Comment la NASA pourrait protéger les astronautes de demain des radiations de l'espace lointain

Tvoici , que ce soit de ou , ou . Et est la mort par rayonnement.

Ces mêmes émissions énergétiques de notre star locale qui vous donnent un bronzage si ce n'est pas le cas . Alors que l'équipage et les capsules de fret en orbite terrestre basse d'aujourd'hui ne sont peut-être pas équipés de magnétosphères miniatures, la puissance de demain - ou peut-être que nous protégerons simplement les premiers explorateurs de l'espace lointain de l'humanité contre le rayonnement interstellaire en .

Types de rayonnement et que faire à leur sujet

Comme les accidents vasculaires cérébraux et les gens, il existe différents types et sources de rayonnement terrestres et spatiaux. Le rayonnement non ionisant, ce qui signifie que l'atome n'a pas assez d'énergie pour retirer complètement un électron de son orbite, peut être trouvé dans les micro-ondes, les ampoules et les particules énergétiques solaires (SEP) comme . Bien que ces formes de rayonnement puissent endommager les matériaux et les systèmes biologiques, leurs effets peuvent généralement être bloqués (d'où les écrans solaires et les micro-ondes qui n'irradient pas des cuisines entières) ou masqués par la couche d'ozone ou .

Les ceintures de rayonnement de la Terre sont remplies de particules énergétiques piégées par le champ magnétique terrestre qui peuvent faire des ravages avec l'électronique que nous envoyons dans l'espace. Crédits : Studio de visualisation scientifique de la NASA/Tom Bridgman

Le rayonnement ionisant, en revanche, est énergétique pour libérer un électron et il n'y a pas grand-chose qui puisse ralentir leur élan chargé positivement. Les particules alpha et bêta, les rayons gamma, les rayons X et les rayons cosmiques galactiques, "des ions lourds à haute énergie d'éléments dont tous les électrons ont été dépouillés lors de leur voyage à travers la galaxie à une vitesse proche de celle de la lumière". . "Le GCR est une source dominante de rayonnement qui doit être traitée à bord des engins spatiaux actuels et des futures missions spatiales au sein de notre système solaire." L'intensité du GCR est inversement proportionnelle à la force relative du champ magnétique du Soleil, ce qui signifie qu'ils sont les plus forts lorsque le champ du Soleil est le plus faible et le moins capable de les dévier.

Malgré leurs natures différentes, GCR et SEP ainsi que nos corps biologiques eux-mêmes. Leur bombardement continu a un effet négatif cumulatif sur la physiologie humaine, entraînant non seulement un cancer, mais aussi des cataractes, des lésions neurologiques, des mutations germinales et une maladie aiguë des rayons si la dose est suffisamment élevée. Pour les matériaux, les particules à haute énergie et les photons peuvent causer "des dommages temporaires ou une défaillance permanente des matériaux ou dispositifs des engins spatiaux", note Zicai Shen de l'Institut d'ingénierie de l'environnement des engins spatiaux de Pékin en 2019. .

"Les particules chargées perdent progressivement de l'énergie lorsqu'elles traversent le matériau, et finalement, capturent un nombre suffisant d'électrons pour s'arrêter", ont-ils ajouté. "Lorsque l'épaisseur du matériau de blindage est supérieure à la plage d'une particule chargée dans le matériau, les particules incidentes seront bloquées dans le matériau."

Comment la NASA protège actuellement ses astronautes

Pour s'assurer que les astronautes de demain arrivent sur Mars avec toutes leurs dents et tous leurs ongles intacts, la NASA a passé près de quatre décennies à collecter des données et à étudier les effets des radiations sur le corps humain. Celui de l'agence (SRAG) au Johnson Space Center est, selon son site Web, « responsable de s'assurer que l'exposition aux rayonnements reçus par les astronautes reste inférieure . »

, "la dose moyenne typique pour une personne est d'environ 360 mrems par an, soit 3.6 mSv, ce qui est une petite dose. Cependant, les normes internationales autorisent une exposition jusqu'à 5,000 50 mrems (50 mSv) par an pour ceux qui travaillent avec et autour de matières radioactives. Pour les vols spatiaux, la limite est plus élevée. La limite de la NASA pour l'exposition aux rayonnements en orbite terrestre basse est de 50 mSv/an, ou XNUMX rem/an.

Les agents de l'environnement spatial (SEO) du SRAG sont chargés de veiller à ce que les astronautes puissent mener à bien leur mission sans absorber trop de RAD. Ils prennent en compte les différents facteurs environnementaux et situationnels présents lors d'un vol spatial - que les astronautes soient en LEO ou sur la surface lunaire, qu'ils restent dans le vaisseau spatial ou fassent une sortie dans l'espace, ou - combinent et modélisent ces informations avec des données collectées à partir de ainsi que , pour prendre leurs décisions.

La au Goddard Space Flight Center, sert à peu près le même objectif que SRAG mais pour les systèmes mécaniques, travaillant à développer un blindage plus efficace et des matériaux plus robustes pour une utilisation en orbite.

