Bagaimana NASA dapat melindungi astronot masa depan dari radiasi luar angkasa

Tdi sini adalah, apakah itu dari atau, atau . Dan adalah kematian oleh radiasi.

Emisi energik yang sama dari bintang lokal kami yang membuat Anda cokelat jika tidak . Sementara awak orbit rendah Bumi dan kapsul kargo hari ini mungkin tidak dilengkapi dengan magnetosfer miniatur mereka sendiri, kemungkinan besok — atau mungkin kita hanya akan melindungi penjelajah ruang angkasa pertama umat manusia dari radiasi antarbintang dengan .

Jenis Radiasi dan apa yang harus dilakukan untuk mengatasinya

Seperti stroke dan manusia, ada berbagai jenis dan sumber radiasi baik di darat maupun di luar angkasa. Radiasi non-pengion, yang berarti atom tidak memiliki energi yang cukup untuk mengeluarkan elektron sepenuhnya dari orbitnya, dapat ditemukan dalam gelombang mikro, bola lampu, dan Partikel Energi Matahari (SEP) seperti . Meskipun bentuk radiasi ini dapat merusak material dan sistem biologis, efeknya biasanya dapat diblokir (oleh karena itu tabir surya dan gelombang mikro yang tidak menyinari seluruh dapur) atau disaring oleh lapisan Ozon atau .

Sabuk radiasi bumi dipenuhi dengan partikel energik yang terperangkap oleh medan magnet bumi yang dapat merusak elektronik yang kita kirim ke luar angkasa. Kredit: Studio Visualisasi Ilmiah NASA/Tom Bridgman

Radiasi pengion, di sisi lain, energik untuk melepaskan elektron dan tidak banyak yang dapat memperlambat momentum bermuatan positifnya. Partikel alfa dan beta, sinar Gamma, sinar-X, dan Sinar Kosmik Galaksi, “ion elemen berenergi tinggi dan berat yang semua elektronnya telah terlepas saat mereka melakukan perjalanan melalui galaksi dengan kecepatan hampir cahaya,” . “GCR adalah sumber radiasi dominan yang harus ditangani di atas pesawat ruang angkasa saat ini dan misi luar angkasa masa depan dalam tata surya kita.” Intensitas GCR berbanding terbalik dengan kekuatan relatif medan magnet Matahari, yang berarti bahwa mereka paling kuat ketika medan Matahari berada pada titik terlemahnya dan paling tidak mampu membelokkannya.

Meskipun sifatnya berbeda, baik GCR dan SEP bersama dengan tubuh biologis kita sendiri. Pemboman mereka yang berkelanjutan memiliki efek negatif kumulatif pada fisiologi manusia yang mengakibatkan tidak hanya kanker tetapi juga katarak, kerusakan saraf, mutasi germline, dan penyakit radiasi akut jika dosisnya cukup tinggi. Untuk material, partikel dan foton berenergi tinggi dapat menyebabkan “kerusakan sementara atau kegagalan permanen material atau perangkat pesawat ruang angkasa,” Zicai Shen dari Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering mencatat pada 2019 .

“Partikel bermuatan secara bertahap kehilangan energi saat melewati material, dan akhirnya, menangkap sejumlah elektron yang cukup untuk berhenti,” tambah mereka. “Ketika ketebalan bahan pelindung lebih besar dari kisaran partikel bermuatan dalam bahan, partikel yang datang akan terhalang di dalam bahan.”

Bagaimana NASA saat ini melindungi para astronotnya

Untuk memastikan bahwa astronot besok tiba di Mars dengan semua gigi dan kuku mereka utuh, NASA telah menghabiskan hampir empat dekade mengumpulkan data dan mempelajari efek radiasi pada tubuh manusia. Agensi (SRAG) di Johnson Space Center, menurut situs webnya, “bertanggung jawab untuk memastikan bahwa paparan radiasi yang diterima oleh astronot tetap di bawah . "

, “dosis rata-rata tipikal untuk seseorang adalah sekitar 360 mrem per tahun, atau 3.6 mSv, yang merupakan dosis kecil. Namun, Standar Internasional mengizinkan paparan hingga 5,000 mrem (50 mSv) per tahun bagi mereka yang bekerja dengan dan di sekitar bahan radioaktif. Untuk penerbangan luar angkasa, batasnya lebih tinggi. Batasan paparan radiasi NASA di orbit rendah Bumi adalah 50 mSv/tahun, atau 50 rem/tahun.”

