Космическое пространство, манящее нас своими бескрайними далями, таит в себе серьезную опасность для человека – губительное воздействие радиации. Потоки высокоэнергетических частиц, непрерывно излучаемые Солнцем и приходящие из глубин космоса, представляют реальную угрозу для здоровья космонавтов, находящихся за пределами защитного магнитного поля Земли. Радиационное облучение чревато целым рядом негативных последствий: от повреждения тканей организма и резкого увеличения риска онкологических заболеваний до острой лучевой болезни и прочих серьезных нарушений. Следует отметить, что традиционные материалы космических кораблей, такие как алюминий или пластик, блокируют лишь часть излучения, оставляя космонавтов уязвимыми перед ионизирующей радиацией, которая выбивает электроны из атомов, формируя опасные свободные радикалы.

Удивительно, но ключом к решению проблемы радиационной защиты может стать довольно простое вещество. Группа бельгийских ученых из Гентского университета разработала уникальный гидрогель на водной основе, способный эффективно отражать ионизирующее излучение. Этот инновационный материал обеспечивает надежный барьер для высокоэнергетических частиц, защищая расположенные под ним объекты и даже кожу человека. И хотя первые испытания этого гидрогеля пока не выходили за пределы Земли, его появление открывает новые горизонты в обеспечении безопасности космических путешествий.

Известно, что обычная вода обладает отличными защитными свойствами от радиации благодаря высокому содержанию водорода. Ядра водорода эффективно замедляют движение быстрых частиц, тем самым препятствуя проникновению радиации в окружающие материалы. Однако, использовать воду в чистом виде в качестве защитного экрана крайне затруднительно. В земных условиях она легко проливается и расплескивается, а в невесомости капли воды будут хаотично перемещаться в пространстве, не обеспечивая надежной защиты объекту. Чтобы реализовать потенциал воды как радиационного щита, ученым потребовалось объединить ее с чем-то, что обладало бы гибкостью, но при этом сохраняло бы форму твердого тела.

Иллюстрация, показывающая движение солнечной радиации.

Идеальным решением стал гидрогель. Этот материал, уже нашедший широкое применение в медицине и косметологии на Земле, представляет собой структуру, состоящую на 10-90% из воды, способную сохранять заданную форму без необходимости в герметичной оболочке. Бельгийские исследователи разработали особый суперабсорбирующий полимер (САП) – пластик, созданный методом 3D-печати, который активно впитывает воду, превращаясь в гидрогель. После насыщения полимера водой, жидкость внутри геля приобретает стабильное состояние, теряя текучесть. Это полезное свойство не только предотвращает утечку воды даже при повреждении геля – он просто рвется, но и обеспечивает равномерное распределение воды по всему объему материала.

Равномерное распределение водорода в структуре гидрогеля рассматривается как важнейший фактор для изготовления масштабируемых радиационных щитов, пригодных как для защиты космических кораблей, так и для экипажей. Европейское космическое агентство (ЕКА) видит в гентском гидрогеле перспективный материал для внедрения защитного слоя в скафандры астронавтов, особенно полезного во время работ в открытом космосе, лунных экспедиций и, в будущем, возможно, марсианских миссий.

«Разработанный материал может быть также востребован и в беспилотных космических миссиях – в качестве радиационной защиты для автоматических аппаратов или как резервуар для хранения воды, после того как мы оптимизируем технологию извлечения воды из гидрогеля», – отметила Малгожата Холынска, научный сотрудник ЕКА, специализирующаяся на материалах, окружающей среде и контроле загрязнений.