagnetiche, potrebbe raggiungere il campo 80 a 100 per cento con le osservazioni più accurate e tempestive sull’ entratadel plasma solare e delle radiazioni elettromagnetiche.
La necessità di SMASS Sulla Terra, il sostegno meteo accurato e tempestivo, fornisce protezione delle risorse e la valorizzazione in vigore per i Warfighter, lo stesso vale per lo spazio. Se gli esseri umani si aspettano di operare in modo efficace e sicuro, e, infine, vivono in ambiente spaziale, quindi miglioramenti significativi di sostegno la capacità in tempo dello spazio sono necessari.
I miglioramenti più vantaggiosi, si tratta di:
(1) continua osservazione del Sole con l'intero spettro elettromagnetico; (2) misura accurata e tempestiva della solare radiazione elettromagnetica e di plasma, e (3) una rapida elaborazione, analisi e diffusione di avvisi, avvertimenti, e le previsioni accurate degli effetti meteo dello spazio vicino alla Terra e le operazioni nello spazio interplanetario.
Per raggiungere i miglioramenti della capacità appena descritta, il presente documento si propone nello sviluppo e l'impiego operativo di uno spazio-based, il controllo solare e del sistema satellitare alert (SMASS) per essere sviluppati e gestiti congiuntamente dal ministero della Difesa, National Aeronautics and Space Administration (NASA), e National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). ………………”Non è necessario dimostrare che gli scudi di Van Allen, che si aprono ad una altitudine compresa tra i 350 km a 1050 km, ci proteggono dalle mortali radiazioni solari e cosmici.
I risultati di Explorer I, lanciato il 31 gennaio 1958, erano talmente sconcertanti e che un malfunzionamento di uno strumento è stato sospettato. Explorer III è riuscito pienamente, e più importante ancora, portava un registratore a bordo:prove di simulazione con intensi raggi X in laboratorio, hanno dimostrato i periodi in cui il contatore Geiger nello spazio era stato soffocato dalla radiazione, con una intensità di un migliaio di volte superiore a quella che poteva leggere lo strumento, che è stato progettato per rilevare i raggi X.
Di tutta l'energia portata alla magnetosfera dal vento solare, solo circa lo 0,1 per cento riesce a superare la barriera magnetica.
Le cinture di radiazione di Van Allen, tra 180 e 700 km, possono agire come una sottile pelle protettiva per la Terra, in quanto cattura le particelle cariche prima di bombardare il nostro pianeta e di farci del male.
“The Space Physics Textbook”, dal gruppo di Fisica dello Spazio, elenca ciò che possono fare le radiazioni delle particelle ad alta energia nelle fasce di radiazione:
-degrada componenti satellitari, in particolare per dispositivi a semiconduttori e ottici -induce il rumore di fondo nei rivelatori -induce gli errori nei circuiti digitali -induce sovracariche elettrostatiche negli isolatori -è anche una minaccia per gli astronauti .
Se si tratta di una minaccia,perché non sono stati effettuati gli esperimenti animali al di là delle fasce di Van Allen?
Da: http://www.ofcm.gov/nswp-sp/text/c-sec1.htm
"Oggi, siamo a conoscenza di gran lunga più dell'ambiente spaziale: dalla superficie turbolenta del Sole, con il suo continuo vento solare e periodici eruzioni di nubi di particelle energetiche ionizzate, al limite di protezione del campo magnetico terrestre, che prevede una parziale scudo contro le mortali radiazioni solari. Il campo magnetico della Terra è altamente reattivo all’assalto di energia e di pressioni provenienti dalle particelle solari e dei campi. "Da: http://www.ofcm.gov/nswp-sp/text/d-sec2.htm"... Oltre ad essere una minaccia per i sistemi satellitari, le particelle energetiche possono rappresentare un pericolo per gli astronauti in missione nello spazio. Sulla terra siamo protetti da queste particelle con l'atmosfera, che assorbe tutto, ma il più energico delle particelle di raggi cosmici. Durante le missioni spaziali, Avvertenze agli astronauti di svolgere attività extra-veicolari sono relativamente protetti. I flussi di particelle energetiche possono aumentare centinaia di volte, a seguito di un intenso brillamento solare o durante una tempesta geomagnetica di grandi dimensioni, a livelli pericolosi. tempestività sono essenziali per dare astronauti tempo sufficiente per tornare alle loro sonda prima dell'arrivo di tali particelle energetiche. "
L'altitudine media dell’orbita dello Space Shuttle è di 260 km, appena sotto dove cominciano gli scudi di Van Allen.
