Como a NASA pode proteger os astronautas de amanhã da radiação do espaço profundo

Taqui estão , seja de ou , ou . E é a morte por radiação.

Essas mesmas emissões energéticas da nossa estrela local que lhe dão um bronzeado podem se não . Embora a tripulação e as cápsulas de carga da órbita baixa da Terra de hoje possam não vir equipadas com magnetosferas em miniatura próprias, a de amanhã pode - ou talvez apenas protejamos os primeiros exploradores do espaço profundo da humanidade da radiação interestelar .

Tipos de radiação e o que fazer com eles

Como derrames e pessoas, existem diferentes tipos e fontes de radiação terrestres e espaciais. Radiação não ionizante, o que significa que o átomo não tem energia suficiente para remover completamente um elétron de sua órbita, pode ser encontrada em microondas, lâmpadas e Partículas Energéticas Solares (SEP) como . Embora essas formas de radiação possam danificar materiais e sistemas biológicos, seus efeitos geralmente podem ser bloqueados (daí protetor solar e microondas que não irradiam cozinhas inteiras) ou protegidos pela camada de ozônio ou .

Os cinturões de radiação da Terra estão cheios de partículas energéticas presas pelo campo magnético da Terra que podem causar estragos na eletrônica que enviamos para o espaço. Créditos: Estúdio de Visualização Científica da NASA/Tom Bridgman

A radiação ionizante, por outro lado, é energética para liberar um elétron e não há muito que possa diminuir seu momento carregado positivamente. Partículas alfa e beta, raios gama, raios X e raios cósmicos galácticos, “íons pesados ​​e de alta energia de elementos que tiveram todos os seus elétrons arrancados enquanto viajavam pela galáxia quase à velocidade da luz”. . “GCR é uma fonte dominante de radiação que deve ser tratada a bordo de naves espaciais atuais e futuras missões espaciais dentro do nosso sistema solar.” A intensidade do GCR é inversamente proporcional à força relativa do campo magnético do Sol, o que significa que eles são mais fortes quando o campo do Sol está mais fraco e menos capaz de desviá-los.

Apesar de suas naturezas diferentes, tanto o GCR quanto o SEP junto com nossos próprios corpos biológicos. Seu bombardeio contínuo tem um efeito negativo cumulativo na fisiologia humana, resultando não apenas em câncer, mas também em cataratas, danos neurológicos, mutações na linhagem germinativa e doença aguda por radiação se a dose for alta o suficiente. Para materiais, partículas e fótons de alta energia podem causar “danos temporários ou falha permanente de materiais ou dispositivos da espaçonave”, observa Zicai Shen, do Instituto de Engenharia de Meio Ambiente de Espaçonaves de Pequim, em 2019. .

“As partículas carregadas perdem energia gradualmente à medida que passam pelo material e, finalmente, capturam um número suficiente de elétrons para parar”, acrescentaram. “Quando a espessura do material de blindagem é maior que o alcance de uma partícula carregada no material, as partículas incidentes serão bloqueadas no material.”

Como a NASA atualmente protege seus astronautas

Para garantir que os astronautas de amanhã cheguem a Marte com todos os dentes e unhas intactos, a NASA passou quase quatro décadas coletando dados e estudando os efeitos da radiação no corpo humano. O da agência (SRAG) no Johnson Space Center é, de acordo com seu site, “responsável por garantir que a exposição à radiação recebida pelos astronautas permaneça abaixo . "

, “a dose média típica para uma pessoa é de cerca de 360 ​​mrems por ano, ou 3.6 mSv, que é uma dose pequena. No entanto, as Normas Internacionais permitem a exposição a até 5,000 mrems (50 mSv) por ano para aqueles que trabalham com e ao redor de material radioativo. Para voos espaciais, o limite é maior. O limite da NASA para exposição à radiação na órbita baixa da Terra é de 50 mSv/ano, ou 50 rem/ano.”

Os Oficiais de Ambiente Espacial (SEOs) da SRAG têm a tarefa de garantir que os astronautas possam concluir sua missão com sucesso sem absorver muitos RADs. Eles levam em consideração os vários fatores ambientais e situacionais presentes durante um voo espacial – se os astronautas estão no LEO ou na superfície lunar, se permanecem na espaçonave ou fazem uma caminhada espacial, ou – combinam e modelam essas informações com dados coletados de assim como , para tomar suas decisões.

A no Goddard Space Flight Center, serve praticamente ao mesmo propósito do SRAG, mas para sistemas mecânicos, trabalhando para desenvolver blindagem mais eficaz e materiais mais robustos para uso em órbita.