"Nous serons en mesure de garantir que les humains, l'électronique, les engins spatiaux et les instruments - tout ce que nous envoyons réellement dans l'espace - survivront dans l'environnement dans lequel nous le mettons", a déclaré Megan Casey, ingénieure en aérospatiale au REAG. . « En fonction de l'endroit où ils vont, nous indiquons aux concepteurs de mission à quoi ressemblera leur environnement spatial, et ils nous reviennent avec leurs plans d'instruments et demandent : 'Ces pièces vont-elles survivre là-bas ?' La réponse est toujours oui, non ou je ne sais pas. Si nous ne savons pas, c'est à ce moment-là que nous effectuons des tests supplémentaires. C'est la grande majorité de notre travail.

Les recherches de la NASA se poursuivront et se développeront tout au long de la prochaine ère de la mission Artemis. , la fusée SLS et le vaisseau spatial Orion seront équipés de capteurs mesurant les niveaux de rayonnement dans l'espace lointain au-delà de la lune - en examinant spécifiquement les différences de niveaux relatifs au-delà des ceintures de Van Allen de la Terre. Les données recueillies et les leçons tirées de ces premiers vols sans équipage aideront les ingénieurs de la NASA à construire de meilleurs engins spatiaux plus protecteurs à l'avenir.

Et une fois qu'il est finalement construit, les équipages à bord maintiendra une vaste suite de capteurs de rayonnement, y compris le , conçu pour mesurer soigneusement et continuellement les niveaux dans la station pendant qu'elle effectue son orbite oblongue d'une semaine autour de la lune.

"Comprendre les effets de l'environnement de rayonnement est non seulement essentiel pour la prise de conscience de l'environnement où les astronautes vivront à proximité de la Lune, mais cela fournira également des données importantes qui peuvent être utilisées alors que la NASA se prépare à des efforts encore plus importants, comme l'envoi du premiers humains sur Mars », a déclaré Dina Contella, responsable de l'intégration et de l'utilisation de la mission Gateway, dans .

La NASA pourrait utiliser des bulles magnétiques à l'avenir

Les randonnées de demain dans l'espace interplanétaire, où le GCR et le SEP sont plus répandus, nécessiteront une protection plus complète que ce que les matériaux de blindage passifs de pointe actuels et les prévisions météorologiques spatiales peuvent offrir. Et puisque la propre magnétosphère de la Terre s'est révélée si pratique, les chercheurs de la Commission européenne (CORDIS) ont cherché à en créer un suffisamment petit pour tenir sur un vaisseau spatial, baptisé Space Radiation Supraconducting Shield (SR2S).

Le programme SR2.7S de 2 millions d'euros, qui s'est déroulé de 2013 à 2015, a développé l'idée d'utiliser des aimants supraconducteurs pour générer un champ de force magnétique d'arrêt du rayonnement conçu pour la première fois par l'ancien ingénieur aérospatial nazi Wernher von Braun en 1969. Le champ magnétique produit serait serait plus de 3,000 10 fois plus concentrée que celle qui entoure la Terre et s'étendrait dans une sphère de XNUMX mètres.

« Dans le cadre du projet, nous allons tester, dans les prochains mois, une bobine de piste bobinée avec un ruban supraconducteur MgB2 », Bernardo Bordini, coordinateur de l'activité CERN dans le cadre du projet SR2S, . "La bobine prototype est conçue pour quantifier l'efficacité de la technologie de blindage magnétique supraconducteur."

Il ne bloquerait pas tous les rayonnements entrants, mais filtrerait efficacement les types les plus dommageables, comme le GCR, qui circule à travers un blindage passif comme l'eau à travers une passoire. En réduisant la vitesse à laquelle les astronautes sont exposés aux radiations, ils pourront participer à des missions de plus en plus longues avant d'atteindre la limite d'exposition à vie de la NASA.

"Alors que la magnétosphère dévie les rayons cosmiques dirigés vers la terre, le champ magnétique généré par un aimant supraconducteur entourant le vaisseau spatial protégerait l'équipage", a déclaré le Dr Riccardo Musenich, responsable scientifique et technique du projet. en 2014. "SR2S est le premier projet qui non seulement étudie les principes et les problèmes scientifiques (du blindage magnétique), mais il fait également face aux problèmes complexes de l'ingénierie."

Deux bobines supraconductrices ont déjà été construites et testées, pour construire des aimants légers mais c'est une recherche très préliminaire, attention. L'équipe CORDIS ne s'attend pas à ce que cette technologie arrive dans l'espace avant quelques décennies.

Des chercheurs du département d'astronomie de l'université du Wisconsin-Madison ont récemment entrepris de développer leur propre version de l'idée de CORDIS. Leur (CREW HaT), qui a reçu un financement de prototypage du programme Innovative Advanced Concepts (NIAC) de la NASA en février, utilise "une nouvelle technologie de bande supraconductrice, une conception déployable et une nouvelle configuration pour un champ magnétique qui n'a pas été exploré auparavant". selon le professeur agrégé de l'UWM et l'auteur principal des recherches, le Dr Elena D'Onghia a déclaré en mai.

