為了保護太空人免受危險的太空輻射，研究人員正在開發3D列印水凝膠–一種能夠吸收和保持水分而不會洩漏的材料。與傳統的水基屏蔽不同，水凝膠具有分佈均勻、靈活性強的特點，可提高太空任務的安全性。

歐空局太空人托馬斯-佩斯凱（Thomas Pesquet）在第二次太空行走中升級國際太空站電力系統時的快照，由美國國家航空暨太空總署太空人謝恩-金布羅（Shane Kimbrough）拍攝。 圖片來源：歐空局/美國國家航空暨太空總署

太空是一個嚴酷而危險的環境，尤其是在輻射方面。 在太空飛行期間，太空人和機載設備都會暴露在高水平的輻射中，這可能會對健康造成嚴重危害，並導致關鍵系統故障。 為了解決這個問題，比利時根特大學的研究人員正在探索使用3D列印水凝膠（吸水材料）作為輻射屏蔽的潛在解決方案。

儘管太空浩瀚無垠，卻充滿了強大的高能量粒子流。 這些粒子以近乎光速的速度傳播，源自於太陽上的太陽耀斑或遙遠的深空宇宙爆炸。

在地球上，我們的大氣層和磁場為大部分輻射提供了天然保護。 然而，在這些保護層之外，太空人暴露在更高水平的輻射中。 僅在一天之內，他們所受到的輻射量就相當於地球上的人們一整年所受到的輻射量。 未來飛​​往火星和更遠的地方的任務將需要新的、有效的屏蔽方法來確保太空人的安全。

比利時根特大學高分子化學與生物材料小組（PBM）的研究小組在一項成功的”發現”活動的後續研究中，正在測試三維列印水凝膠（可吸收大量水分的材料）作為高效輻射屏蔽的潛力。

水一直被認為是一種極好的輻射屏蔽。 水的密度大，富含氫原子，可以吸收並減緩有害輻射粒子。 然而，使用自由流動的水作為保護屏障會帶來一些挑戰，包括密封性、重量分佈和洩漏風險。

將笨重的容器嵌入太空衣會限制太空人的行動，水的不均勻分佈會導致保護不完整，如果容器被刺破，水可能會漏出–這在充滿電子設備的環境中尤其危險。

在長期任務中，宇宙輻射可能會增加罹患癌症的風險。 對人體的損害會延伸到大腦、心臟和中樞神經系統，為退化性疾病埋下隱患。地球的磁場和大氣層保護我們免受銀河宇宙射線的持續轟擊–這種高能量粒子以接近光速的速度穿透人體。空間輻射的第二個來源是不可預測的太陽粒子事件，這些事件會在短時間內產生高劑量的輻射，除非採取保護措施，否則會導致”輻射病”。

在一項成功的發現活動的後續研究中，比利時根特大學聚合物化學和生物材料小組（PBM）的研究小組正在探索使用超吸水性聚合物（SAP）作為輻射屏蔽的替代材料，這種材料比單純的水更安全、更有效。

SAP 是一種能夠吸收高達其重量數百倍液體的材料，就像”成長怪獸”玩具浸入水中後會膨脹一樣。 膨脹狀態下的SAP 稱為”水凝膠”。

Lenny Van Daele 解釋說：”這個項目的美妙之處在於，我們使用的是一種眾所周知的技術。從隱形眼鏡到尿布和衛生用品，我們每天使用的很多東西中都有水凝膠。我們的研究小組在醫療領域也有應用經驗–使用水凝膠作為軟性植入材料來修復受損的組織和器官。”

這些模型是由比利時根特大學聚合物化學和生物材料小組（PBM）的團隊製作的。

在一項成功的”發現”活動的後續研究中，研究人員正在測試三維列印水凝膠（可吸收大量水分的材料）作為高效輻射屏蔽的潛力。

水凝膠的保水能力使其適合用於居住地和艙外活動（EVA）太空衣的輻射防護。 水凝膠中保留的水不是自由流動的，因此可以實現平均分配和保護。 這也意味著如果水凝膠貼片被刺破，水也不會漏出，從而給太空人足夠的時間到達安全地帶。

歐洲太空總署材料、環境和污染控制科的Malgorzata Holynska補充說：”這種材料還有可能應用於非載人任務–航天器的防輻射罩，或者在我們優化了從水凝膠中取水的方法後用作蓄水池。”

太空中的衛星會受到輻射的影響，高能量粒子有的來自太陽，有的被困在行星磁場中，還有的來自深空，如銀河宇宙射線。 圖片來源：歐空局

Manon Minsart 補充說：”我們使用的超吸水性聚合物可以使用多種不同的技術進行加工，這在聚合物中是罕見的優勢。我們選擇的方法是三維列印，這使我們能夠製造出幾乎任何形狀的水凝膠。”

專案負責人 Peter Dubruel 評論說：”我們一直在尋找輕型輻射防護材料。在’發現’活動中，我們成功證明了水凝膠可在太空條件下安全使用。在這一後續專案中，我們正在應用不同的技術將材料塑造成三維結構，並擴大生產流程，從而使我們離工業化更近一步。”

編譯自/ ScitechDaily