“Seremos capazes de garantir que humanos, eletrônicos, naves espaciais e instrumentos – qualquer coisa que estivermos realmente enviando para o espaço – sobreviverão no ambiente em que o estamos colocando”, disse Megan Casey, engenheira aeroespacial do REAG em um comunicado. . “Com base em onde eles estão indo, nós dizemos aos projetistas da missão como será seu ambiente espacial, e eles voltam para nós com seus planos de instrumentos e perguntam: 'Essas partes vão sobreviver lá?' A resposta é sempre sim, não ou não sei. Se não soubermos, é quando fazemos testes adicionais. Essa é a grande maioria do nosso trabalho.”

A pesquisa da NASA continuará e se expandirá ao longo da próxima era da missão Artemis. , tanto o foguete SLS quanto a espaçonave Orion serão equipados com sensores que medem os níveis de radiação no espaço profundo além da lua – observando especificamente as diferenças nos níveis relativos além dos Cinturões de Van Allen da Terra. Os dados coletados e as lições aprendidas desses voos iniciais sem tripulação ajudarão os engenheiros da NASA a construir naves espaciais melhores e mais protetoras no futuro.

E uma vez que finalmente é construído, as tripulações a bordo manterá um amplo conjunto de sensores de radiação, incluindo o , projetado para medir cuidadosa e continuamente os níveis dentro da estação enquanto ela faz sua órbita oblonga de uma semana ao redor da lua.

“Compreender os efeitos do ambiente de radiação não é apenas fundamental para a conscientização do ambiente onde os astronautas viverão nas proximidades da Lua, mas também fornecerá dados importantes que podem ser usados ​​à medida que a NASA se prepara para empreendimentos ainda maiores, como enviar o primeiros humanos a Marte”, disse Dina Contella, gerente de Integração e Utilização de Missões de Gateway, em .

NASA pode usar bolhas magnéticas no futuro

As caminhadas de amanhã no espaço interplanetário, onde GCR e SEP são mais prevalentes, exigirão proteção mais abrangente do que os atuais materiais de blindagem passiva de última geração e as previsões de previsão do tempo espacial podem oferecer. E como a própria magnetosfera da Terra provou ser tão útil, pesquisadores da Comissão Européia (CORDIS) pesquisaram a criação de um pequeno o suficiente para caber em uma nave espacial, apelidado de Escudo Supercondutor de Radiação Espacial (SR2S).

O programa SR2.7S de € 2 milhões, que decorreu de 2013 a 2015, expandiu a ideia de usar ímãs supercondutores para gerar um campo de força magnético de parada de radiação, inicialmente concebido pelo ex-engenheiro aeroespacial nazista Wernher von Braun em 1969. O campo magnético produzido seria seria mais de 3,000 vezes mais concentrado do que o que circunda a Terra e se estenderia em uma esfera de 10 metros.

“No âmbito do projeto, vamos testar, nos próximos meses, uma bobina de pista enrolada com uma fita supercondutora MgB2”, Bernardo Bordini, coordenador da atividade do CERN no âmbito do projeto SR2S, . “A bobina do protótipo foi projetada para quantificar a eficácia da tecnologia de blindagem magnética supercondutora.”

Ele não bloquearia toda a radiação recebida, mas filtraria eficientemente os tipos mais prejudiciais, como o GCR, que flui através de uma blindagem passiva como a água por um coador. Ao diminuir a taxa na qual os astronautas são expostos à radiação, eles poderão servir em missões cada vez mais longas antes de atingir o limite de exposição vitalício da NASA.

“À medida que a magnetosfera desvia os raios cósmicos direcionados para a Terra, o campo magnético gerado por um ímã supercondutor ao redor da espaçonave protegeria a tripulação”, disse Riccardo Musenich, gerente científico e técnico do projeto. em 2014. “SR2S é o primeiro projeto que não só investiga os princípios e os problemas científicos (da blindagem magnética), mas também enfrenta as questões complexas da engenharia.”

Duas bobinas supercondutoras já foram construídas e testadas, para construir ímãs leves, mas esta é uma pesquisa muito preliminar, lembre-se. A equipe CORDIS não prevê que essa tecnologia chegue ao espaço por mais algumas décadas.

Pesquisadores do Departamento de Astronomia da Universidade de Wisconsin-Madison recentemente começaram a desenvolver sua própria versão da ideia do CORDIS. Seus (CREW HaT), que recebeu financiamento de prototipagem do programa Innovative Advanced Concepts (NIAC) da NASA em fevereiro, usa “nova tecnologia de fita supercondutora, um design implantável e uma nova configuração para um campo magnético que não foi explorado antes”. de acordo com a professora associada da UWM e principal autora da pesquisa, Dra. Elena D'Onghia disse em maio.