"La géométrie HaT n'a jamais été explorée auparavant dans ce contexte ou étudiée en combinaison avec des bandes supraconductrices modernes", a-t-elle déclaré dans . «Il détourne plus de 50% des rayons cosmiques nocifs pour la biologie (protons inférieurs à 1 GeV) et des ions à haute énergie de haute énergie. Cela est suffisant pour réduire la dose de rayonnement absorbée par les astronautes à un niveau inférieur à 5% du risque excédentaire à vie de mortalité par cancer établi par la NASA.

Ou les astronautes pourraient porter des gilets en plomb pour protéger leurs parties intimes

Mais pourquoi passer par l'effort d'encapsuler magnétiquement un vaisseau spatial entier alors qu'en réalité ce n'est qu'une poignée de torses et de têtes qui ont réellement besoin de protection ? C'est l'idée derrière le (JUMENT).

Développés en partenariat avec l'Agence spatiale israélienne (ISA) et le Centre aérospatial allemand (DLR), deux des gilets MARE seront attachés à bord de mannequins identiques et lancés dans l'espace à bord de la mission lunaire sans équipage Orion. Au cours de leur vol de trois semaines, les mannequins, nommés Helga et Zohar, parcourront quelque 280,000 XNUMX milles de la Terre et des milliers de milles au-delà de la lune. Leurs entrailles sont conçues pour imiter les os et les tissus mous humains, permettant aux chercheurs de mesurer les doses de rayonnement spécifiques qu'ils reçoivent.

Son étude sœur à bord de l'ISS, le (CHARGE), se concentre moins sur l'efficacité anti-rad du gilet et plus sur l'ergonomie, l'ajustement et la sensation de celui-ci lorsque les astronautes effectuent leurs tâches quotidiennes. L'Agence spatiale européenne étudie également la protection contre les rayonnements basée sur les vêtements avec le , un "dispositif d'urgence qui vise à protéger les astronautes du rayonnement solaire intense lorsqu'ils sortent de la magnétosphère lors de futures missions dans l'espace lointain".

Ou nous tapisserons les coques des navires avec de l'eau et du caca !

Un juste milieu entre l'inconfort proche de porter un tablier plombé en microgravité et l'inquiétude existentielle d'avoir potentiellement vos synapses brouillées par un électroaimant puissant est connu sous le nom de .

"La nature n'utilise pas de compresseurs, d'évaporateurs, de cartouches d'hydroxyde de lithium, de bougies à oxygène ou de processeurs d'urine", a déclaré Marc M. Cohen Arch.D, dans l'article de 2013. . "Pour un fonctionnement à très long terme - comme dans un vaisseau spatial interplanétaire, une station spatiale ou une base lunaire / planétaire - ces systèmes électromécaniques actifs ont tendance à être sujets aux pannes car les cycles de service continus rendent la maintenance difficile."

Ainsi, plutôt que de s'appuyer sur des mécanisations lourdes et compliquées pour traiter les déchets que les astronautes émettent au cours d'une mission, ce système utilise des sacs d'osmose qui imitent les propres moyens passifs de purification de l'eau de la nature. En plus de traiter les eaux grises et noires, ces sacs pourraient également être adaptés pour éliminer le CO2 de l'air, faire pousser des algues pour la nourriture et le carburant, et peuvent être doublés contre la coque intérieure d'un vaisseau spatial pour fournir un blindage passif supérieur contre les particules à haute énergie.

"L'eau est meilleure que les métaux pour la protection [radiologique]", a déclaré Marco Durante de l'Université technique de Darmstadt en Allemagne. . En effet, le noyau à trois atomes d'une molécule d'eau contient plus de masse qu'un atome de métal et est donc plus efficace pour bloquer le GCR et d'autres rayons à haute énergie, a-t-il poursuivi.

L'équipage à bord de la mission proposée Inspiration Mars, qui aurait lancé une paire d'astronautes privés autour de Mars dans un survol spectaculaire alors que les deux planètes étaient à leur orbite la plus proche en 2018. Vous n'en avez rien entendu parce que s'est tranquillement effondré en 2015. Mais s'ils avaient réussi cet exploit, le plan était que les astronautes fassent caca dans des sacs, extraient le liquide pour le réutiliser, puis empilent les briques scellées sous vide contre les murs du vaisseau spatial - à côté de leurs boîtes de nourriture - pour agir comme une isolation contre les rayonnements.

"C'est un peu désagréable, mais il n'y a pas de place pour ce matériau, et il fait une excellente protection contre les radiations", a déclaré Taber MacCallum, membre de l'association à but non lucratif financée par Dennis Tito. New Scientist. "La nourriture va être stockée tout autour des murs du vaisseau spatial, car la nourriture est une bonne protection contre les radiations." C'est juste une escapade rapide sur la prochaine planète, qui a besoin de plomberie et de nourriture ?