Планът на НАСА за защита на астронавтите на Марс от радиация

Мисията Artemis I, която наскоро завърши исторически тестов полет около Луната, нямаше никакви астронавти на борда - но имаше двама много специални пътници: Хелга и Зохар, чифт манекени с много анатомични детайли, единият от които носеше специална жилетка за защита от радиация за пътуване. Тяхната мисия? Измерете излагането на радиация в дълбокия космос и определете дали една жилетка може да помогне за защитата на астронавтите от невидимите опасности на космоса.

За да научим повече за заплахата от космическата радиация и как да защитим астронавтите от нея, разговаряхме с главния изпълнителен директор на компанията, която произвежда жилетката, StemRad, както и на пенсионирания астронавт на НАСА Скот Кели, ветеран от мисии на космически станции, който е добре известен с ролята си в изследванията на астронавтите здраве.

Невидимите опасности от радиацията

Тук, на Земята, ние сме защитени от опасна радиация от магнитосферата на планетата. Магнитното поле около Земята улавя радиацията в две зони, наречени пояси на Ван Алън, което я прави безопасна за нас на повърхността. Но когато астронавтите излязат извън ниската земна орбита, тъй като трябва да посетят Луната (и други потенциални места в Слънчевата система, като Марс), те са изложени на опасна радиация.

В дългосрочен план излагането на тази радиация - която се състои от заредени частици от слънцето, наречена слънчева ветрове, частици, изхвърлени при изхвърляне на коронарна маса, и космически лъчи – могат да доведат до различни здравословни проблеми проблеми. Най-важното е, че излагането на радиация повишава вероятността някой да развие рак или различни дегенеративни заболявания. Ето защо НАСА и други космически агенции имат ограничение за това колко радиация може да бъде изложен един астронавт през целия си живот.

Експозицията, която астронавтите преживяват в орбитална среда като Международната космическа станция много по-малко, отколкото биха изпитали при пътуване до Луната, но все пак е достатъчно, за да повлияе на екипажа. „Понякога можете да видите как космическите лъчи удрят очната ви ябълка и разбирате, че това е радиация и тя също преминава през тялото ви, както и очите ви“, каза Скот Кели, който е участвал в множество мисии на Международната космическа станция (МКС). „Значи това е нещо, за което сте наясно.“

Излизане отвъд магнитосферата

С плановете на НАСА да изпрати хора обратно на Луната и в крайна сметка да изпрати екипажна мисия до Марс, въпросът с излагането на радиация е голям проблем. Предишните мисии до Луната по програмата Аполо продължаваха само няколко дни и астронавтите бяха за щастието да не преживеем събития със слънчеви частици, които да повишат нивата на радиация по времето, когато са били далеч. Но за мисии, които продължават седмици или дори месеци, се нуждаем от решение за защита на астронавтите от радиация.

Ето къде идва жилетката AstroRad. Изработена от богат на водород полимерен материал, жилетката покрива таза и торса, предпазвайки най-уязвимите органи от слънчевата радиация. Може да изглежда изненадващо, че радиационната защита може да се приложи само към определени части на тялото и Главният изпълнителен директор на StemRad Орен Милщайн каза, че много от тези в космическата индустрия, на които е представил идеята, са били изненадани също. Но защитата на цялото тяло би била невероятно тромава и най-добрата защита би била нещо, което астронавтите наистина биха могли да носят и въпреки това да вършат работата си.

Вместо подход „всичко или нищо“, селективната защита може да балансира ефективността и практичността. Ако можете да защитите някои от най-уязвимите органи, като белите дробове или гръдната тъкан, можете да помогнете за безопасността на хората, без да ги натоварвате прекалено.

Концептуализиране на кумулативни рискове

Като хора често сме свикнали да мислим за риска по отношение на непосредствена опасност, отколкото като кумулативен процес. Помислете за разликата между страха от летене със самолет и начина, по който мислим за дългосрочни опасности за здравето като пушенето. И когато става въпрос за космоса, естествено е да мислим за опасности по отношение на отказ на ракети или експлозия на космически кораб и по-трудно да си представим как изглежда кумулативното излагане на радиация.

Един от ключовите начини за намаляване на кумулативната експозиция е да се направи защита, която е достатъчно добра, за да предложи известна защита, но също така, жизненоважно, е достатъчно удобна, за да я носят астронавтите. „Искаме нещо, което не само ще ви защити, но ще бъде нещо, което бихте искали да носите“, каза Кели. Той е член на консултативния съвет на StemRad и има специално разбиране за здравните проблеми, пред които са изправени астронавтите, тъй като е бил част от Революционно изследване на близнаци на НАСА за ефектите от космическия полет върху човешкото тяло.

Жилетката предпазва части от тялото, като същевременно позволява свободно движение. И може да бъде ефективен, дори ако се носи само известно време, както посочи Милщайн: „Не е всичко или нищо по отношение на продължителността на употреба. Можете да използвате продукта само за 70 процента от времето и той все още ще бъде много полезен. Можете да го свалите, за да вземете душ или да извършвате натоварващи дейности като упражнения. Защото радиацията е кумулативно нещо.