Come sono stati protetti gli astronauti delle missioni Apollo contro queste particelle mortali e dai brillamenti solari?
Da: http://www.geo.nsf.gov/atm/nswp/intro.htm
"... Il sole ... a volte espelle particelle ad alta energia che possono essere mortali per i componenti elettronici ed i sistemi biologici ..."Da: http://ess.geology.ufl.edu/ess/Notes/040-Sun/primer.html
"L'area tra il Sole e i pianeti è stato chiamato il mezzo interplanetario. Sebbene a volte considerato un vuoto perfetto, questo è in realtà è una zona turbolenta dominata dal vento solare, che scorre a velocità di circa 250-1000 km / s (circa 600.000 a 2.000.000 di miglia all'ora). Altre caratteristiche del vento solare (densità, composizione, e la forza del campo magnetico, tra gli altri) variano con il mutare delle condizioni del sole. L'effetto del vento solare può essere visto in code delle comete (che sempre è il punto di distanza dal Sole).
Intensi brillamenti solari , rilasciano molte particelle ad alta energia che può essere considerata pregiudizievole per gli esseri umani come le radiazioni a bassa energia da esplosioni nucleari. L’atmosfera terrestre e la magnetosfera consentono un’adeguata protezione per noi sulla terra, ma gli astronauti nello spazio sono soggetti a dosaggi di radiazioni potenzialmente letale. La penetrazione di particelle ad alta energia nelle cellule viventi, misurata come dose di radiazioni, porta ad un danno cromosomico e, potenzialmente, le dosi a tumori di grandi dimensioni può essere fatale immediatamente. I protoni con energie superiori a 30 MeV sono particolarmente pericolosi. Nell’ottobre 1989, il Sole ha prodotto abbastanza particelle energetiche che un astronauta sulla Luna, indossando solo una tuta spaziale e catturati nel peso della tempesta, sarebbe probabilmente morto. "
Perché NASA ha posto le persone soggette a questo tipo di rischio?
Una volta passato gli scudi di Van Allen, per esempio tra la terra e la luna, o sulla luna, sarebbero stati soggetti a tutto il peso dei brillamenti solari. Gli scudi Van Allen proteggono noi qui sulla Terra da queste radiazioni mortali.
Tuttavia, anche in una bassa orbita terrestre, sotto gli scudi di Van Allen, nell’agosto del 1972 tale evento potrebbe aver messo la vita in pericolo, se ci fosse stata al momento una passeggiata spaziale durante un’orbita bassa terrestre.
Secondo le stime di esposizione fatte per l'equipaggio per l'agosto 1972, sugli eventi delle particelle solari, recita:"... le stime di esposizione umana nello spazio interplanetario, dietro a diversi spessori di schermatura in alluminio, sono fatte per i grandi eventi di protoni solari del mese di agosto del 1972 e ottobre 1989 . Un confronto della valutazione del rischio in termini di totale dose assorbita per ogni evento è fatto per la pelle, le orbite oculari, e il midollo osseo. Complessivamente, le dosi associate all’agosto 1972, sono stati superiori a quelli dell'ottobre 1989, e sembrano essere più limitate rispetto alle attuali linee guida per i limiti di dose per le missioni in orbita terrestre bassa e più pericolosi per quanto riguarda i potenziali effetti acuti su questi organi. Entrambi gli eventi potrebbero essere pericolosi per la vita, se un’adeguata schermatura non è prevista ".
