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为了保护宇航员免受危险的太空辐射，研究人员正在开发3D打印水凝胶--一种能够吸收和保持水分而不会泄漏的材料。与传统的水基屏蔽不同，水凝胶具有分布均匀、灵活性强的特点，可提高太空任务的安全性。
欧空局宇航员托马斯-佩斯凯（Thomas Pesquet）在第二次太空行走中升级国际空间站电力系统时的快照，由美国国家航空航天局宇航员谢恩-金布罗（Shane Kimbrough）拍摄。 图片来源：欧空局/美国国家航空航天局
太空是一个严酷而危险的环境，尤其是在辐射方面。 在太空飞行期间，宇航员和机载设备都会暴露在高水平的辐射中，这可能会对健康造成严重危害，并导致关键系统出现故障。 为了解决这个问题，比利时根特大学的研究人员正在探索使用3D打印水凝胶（吸水材料）作为辐射屏蔽的潜在解决方案。
尽管太空浩瀚无垠，但却充满了强大的高能粒子流。 这些粒子以近乎光速的速度传播，源自太阳上的太阳耀斑或遥远的深空宇宙爆炸。
在地球上，我们的大气层和磁场为大部分辐射提供了天然保护。 然而，在这些保护层之外，宇航员暴露在更高水平的辐射中。 仅在一天之内，他们所受到的辐射量就相当于地球上的人一整年所受到的辐射量。 未来飞往火星和更远的地方的任务将需要新的、有效的屏蔽方法来保证宇航员的安全。
比利时根特大学高分子化学与生物材料小组（PBM）的一个研究小组在一项成功的"发现"活动的后续研究中，正在测试三维打印水凝胶（可吸收大量水分的材料）作为高效辐射屏蔽的潜力。
水一直被认为是一种极好的辐射屏蔽。 水的密度大，富含氢原子，可以吸收和减缓有害辐射粒子。 然而，使用自由流动的水作为保护屏障会带来一些挑战，包括密封性、重量分布和泄漏风险。
将笨重的容器嵌入宇航服会限制宇航员的行动，水的不均匀分布会导致保护不完整，如果容器被刺破，水可能会漏出--这在充满电子设备的环境中尤其危险。
在长期任务中，宇宙辐射可能会增加患癌症的风险。 对人体的损害会延伸到大脑、心脏和中枢神经系统，为退行性疾病埋下隐患。地球的磁场和大气层保护我们免受银河宇宙射线的持续轰击--这种高能粒子以接近光速的速度穿透人体。空间辐射的第二个来源是不可预测的太阳粒子事件，这些事件会在短时间内产生高剂量的辐射，除非采取保护措施，否则会导致"辐射病"。
在一项成功的发现活动的后续研究中，比利时根特大学聚合物化学和生物材料小组（PBM）的一个研究小组正在探索使用超吸水性聚合物（SAP）作为辐射屏蔽的替代材料，这种材料比单纯的水更安全、更有效。
SAP 是一种能够吸收高达其重量几百倍液体的材料，就像"成长怪兽"玩具浸入水中后会膨胀一样。 膨胀状态下的 SAP 被称为"水凝胶"。
Lenny Van Daele 解释说："这个项目的美妙之处在于，我们使用的是一种众所周知的技术。从隐形眼镜到尿布和卫生用品，我们每天使用的很多东西中都有水凝胶。 我们的研究小组在医疗领域也有应用经验--使用水凝胶作为软性植入材料来修复受损的组织和器官。"
这些模型是由比利时根特大学聚合物化学和生物材料小组（PBM）的一个团队制作的。
在一项成功的"发现"活动的后续研究中，研究人员正在测试三维打印水凝胶（可吸收大量水分的材料）作为高效辐射屏蔽的潜力。
水凝胶的保水能力使其适合用于居住地和舱外活动（EVA）宇航服的辐射防护。 水凝胶中保留的水不是自由流动的，因此可以实现平均分配和保护。 这也意味着如果水凝胶贴片被刺破，水也不会漏出，从而给宇航员足够的时间到达安全地带。
欧洲航天局材料、环境和污染控制科的Malgorzata Holynska补充说："这种材料还有可能应用于非载人任务--航天器的防辐射罩，或者在我们优化了从水凝胶中取水的方法后用作蓄水池。"
太空中的卫星会受到辐射的影响，高能粒子有的来自太阳，有的被困在行星磁场中，还有的来自深空，如银河宇宙射线。 图片来源：欧空局
Manon Minsart 补充说："我们使用的超吸水性聚合物可以使用多种不同的技术进行加工，这在聚合物中是罕见的优势。我们选择的方法是三维打印，这使我们能够制造出几乎任何形状的水凝胶。"
项目负责人 Peter Dubruel 评论说："我们一直在寻找轻型辐射防护材料。 在'发现'活动中，我们成功证明了水凝胶可在太空条件下安全使用。 在这一后续项目中，我们正在应用不同的技术将材料塑造成三维结构，并扩大生产流程，从而使我们离工业化更近一步。"
编译自/ScitechDaily
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