Значението на ергономията

За да бъде жилетката практична при космически полети, астронавтите трябва да могат да се движат свободно, докато я носят. AstroRad беше тестван на МКС от петима астронавти, които го носеха денем и нощем, докато изпълняваха редовните си задължения, за да видят дали пречи на движенията им.

„За много от жизненоважните неща като хранене и сън – неща, които отнемат много време – жилетката беше добра“, каза Милщайн. Жилетката обаче възпрепятства определени движения, като например вдигане на ръцете над главата, което прави задачи като разтоварване на товарно превозно средство по-трудни.

„Разтоварването на товарен автомобил е предизвикателство, защото всичко плува“, каза Кели. „Когато изваждате куп предмети от чанта и отворите чантата и всички те започват да изплуват и трябва да управлявате това, това се превръща в предизвикателство.“ Той каза, че предизвикателството е предимно умствено, тъй като изисква астронавтите да бъдат изключително внимателни и методичен. Но всяко възпрепятстване на движението ще направи и без това трудната задача по-трудна.

„Микрогравитацията прави почти всичко по-трудно за правене“, каза Кели.

За да направи жилетката възможно най-гъвкава, без да жертва защитата, тя е направена от хиляди шестоъгълници с различна дълбочина, които са монтирани в мрежа. Това позволява на определени области да имат по-дебела защита от други (като повече защита на белите дробове), като същевременно са достатъчно гъвкави, за да позволяват движение. В момента жилетката се предлага в два размера, за мъжко и женско тяло, но има планове за модулен система, която ще позволи на жилетката да стане по-къса или по-дълга, за да побере повече различни размери тела.

Тестване на защита в сценарий от реалния свят

Тестовете, извършени на AstroRad на МКС, трябваше да разберат комфорта и прилягането на жилетките за астронавти, но не оцениха количеството радиация, което е блокирано. За това най-добрият начин да тествате ефективността на жилетката е да я видите в ситуация, сравнима с истинска мисия с екипаж.

Ето защо мисията Artemis I, която беше разпусната, включваше двата манекена Helga и Zohar, които са с форма на торс и пълни с детектори. Двата торса са проектирани да откриват входящи радиационни частици и единият ще носи жилетката, така че екипите ще могат да видят колко ефективна е жилетката за спиране на тази радиация. По време на 25-дневния полет от Земята около Луната и обратно те ще бъдат изложени на същата радиационна среда, в която астронавтите ще бъдат в бъдещи мисии.

„За първи път ще можем да определим количествено дозата радиация и проникването на радиация в тялото в дълбокия космос – нещо, което никога не е правено. И в същото време валидирайте потенциална контрамярка“, каза Милщайн. „Това ще бъде съкровищница от данни за човешката чувствителност към радиация на ниво органи в дълбокия космос.“

Фокусът на AstroRad е върху защитата от йонизиращи лъчения, тъй като те са най-опасните за човешкото здраве. Но този тест също така ще покаже дали жилетката е ефективна за спиране на друг вид радиация, наречена галактически космически лъчи. Тази фонова радиация е трудна за блокиране, така че ползата вероятно ще бъде незначителна, но това са всички полезни данни за бъдещи мерки за защита.

Психологията на управлението на риска

Изследването на космоса винаги ще идва с известен риск и астронавтите са научени да разделят тази реалност като част от работата си. „Вие сте обучени да се съсредоточавате върху работата си и нещата, които можете да контролирате, и да игнорирате всичко останало“, обясни Кели. „Осъзнаваш риска, но не му позволяваш да те лиши от строя.“

Радиацията е само един от многото рискове, с които се сблъскват астронавтите. Въпреки това, за разлика от непосредствените рискове като неуспешно изстрелване, радиацията е „този неизвестен риск“, каза Кели. „Това е продължителен риск, на който се излагате до края на живота си.“

Космическите агенции имат морално задължение да пазят своите астронавти възможно най-безопасни както по отношение на непосредствените рискове, така и по отношение на дългосрочните въздействия върху здравето. За мисиите Artemis до Луната и за бъдещи изследвания на екипаж по-надалеч, защитата от радиация ще бъде важна част от това.

За Кели ключът към неговия подход към управлението на риска е балансът, който включва смекчаване на рисковете, с които може да се справи, и справяне с тези, които не могат. „Ние го правим толкова безопасно, колкото е възможно в разумни граници“, каза той. „Ако искахте нещата да са 100% безопасни, никога нямаше да напускате къщата си.“

Препоръки на редакторите

• НАСА възстановява контакта с хеликоптера на Марс след девет седмици мълчание
• Доброволци от НАСА ще живеят в симулирано местообитание на Марс цяла година
• Как да гледате двама американски астронавти на космическа разходка на МКС в петък
• НАСА загуби връзка с хеликоптера Mars Ingenuity за една седмица - но сега всичко е наред
• Съветите на НАСА за наблюдение на небето през юни включват Марс в пчелния кошер