Petugas Lingkungan Luar Angkasa (SEO) SRAG ditugaskan untuk memastikan bahwa para astronot dapat berhasil menyelesaikan misi mereka tanpa menyerap terlalu banyak RAD. Mereka memperhitungkan berbagai faktor lingkungan dan situasional yang ada selama penerbangan luar angkasa — apakah astronot berada di LEO atau di permukaan bulan, apakah mereka tinggal di pesawat ruang angkasa atau berjalan di luar angkasa, atau — menggabungkan dan memodelkan informasi tersebut dengan data yang dikumpulkan dari dan juga , untuk membuat keputusan mereka.

Grafik di Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard, memiliki tujuan yang hampir sama dengan SRAG tetapi untuk sistem mekanis, bekerja untuk mengembangkan perisai yang lebih efektif dan bahan yang lebih kuat untuk digunakan di orbit.

"Kami akan dapat memastikan bahwa manusia, elektronik, pesawat ruang angkasa, dan instrumen - apa pun yang sebenarnya kami kirim ke luar angkasa - akan bertahan di lingkungan tempat kami menempatkannya," kata Megan Casey, seorang insinyur kedirgantaraan di REAG dalam sebuah . “Berdasarkan ke mana mereka pergi, kami memberi tahu perancang misi seperti apa lingkungan luar angkasa mereka, dan mereka kembali kepada kami dengan rencana instrumen mereka dan bertanya, 'Apakah bagian-bagian ini akan bertahan di sana?' Jawabannya selalu ya, tidak, atau saya tidak tahu. Jika kami tidak tahu, saat itulah kami melakukan pengujian tambahan. Itulah sebagian besar pekerjaan kami.”

Penelitian NASA akan berlanjut dan berkembang sepanjang era misi Artemis yang akan datang. , baik roket SLS dan pesawat ruang angkasa Orion akan dilengkapi dengan sensor yang mengukur tingkat radiasi di luar angkasa di luar bulan — khususnya melihat perbedaan tingkat relatif di luar Sabuk Van Allen Bumi. Data yang dikumpulkan dan pelajaran dari penerbangan awal tanpa awak ini akan membantu para insinyur NASA membangun pesawat ruang angkasa yang lebih baik dan lebih protektif di masa depan.

Dan begitu akhirnya dibangun, kru kapal akan mempertahankan rangkaian sensor radiasi yang luas, termasuk , dirancang untuk secara hati-hati dan terus-menerus mengukur level di dalam stasiun saat membuat orbit lonjong selama seminggu di sekitar bulan.

“Memahami efek lingkungan radiasi tidak hanya penting untuk kesadaran lingkungan di mana astronot akan tinggal di sekitar Bulan, tetapi juga akan memberikan data penting yang dapat digunakan sebagai persiapan NASA untuk upaya yang lebih besar, seperti mengirim manusia pertama ke Mars,” kata Dina Contella, manajer Gateway Mission Integration and Utilation, dalam .

NASA mungkin menggunakan gelembung magnet di masa depan

Perjalanan besok ke ruang antarplanet, di mana GCR dan SEP lebih umum, akan membutuhkan perlindungan yang lebih komprehensif daripada bahan pelindung pasif canggih dan prediksi prakiraan cuaca ruang angkasa saat ini. Dan karena magnetosfer Bumi sendiri telah terbukti sangat berguna, para peneliti dari Komisi Eropa (CORDIS) telah meneliti untuk membuat satu yang cukup kecil untuk muat di pesawat ruang angkasa, yang dijuluki Space Radiation Superconducting Shield (SR2S).

