Cómo la NASA podría proteger a los astronautas del mañana de la radiación del espacio profundo

Taquí están, ya sea de o, o . Y es la muerte por radiación.

Esas mismas emisiones energéticas de nuestra estrella local que te dan un bronceado puede si no . Si bien es posible que las cápsulas de carga y tripulación de la órbita terrestre baja de hoy no vengan equipadas con magnetosferas en miniatura propias, las del mañana sí podrían, o tal vez solo protejamos a los primeros exploradores del espacio profundo de la humanidad de la radiación interestelar al .

Tipos de radiación y qué hacer con ellos

Al igual que los accidentes cerebrovasculares y la gente, existen diferentes tipos y fuentes de radiación tanto terrestres como en el espacio. La radiación no ionizante, lo que significa que el átomo no tiene suficiente energía para eliminar por completo un electrón de su órbita, se puede encontrar en microondas, bombillas y partículas de energía solar (SEP) como . Si bien estas formas de radiación pueden dañar los materiales y los sistemas biológicos, sus efectos generalmente pueden bloquearse (por lo tanto, el protector solar y las microondas que no irradian cocinas enteras) o pueden ser protegidos por la capa de ozono o .

Los cinturones de radiación de la Tierra están llenos de partículas energéticas atrapadas por el campo magnético de la Tierra que pueden causar estragos en la electrónica que enviamos al espacio. Créditos: Estudio de Visualización Científica de la NASA/Tom Bridgman

La radiación ionizante, por otro lado, es energética para arrojar un electrón y no hay mucho que pueda disminuir su impulso de carga positiva. Partículas alfa y beta, rayos gamma, rayos X y rayos cósmicos galácticos, "iones pesados ​​y de alta energía de elementos a los que se les han quitado todos sus electrones mientras viajaban por la galaxia a casi la velocidad de la luz". . “Los GCR son una fuente dominante de radiación que debe tratarse a bordo de las naves espaciales actuales y futuras misiones espaciales dentro de nuestro sistema solar”. La intensidad de GCR es inversamente proporcional a la fuerza relativa del campo magnético del Sol, lo que significa que son más fuertes cuando el campo del Sol es más débil y menos capaz de desviarlos.

A pesar de sus naturalezas disímiles, tanto GCR como SEP junto con nuestros propios cuerpos biológicos. Su bombardeo continuo tiene un efecto negativo acumulativo en la fisiología humana que resulta no solo en cáncer sino también en cataratas, daño neurológico, mutaciones de la línea germinal y enfermedad por radiación aguda si la dosis es lo suficientemente alta. Para los materiales, las partículas de alta energía y los fotones pueden causar "daños temporales o fallas permanentes en los materiales o dispositivos de las naves espaciales", señala Zicai Shen, del Instituto de Ingeniería Ambiental de Naves Espaciales de Beijing, en 2019. .

“Las partículas cargadas pierden energía gradualmente a medida que atraviesan el material y, finalmente, capturan una cantidad suficiente de electrones para detenerse”, agregaron. “Cuando el grosor del material de protección es mayor que el rango de una partícula cargada en el material, las partículas incidentes se bloquearán en el material”.

Cómo la NASA protege actualmente a sus astronautas

Para asegurarse de que los astronautas del mañana lleguen a Marte con todos sus dientes y uñas intactos, la NASA ha pasado casi cuatro décadas recopilando datos y estudiando los efectos que tiene la radiación en el cuerpo humano. la agencia (SRAG) en el Centro Espacial Johnson es, según su sitio web, "responsable de garantizar que la exposición a la radiación recibida por los astronautas se mantenga por debajo de ."

, “la dosis promedio típica para una persona es de unos 360 mrems por año, o 3.6 mSv, que es una dosis pequeña. Sin embargo, las Normas Internacionales permiten una exposición de hasta 5,000 mrems (50 mSv) al año para aquellos que trabajan con y cerca de material radiactivo. Para vuelos espaciales, el límite es más alto. El límite de la NASA para la exposición a la radiación en la órbita terrestre baja es de 50 mSv/año o 50 rem/año”.

Los Oficiales de Medio Ambiente Espacial (SEO) de SRAG tienen la tarea de garantizar que los astronautas puedan completar con éxito su misión sin absorber demasiados RAD. Tienen en cuenta los diversos factores ambientales y situacionales presentes durante un vuelo espacial, ya sea que los astronautas estén en LEO o en la superficie lunar, ya sea que permanezcan en la nave espacial o realicen una caminata espacial, o combinen y modelen esa información con datos recopilados de al igual que , para tomar sus decisiones.

La en el Goddard Space Flight Center, tiene el mismo propósito que SRAG pero para sistemas mecánicos, trabajando para desarrollar un blindaje más efectivo y materiales más robustos para usar en órbita.