Apollo 16 era nel mese di aprile 1972 e Apollo 17 è stato nel dicembre 1972. Perché NASA volle procedere con Apollo 17, subito dopo l'agosto 1972 e mettere le vite degli astronauti a rischio ?
Un calcolo quantifica il rischio della radiazione associata a brillamenti solari al di là degli scudi Van Allen.
Da http://paperairplane.mit.edu/16.423J/Space/SBE/introduction/SpaceEnvironment.pdf
"I Solar Flares (brillamenti solari) sono prodotti dalla 'tempesta' nella magnetosfera solare. Tali eruzioni emette dosi di radiazioni molto elevate in tempi molto brevi (ore o giorni). Esiste una correlazione con il ciclo di 11 anni solari. Maggiori eventi che si verificano nei mesi dopo il massimo delle macchie solari, i brillamenti solari sono uscite cataclismatiche di energia derivante da processi che sono poco conosciute”.
Da http://www.pha.jhu.edu/ ~ jaw/Seminar/jawsf4.html
"Durante un massimo solare, circa 15 raggi al giorno emettono rilevabili energie di X-ray ".
Da http://radhome.gsfc.nasa.gov/radhome/papers/seeca3.htm
"...( 1964 per un minimo solare e il 1970, per la massima energia solare). "
Così le missioni Apollo, dal 1969 al 1972, erano avvenuti nel corso di un massimo solare, quando ci sarebbe stato un picco di brillamenti solari al giorno!
La previsione del rischio di radiazioni in un articolo fatto da Edward P. Ney, intitolato:“Il sole sotto osservazione nel 1967 - World Year Book Science”:
"Abbiamo stime approssimative di ciò che il viaggiatore può aspettarsi sulla luna, sulla base di alcune osservazioni fatte durante l'ultimo massimo solare nel 1957 . I bagliori più violenti probabilmente produrrà esposizioni di 100 röntgen ogni ora e può tenere questo livello per diverse ore ".
I termini Roentgen e REM (Roentgen Equivalent Man) sono intercambiabili.
Questo livello di dose di radiazioni è confermata dalla Space Biomedical Research Institute sugli esseri umani nello spazio:
"I brillamenti solari sono molto pericolosi e intermittenti, ma possono persistere da 1 a 2 giorni. Protoni ad alta energia, possono viaggiare alla velocità della luce in modo che non c'è tempo di mettersi a letto. Non protetto, è una dose letale "
Lo “Spacecast 2020 Technical Report” mette a fuoco il pericolo delle radiazioni atmosferiche dello spazio per la vita umana in prospettiva:
"... in orbita geostazionaria, con una schermatura dello spessore di solo 0,1 gm/cm2 di alluminio , la dose di radiazioni prevista (REM) per un anno, con una minimo-moderata attività solare, è stimato a circa 3.000.000 ..."
All'orbita geostazionaria, le dosi sono ancora basse rispetto allo spazio interplanetario a causa della schermatura geomagnetica, e secondo l'irraggiamento nello spazio.
Quindi, per essere conservatrici, abbiamo 25 REMS x 15 raggi / giorno = 375 REMS / giorno per gli astronauti di Apollo.
Per i limiti di dose di esposizione professionale, l'International Atomic Energy Agency afferma che l'esposizione "professionale di ogni lavoratore deve essere controllato", che il limite di una "dose efficace di 50 mSv" "in un singolo anno" "non possono essere superati". 50 converte a 5 mSv REMS.
Come sono stati gli astronauti Apollo in grado di sopportare 375 REMS al giorno, quando il limite AIEA per la dose di esposizione professionale è a soli 5 REMS in un singolo anno?Pensiamo 40 anni fa, quando del sole praticamente NON si sapeva quasi nulla….., ed è per questo che il sole si studia piu che un qualsiasi altro pianeta, stella o fenomeno dell’universo: si stanno preparando per la prima volta a mandare una missione umana sulla Luna nel 2020……………
Lo Spacecast 2020 Technical Report, la dice lunga del come ancora oggi, una schermatura adeguata è in via di sviluppo, immaginate 40 anni fa!!!! | |
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