Program SR2.7S senilai €2 juta, yang berlangsung dari 2013 hingga 2015, memperluas gagasan menggunakan magnet superkonduktor untuk menghasilkan medan gaya magnet penghenti radiasi yang pertama kali dirancang oleh mantan insinyur luar angkasa Nazi Wernher von Braun pada tahun 1969. Medan magnet yang dihasilkan akan menjadi lebih dari 3,000 kali lebih terkonsentrasi daripada yang mengelilingi Bumi dan akan memanjang dalam bola 10 meter.

“Dalam kerangka proyek, kami akan menguji, dalam beberapa bulan mendatang, gulungan lintasan balap dengan pita superkonduktor MgB2,” Bernardo Bordini, koordinator kegiatan CERN dalam kerangka proyek SR2S, . “Koil prototipe dirancang untuk mengukur efektivitas teknologi pelindung magnet superkonduktor.”

Itu tidak akan memblokir semua radiasi yang masuk, tetapi secara efisien menyaring jenis yang paling merusak, seperti GCR, yang mengalir melalui pelindung pasif seperti air melalui saringan. Dengan menurunkan tingkat paparan radiasi astronot, mereka akan dapat melayani misi dengan durasi lebih lama dan lebih lama sebelum mencapai batas paparan seumur hidup NASA.

“Ketika magnetosfer membelokkan sinar kosmik yang diarahkan ke bumi, medan magnet yang dihasilkan oleh magnet superkonduktor yang mengelilingi pesawat ruang angkasa akan melindungi kru,” kata Dr Riccardo Musenich, manajer ilmiah dan teknis untuk proyek tersebut. pada tahun 2014. “SR2S adalah proyek pertama yang tidak hanya menyelidiki prinsip dan masalah ilmiah (perisai magnetik), tetapi juga menghadapi masalah kompleks di bidang teknik.”

Dua kumparan superkonduktor telah dibangun dan diuji, untuk membangun magnet ringan tapi ini adalah penelitian yang sangat awal, ingatlah. Tim CORDIS tidak mengantisipasi teknologi ini untuk mencapai luar angkasa selama beberapa dekade lagi.

Para peneliti dari University of Wisconsin–Departemen Astronomi Madison baru-baru ini mulai mengembangkan ide CORDIS versi mereka sendiri. Milik mereka (CREW HaT), yang menerima dana prototyping dari program Innovative Advanced Concepts (NIAC) NASA pada bulan Februari, menggunakan “teknologi pita superkonduktif baru, desain yang dapat digunakan, dan konfigurasi baru untuk medan magnet yang belum pernah dieksplorasi sebelumnya,” menurut profesor dan penulis utama penelitian UWM, Dr. Elena D'Onghia mengatakan Mei.

“Geometri HaT belum pernah dieksplorasi sebelumnya dalam konteks ini atau dipelajari dalam kombinasi dengan pita superkonduktif modern,” katanya dalam . “Ini mengalihkan lebih dari 50 persen sinar kosmik yang merusak biologi (proton di bawah 1 GeV) dan ion Z tinggi energi yang lebih tinggi. Ini cukup untuk mengurangi dosis radiasi yang diserap oleh astronot ke tingkat yang kurang dari 5 persen dari kelebihan risiko seumur hidup dari tingkat kematian akibat kanker yang ditetapkan oleh NASA.”

Atau astronot mungkin memakai rompi timah untuk melindungi kemaluan mereka

Tapi mengapa melalui upaya magnetis merangkum seluruh pesawat ruang angkasa padahal sebenarnya hanya segelintir batang tubuh dan kepala yang benar-benar membutuhkan perlindungan? Itulah ide di balik (KUDA BETINA).