"Podremos asegurarnos de que los humanos, la electrónica, las naves espaciales y los instrumentos, cualquier cosa que enviemos al espacio, sobrevivirá en el entorno en el que lo estamos colocando", dijo Megan Casey, ingeniera aeroespacial en REAG en un . “Según el lugar al que se dirijan, les decimos a los diseñadores de misiones cómo será su entorno espacial, y regresan a nosotros con los planos de sus instrumentos y nos preguntan: '¿Sobrevivirán estas partes allí?' La respuesta siempre es sí, no o no sé. Si no lo sabemos, entonces es cuando hacemos pruebas adicionales. Esa es la gran mayoría de nuestro trabajo”.

La investigación de la NASA continuará y se expandirá a lo largo de la próxima era de la misión Artemis. , tanto el cohete SLS como la nave espacial Orion estarán equipados con sensores que miden los niveles de radiación en el espacio profundo más allá de la luna, específicamente observando las diferencias en los niveles relativos más allá de los cinturones de Van Allen de la Tierra. Los datos recopilados y las lecciones aprendidas de estos vuelos iniciales sin tripulación ayudarán a los ingenieros de la NASA a construir naves espaciales mejores y más protectoras en el futuro.

Y una vez que finalmente se construya, las tripulaciones a bordo mantendrá un amplio conjunto de sensores de radiación, incluido el , diseñado para medir cuidadosa y continuamente los niveles dentro de la estación a medida que realiza su órbita oblonga de una semana alrededor de la luna.

“Comprender los efectos del entorno de radiación no solo es fundamental para conocer el entorno en el que vivirán los astronautas en las inmediaciones de la Luna, sino que también proporcionará datos importantes que se pueden utilizar mientras la NASA se prepara para esfuerzos aún mayores, como enviar el primeros humanos en Marte”, dijo Dina Contella, gerente de Integración y Utilización de la Misión Gateway, en .

La NASA podría usar burbujas magnéticas en el futuro

Los viajes del mañana al espacio interplanetario, donde GCR y SEP son más frecuentes, requerirán una protección más integral que la que pueden ofrecer los materiales de protección pasiva de última generación y las predicciones de pronóstico del clima espacial. Y dado que la propia magnetosfera de la Tierra ha demostrado ser tan útil, los investigadores de la Comisión Europea (CORDIS) han investigado la creación de uno lo suficientemente pequeño como para caber en una nave espacial, denominado Escudo superconductor de radiación espacial (SR2S).

El programa SR2.7S de 2 millones de euros, que se desarrolló entre 2013 y 2015, amplió la idea de utilizar imanes superconductores para generar un campo de fuerza magnético que detuviera la radiación, ideado por primera vez por el exingeniero aeroespacial nazi Wernher von Braun en 1969. El campo magnético producido sería más de 3,000 veces más concentrado que el que rodea la Tierra y se extendería en una esfera de 10 metros.

“En el marco del proyecto, probaremos, en los próximos meses, una bobina de carreras enrollada con una cinta superconductora de MgB2”, Bernardo Bordini, coordinador de la actividad del CERN en el marco del proyecto SR2S, . “La bobina prototipo está diseñada para cuantificar la efectividad de la tecnología de protección magnética superconductora”.

No bloquearía toda la radiación entrante, pero filtraría eficientemente los tipos más dañinos, como GCR, que fluye a través de un blindaje pasivo como el agua a través de un colador. Al reducir la tasa a la que los astronautas están expuestos a la radiación, podrán servir en más misiones y de mayor duración antes de alcanzar el límite de exposición de por vida de la NASA.

“A medida que la magnetosfera desvía los rayos cósmicos dirigidos hacia la Tierra, el campo magnético generado por un imán superconductor que rodea la nave espacial protegería a la tripulación”, dijo el Dr. Riccardo Musenich, director científico y técnico del proyecto. en 2014. “SR2S es el primer proyecto que no solo investiga los principios y los problemas científicos (del blindaje magnético), sino que también enfrenta los problemas complejos de la ingeniería”.

Ya se han construido y probado dos bobinas superconductoras, para construir imanes livianos, pero esta es una investigación muy preliminar, eso sí. El equipo de CORDIS no prevé que esta tecnología llegue al espacio hasta dentro de un par de décadas.

Investigadores del Departamento de Astronomía de la Universidad de Wisconsin-Madison se han propuesto recientemente desarrollar su propia versión de la idea de CORDIS. Sus (CREW HaT), que recibió fondos para la creación de prototipos del programa Innovative Advanced Concepts (NIAC) de la NASA en febrero, utiliza "nueva tecnología de cinta superconductora, un diseño desplegable y una nueva configuración para un campo magnético que no se ha explorado antes". según la profesora asociada de la UWM y autora principal de la investigación, la Dra. Elena D'Onghia dijo En Mayo.

