Kosmický prostor není tím nejbezpečnějším prostředím. Během kosmického letu jsou jak hardware, tak lidé vystaveni riziku vysokých dávek radiace. Bez odpovídající ochrany přístroje vypoví službu a astronauti se mohou potýkat s vážnými zdravotními problémy. Tým výzkumníků z Gentské univerzity v Belgii proto nyní testuje potenciál 3D-tištěných hydrogelů (materiály schopné absorbovat velké množství vody) pro použití jako vysoce účinná ochrana před radiací.
Kosmický prostor je čímkoliv, jen ne prázdným světem: jsou v něm třeba silné proudy vysokoenergetických částic, které se pohybují rychlostí blízkou rychlosti světa a které jsou vyvrhovány Sluncem během erupcí. Nebo které si našly cestu do naší galaxie během silných explozí v hlubinách vesmíru.
Na Zemi jsme před většinou kosmické radiace stíněni atmosférou a magnetickým polem. Ale pokud stráví jen jediný den mimo tyto ochranné vrstvy, pak jsou astronauti vystaveni úrovním radiace, jako kdyby na Zemi prožili celý rok. Průzkumníci, kteří se vydají ještě dále, například na budoucí výpravy k Marsu, tak budou potřebovat účinnou ochranu proti této nebezpečné radiaci.
Studie ukázaly, že jedním z nejlepších materiálu pro radiační stínění, je voda. Je relativně hustá a obsahuje množství atomů vodíku, které interagují s přicházejícími částicemi radiace a zpomalují je. Na druhé straně ale má systém ochrany před radiací založený toliko na vodě své nedostatky.
Objemné nádržky vestavěné do kosmických skafandrů by mohly omezovat pohyb astronautů, navíc nerovnoměrná distribuce by vedla k neúplné ochraně. A pokud by došlo k poškození kontejneru, voda by z něj mohla vytéct. V prostředí plném elektroniky to může být kromobyčejně nebezpečné.
V navazující studii na úspěšnou aktivitu zkoumají výzkumné týmy z Polymer Chemistry and Biomaterials Group (PBM) při Ghent University V Belgii využití superabsorpčních polymerů (Superabsorbent Polymers, SAP) jako alternativních materiálů pro radiační štíty. Ty mohou být bezpečnější a účinnější než samotná voda.
SAP je materiál schopný absorbovat tekutinu odpovídající až několikasetnásobku své hmotnosti. Je to podobné jako hračky typu „vypěstujte monstrum“, které se roztáhnou, jsou-li ponořené do vody. Ve svém „nacucaném“ stravu se SAP označují jako hydrogely.
„Krása tohoto projektu spočívá v tom, že pracujeme s dobře známou technologií,“ vysvětluje Lenny Van Daele. „Hydrogely najdeme v mnoha věcech, které používáme každý den. A to od kontaktních čoček přes pleny až po hygienické výrobky. Naše výzkumná skupina má zkušenosti s aplikacemi v lékařské oblasti: s využitím hydrogelů jako měkkého implantovatelného materiálu k opravě poškozených tkání a orgánů.“
Schopnost hydrogelů zadržovat vodu z nich dělá vhodnou radiační ochranu pro obytné moduly, stejně jako pro skafandry používané pro výstupy do otevřeného prostoru. Voda zadržená v hydrogelu není volně tekoucí, což umožňuje její rovnoměrné rozložení a neméně rovnoměrnou ochranu. To také znamená, že voda neunikne, pokud je zásobník protržený. Kosmonauti tak mají čas dostat se do bezpečí.
„Materiál by také mohl být použití při bezpilotních misích, a to v radiačních štítech sond nebo jako zásobník vody – pokud bychom dokázali optimalizovat metodu získávání vody z hydrogelu,“ dodává Malgorzata Holynska ze sekce materiálů, prostředí a kontaminace ESA.
„Superabsorpční polymer, které používáme, lze zpracovat mnoha různými technika. To je mezi polymery vzácnost a velká výhoda, která jej odlišuje od ostatních,“ dodává Manon Minsart. „Naše preferovaná metoda je 3D tisk, který nám umožňuje vytvořit hydrogel v téměř jakémkoliv tvaru.“
Vedoucí projektu Peter Dubruel k tomu uvádí: „Neustále se hledají lehké materiály na radiační ochranu. V naší aktivitě jsme úspěšně prokázali, že použití hydrogelů v kosmických podmínkách je bezpečné. V navazujícím projektu používáme různé techniky pro tvarování materiálu do 3D struktur a ke škálování objemu výroby, abychom se mohli přiblížit k průmyslovému využití.“
Další informace jsou k dispozici na portálu Evropské kosmické agentury (ESA).
