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标 题[摘录]塑胶太空船
发信站铭传筑梦别境 (Thu Sep 15 22:41:27 2005)
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我们都使用过垃圾袋,这些塑胶制品十分普遍,很难让人联想到它竟然也掌握着载
人上火星的关键。大部分的家用垃圾袋都是由聚乙烯这种聚合物所制成。虽然科学
家早就知道其同位素分子是阻隔危害人体太空辐射的绝佳防护罩,但困难处在於如
何将它由薄膜形状定型成太空船。现在美国太空总署的科学家发明了一种以聚乙烯
为主,称为RXF1的材料,这种材质比铝更轻、更强韧。马歇尔太空飞行中心(Mars
-hall Space Flight Center)太空辐射防护计画(Space Radiation Shielding P
-roject)的科学家Nasser Barghouty说,这是一种首度结合了高级结构特性与高级
防护特性的新材料。搭乘塑胶太空船到火星?听起来像痴人说梦,但可能这是最安
全的法子。
保护太空人不受太空辐射侵袭,是一项尚未解决的重要问题。一项载人的火星任务
来回需时30个月,还须离开地球磁场的保护范围。部份科学家相信像铝这样的材质
可以提供如绕地轨道任务或月球任务之类短途航程充分的防护,但飞到火星就不行
了。相较之下,塑胶明显是铝的替代品,聚乙烯可以比铝多阻绝50%的太阳闪焰,
15%的宇宙射线。
类似塑胶的材质有另一项优点,就是它们比铝或铅之类的物质,少产生很多「二次
辐射(secondary radiation)」。二次辐射来自防护罩本身,当太空辐射穿透防护
罩的原子时,就引起微量的核子反应。这些反应所产生的一些中子与其他的粒子像
阵雨般进入太空船。二次辐射对太空人健康的危害,甚至可能超过原始的太空辐射
。人们常以为重元素如铅等金属物质是最佳的辐射线防护罩,但它们产生的二次辐
射量远大於如氢或碳一般较轻的元素。
聚乙烯是更好的防护罩的原因在此,它完全由氢与碳构成。虽然这些轻元素无法完
全隔绝太空辐射,但它们可以分裂入射的辐射粒子,大幅度降低危害的程度。这就
好比躲在栅栏後面打雪仗,虽然仍会有少量破碎的雪粒击中你,但你不会感到如一
大团结实的雪块迎面砸下的刺痛。聚乙烯就像是这链条状的栅栏。Barghouty 说:
「事实上,任务成功或失败的关键,就在於将入侵辐射分裂,同时避免产生很多的
二次辐射。这就是我们能够使上力的地方。」
尽管塑胶有很好的防护能力,但显然我们不会用一般的垃圾袋来建构太空船。因此
Barghouty和同事一直尝试致力於如何利用聚乙烯在航太工程上。故而Raj Kaul发明
了RXF1(右上图中便是Raj Kaul拿着一块RXF1)。RXF1在拉张强度上比铝强3倍,重
量却轻了2.6倍,明显高於航太要求的标准。Kaul曾在发展直昇机金属护版的工作中
使用过类似的材料,他说:「因为RXF1是提供弹道防护用,所以它也能弹射开微小
的殒粒;也因为它是纤维性组织,所以可以弯曲覆盖成模版,定型成特定的太空船
组件。」聚乙烯的确切制造细节因为正在申请专利权而保密。强韧度只是太空船外
壳必备的特性之一,抗热能力与可燃程度也很重要。如果太空船在阳光辐射下融解
或是很容易着火,那船舱外壳再强韧也无济於事。纯的聚乙烯极易燃烧,因此RXF1
在抗高温与抗燃性上还需再多做改良。
当然最终的问题还是RXF1能否安全无虞的载人到火星,关於这一点,目前没有人有
确定的答案。太空总署辐射健康部门的主任Frank Cucinotta警告:「某些来自银河
的宇宙辐射能量非常高,无法用限量的防护罩阻隔它;包括聚乙烯在内,所有的材
质都有这个问题。」Cucinotta和他的同事做了到火星致癌率的电脑模拟比较,结果
发现铝制太空船和聚乙烯制太空船竟然没有显着的差别。这项结果与采用的理论模型
息息相关,模型在预估太空辐射对人体细胞的影响程度,同时在损伤状况下生存的情
形。
虽然太空飞行已经数十年了,科学家至今仍然不能完全了解人体对宇宙辐射是如何反
应的。如果Cucinotta的模型正确,额外的聚乙烯防护罩就没有太大实质上的益处。
Barghouty补充提到,因为有许多不确定因素,载人的火星任务还未排定行程;但就
像太空梭与太空站等飞行任务一样有其局限与不足之处,他相信RXF1理论上可以提供
为期30个月的火星任务充分的防护功能。
聚乙烯今天的归宿在垃圾场,明天可能到另一个的星球,到一个人类想像不到的所在。
参考资料:
http://www.spacedaily.com/news/materials-05zm.html, 2005.08.26
* 转载自台北天文馆
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