"La geometría HaT nunca antes se había explorado en este contexto ni se había estudiado en combinación con cintas superconductoras modernas", dijo en . “Desvía más del 50 por ciento de los rayos cósmicos que dañan la biología (protones por debajo de 1 GeV) y los iones Z altos de mayor energía. Esto es suficiente para reducir la dosis de radiación absorbida por los astronautas a un nivel inferior al 5 por ciento del exceso de riesgo de por vida de los niveles de mortalidad por cáncer establecidos por la NASA”.

O los astronautas pueden usar chalecos de plomo para proteger sus partes privadas.

Pero, ¿por qué hacer el esfuerzo de encapsular magnéticamente una nave espacial completa cuando en realidad son solo un puñado de torsos y cabezas los que realmente necesitan protección? Esa es la idea detrás de la (YEGUA).

Desarrollado en asociación con la Agencia Espacial de Israel (ISA) y el Centro Aeroespacial Alemán (DLR), dos de los chalecos MARE se sujetarán a maniquíes idénticos y se lanzarán al espacio a bordo de la misión lunar sin tripulación Orion. En su vuelo de tres semanas, los maniquíes, llamados Helga y Zohar, viajarán unas 280,000 millas desde la Tierra y miles de millas más allá de la luna. Sus entrañas están diseñadas para imitar huesos y tejidos blandos humanos, lo que permite a los investigadores medir las dosis de radiación específicas que reciben.

Su estudio hermano a bordo de la ISS, el (CHARGE), se centra menos en la eficacia antirradiación del chaleco y más en la ergonomía, el ajuste y la sensación del mismo cuando los astronautas realizan sus tareas diarias. La Agencia Espacial Europea también está investigando el blindaje contra la radiación basado en prendas de vestir con el , un "dispositivo de emergencia que tiene como objetivo proteger a los astronautas de la intensa radiación solar cuando viajan fuera de la magnetosfera en futuras misiones al espacio profundo".

¡O cubriremos los cascos de los barcos con agua y caca!

Un feliz punto medio entre la incomodidad de usar un delantal emplomado en microgravedad y la preocupación existencial de que un poderoso electroimán altere sus sinapsis se conoce como .

“La naturaleza no usa compresores, evaporadores, botes de hidróxido de litio, velas de oxígeno o procesadores de orina”, argumentó Marc M. Cohen Arch.D, en el artículo de 2013. . “Para una operación a muy largo plazo, como en una nave espacial interplanetaria, una estación espacial o una base lunar/planetaria, estos sistemas electromecánicos activos tienden a ser propensos a fallar porque los ciclos de trabajo continuos dificultan el mantenimiento”.

Entonces, en lugar de depender de mecanizaciones pesadas y complicadas para procesar los materiales de desecho que emiten los astronautas durante una misión, este sistema utiliza bolsas de ósmosis que imitan los medios pasivos de la naturaleza para purificar el agua. Además de tratar aguas grises y negras, estas bolsas también podrían adaptarse para eliminar el CO2 del aire, cultivar algas para alimento y combustible, y pueden revestirse contra el casco interior de una nave espacial para proporcionar una protección pasiva superior contra partículas de alta energía.

“El agua es mejor que los metales para la protección [radiación]”, dijo Marco Durante de la Universidad Técnica de Darmstadt en Alemania. . Esto se debe a que el núcleo de tres átomos de una molécula de agua contiene más masa que un átomo de metal y, por lo tanto, es más efectivo para bloquear GCR y otros rayos de alta energía, continuó.

La tripulación a bordo de la misión propuesta Inspiration Mars, que habría lanzado un par de astronautas privados alrededor de Marte en un sobrevuelo espectacular mientras los dos planetas estaban en su órbita más cercana en 2018. No has oído nada sobre eso porque se hundió silenciosamente en 2015. Pero si de alguna manera hubieran logrado esa hazaña, el plan era hacer que los astronautas hicieran caca en bolsas, extrajeran el líquido para reutilizarlo y luego apilaran los ladrillos de mierda sellados al vacío contra las paredes de la nave espacial, junto con sus cajas. de alimentos, para actuar como aislamiento de radiación.

"Suena un poco mareante, pero no hay lugar para que ese material vaya, y es un gran escudo contra la radiación", dijo Taber MacCallum, miembro de la organización sin fines de lucro financiada por Dennis Tito. New Scientist. “La comida se almacenará alrededor de las paredes de la nave espacial, porque la comida es un buen escudo contra la radiación”. Es solo una excursión rápida al siguiente planeta, ¿quién necesita plomería y sustento?