Dikembangkan dalam kemitraan dengan Badan Antariksa Israel (ISA) dan Pusat Dirgantara Jerman (DLR), dua rompi MARE akan diikat di atas manekin identik dan diluncurkan ke luar angkasa dengan misi bulan tanpa awak Orion. Dalam penerbangan tiga minggu mereka, manekin, bernama Helga dan Zohar, akan melakukan perjalanan sekitar 280,000 mil dari Bumi dan ribuan mil melewati bulan. Jeroan mereka dirancang untuk meniru tulang manusia dan jaringan lunak, memungkinkan para peneliti untuk mengukur dosis radiasi spesifik yang mereka terima.

Saudaranya belajar di ISS, the (CHARGE), kurang berfokus pada efektivitas anti-rad rompi dan lebih pada ergonomi, kecocokan dan nuansanya saat astronot melakukan tugas sehari-hari. Badan Antariksa Eropa juga sedang menyelidiki perisai radiasi berbasis garmen dengan , sebuah "perangkat darurat yang bertujuan untuk melindungi astronot dari radiasi matahari yang intens saat bepergian keluar dari magnetosfer pada misi Luar Angkasa di masa depan."

Atau kita akan melapisi lambung kapal dengan air dan kotoran!

Salah satu media bahagia antara ketidaknyamanan dekat mengenakan celemek bertimbal dalam gayaberat mikro dan kekhawatiran eksistensial yang berpotensi membuat sinapsis Anda diacak oleh elektromagnet yang kuat dikenal sebagai .

“Alam tidak menggunakan kompresor, evaporator, tabung lithium hidroksida, lilin oksigen, atau pengolah urin,” kata Marc M. Cohen Arch.D, dalam makalah tahun 2013 . “Untuk operasi jangka panjang — seperti di pesawat ruang angkasa antarplanet, stasiun ruang angkasa, atau pangkalan bulan/planet — sistem elektro-mekanis aktif ini cenderung rawan kegagalan karena siklus tugas yang berkelanjutan membuat perawatan menjadi sulit.”

Jadi, daripada mengandalkan mekanisasi yang berat dan rumit untuk memproses bahan limbah yang dikeluarkan astronot selama misi, sistem ini menggunakan kantong osmosis yang meniru cara pasif alam untuk memurnikan air. Selain untuk mengolah air abu-abu dan hitam, kantong-kantong ini juga dapat disesuaikan untuk membersihkan CO2 dari udara, menumbuhkan ganggang untuk makanan dan bahan bakar, dan dapat dilapisi dengan lambung bagian dalam pesawat ruang angkasa untuk memberikan perisai pasif yang unggul terhadap partikel energi tinggi.

“Air lebih baik daripada logam untuk perlindungan [radiasi],” kata Marco Durante dari Universitas Teknik Darmstadt di Jerman. . Ini karena inti tiga atom dari molekul air memiliki massa lebih banyak daripada atom logam sehingga lebih efektif dalam memblokir GCR dan sinar energi tinggi lainnya, lanjutnya.

Awak kapal misi Inspiration Mars yang diusulkan, yang akan melontarkan sepasang astronot pribadi di sekitar Mars dalam terbang lintas yang spektakuler saat kedua planet berada di orbit terdekat mereka pada tahun 2018. Anda belum pernah mendengar apa pun tentang itu karena diam-diam tenggelam pada tahun 2015. Tetapi seandainya mereka berhasil melakukan hal itu, rencananya adalah membuat para astronot membuang kotoran ke dalam tas, mengeluarkan cairan untuk digunakan kembali, dan kemudian menumpuk batu bata yang disegel vakum ke dinding pesawat ruang angkasa - di samping kotak mereka makanan — untuk bertindak sebagai insulasi radiasi.

“Kedengarannya agak mual, tapi tidak ada tempat untuk bahan itu, dan itu membuat perisai radiasi yang bagus,” Taber MacCallum, anggota organisasi nirlaba yang didanai oleh Dennis Tito, mengatakan New Scientist. “Makanan akan disimpan di sekitar dinding pesawat ruang angkasa, karena makanan adalah pelindung radiasi yang baik.” Ini hanya tamasya cepat ke planet berikutnya, siapa yang butuh pipa ledeng dan makanan?