“A geometria HaT nunca foi explorada antes neste contexto ou estudada em combinação com fitas supercondutoras modernas”, disse ela em . “Ele desvia mais de 50% dos raios cósmicos prejudiciais à biologia (prótons abaixo de 1 GeV) e íons de alta energia de Z. Isso é suficiente para reduzir a dose de radiação absorvida pelos astronautas a um nível inferior a 5% do risco de excesso de risco de mortalidade por câncer estabelecido pela NASA.”

Ou os astronautas podem usar coletes de chumbo para proteger suas partes íntimas

Mas por que fazer o esforço de encapsular magneticamente uma nave espacial inteira quando na verdade são apenas alguns torsos e cabeças que realmente precisam da proteção? Essa é a ideia por trás do (ÉGUA).

Desenvolvido em parceria com a Agência Espacial de Israel (ISA) e o Centro Aeroespacial Alemão (DLR), dois dos coletes MARE serão amarrados a manequins idênticos e lançados ao espaço a bordo da missão lunar Orion. Em seu voo de três semanas, os manequins, chamados Helga e Zohar, viajarão cerca de 280,000 milhas da Terra e milhares de milhas além da lua. Suas entranhas são projetadas para imitar ossos e tecidos moles humanos, permitindo que os pesquisadores meçam as doses específicas de radiação que recebem.

Seu irmão estuda a bordo da ISS, o (CHARGE), concentra-se menos na eficácia anti-radiação do colete e mais na ergonomia, ajuste e sensação dele enquanto os astronautas realizam suas tarefas diárias. A Agência Espacial Européia também está investigando a blindagem contra radiação baseada em roupas com o , um “dispositivo de emergência que visa proteger os astronautas da intensa radiação solar ao viajar para fora da magnetosfera em futuras missões no Espaço Profundo”.

Ou vamos forrar os cascos do navio com água e cocô!

Um meio termo entre o desconforto de usar um avental de chumbo na microgravidade e a preocupação existencial de potencialmente ter suas sinapses embaralhadas por um poderoso eletroímã é conhecido como .

“A natureza não usa compressores, evaporadores, latas de hidróxido de lítio, velas de oxigênio ou processadores de urina”, argumentou Marc M. Cohen Arch.D, no artigo de 2013 . “Para operações de muito longo prazo – como em uma espaçonave interplanetária, estação espacial ou base lunar/planetária – esses sistemas eletromecânicos ativos tendem a ser propensos a falhas porque os ciclos de trabalho contínuos dificultam a manutenção.”

Assim, em vez de depender de mecanizações pesadas e complicadas para processar os resíduos que os astronautas emitem durante uma missão, este sistema utiliza sacos de osmose que imitam os meios passivos da natureza de purificar a água. Além de tratar água cinza e preta, essas bolsas também podem ser adaptadas para remover CO2 do ar, cultivar algas para alimentação e combustível e podem ser alinhadas contra o casco interno de uma espaçonave para fornecer proteção passiva superior contra partículas de alta energia.

“A água é melhor que os metais para proteção [radiação]”, disse Marco Durante, da Universidade Técnica de Darmstadt, na Alemanha, . Isso ocorre porque o núcleo de três átomos de uma molécula de água contém mais massa do que um átomo de metal e, portanto, é mais eficaz no bloqueio de GCR e outros raios de alta energia, continuou ele.

A tripulação a bordo da missão Inspiration Mars proposta, que teria lançado um par de astronautas particulares ao redor de Marte em um sobrevoo espetacular enquanto os dois planetas estavam em sua órbita mais próxima em 2018. Você não ouviu nada sobre isso porque silenciosamente faliu em 2015. Mas, se eles tivessem conseguido essa façanha, o plano era fazer os astronautas defecarem em sacos, sofonarem o líquido para reutilização e depois empilharem os tijolos selados a vácuo contra as paredes da espaçonave - ao lado de suas caixas de alimentos — para atuar como isolamento de radiação.

“Parece um pouco enjoado, mas não há lugar para esse material ir, e faz uma ótima proteção contra radiação”, disse Taber MacCallum, membro da organização sem fins lucrativos financiada por Dennis Tito. New Scientist. “A comida será armazenada ao redor das paredes da espaçonave, porque a comida é uma boa proteção contra radiação.” É apenas um passeio rápido para o próximo planeta, quem precisa de encanamento e sustento?