NASAs plan om at beskytte Mars-astronauter mod stråling

Artemis I-missionen, som for nylig gennemførte en historisk testflyvning rundt om månen, havde ingen astronauter om bord - men den havde to meget særlige passagerer: Helga og Zohar, et par meget anatomisk detaljerede dummy-overkroppe, hvoraf den ene bar en speciel strålingsbeskyttelsesvest til rejse. Deres mission? Mål strålingseksponering i det dybe rum og afgør, om en vest kan hjælpe med at beskytte astronauter mod de usete farer i rummet.

For at lære mere om truslen fra rumstråling og hvordan man beskytter astronauter mod det, talte vi med den administrerende direktør for virksomheden, der fremstiller vesten, StemRad, såvel som til den pensionerede NASA-astronaut Scott Kelly, en veteran fra rumstationsmissioner, der er kendt for sin rolle i forskning i astronaut sundhed.

De usete farer ved stråling

Her på Jorden er vi beskyttet mod farlig stråling af planetens magnetosfære. Det magnetiske felt omkring Jorden fanger stråling i to områder kaldet Van Allen bælterne, hvilket gør det sikkert for os på overfladen. Men når astronauter går ud over et lavt kredsløb om Jorden, som de skal for at besøge månen (og andre potentielle steder i solsystemet, som Mars), bliver de udsat for farlig stråling.

På lang sigt, udsættelse for denne stråling - som består af ladede partikler fra solen kaldet sol vinde, partikler udsprøjtet i koronale masseudstødninger og kosmiske stråler - kan føre til en række forskellige helbred problemer. Mest markant øger strålingseksponering sandsynligheden for, at nogen vil udvikle kræft eller forskellige degenerative sygdomme. Det er derfor, NASA og andre rumbureauer har et loft over, hvor meget stråling en astronaut kan blive udsat for i løbet af deres levetid.

Den eksponering astronauter oplever i et kredsløbsmiljø som den internationale rumstation er meget mindre, end de ville opleve på en tur til månen, men det er stadig nok til at påvirke besætningen. "Nogle gange kan du se kosmiske stråler ramme dit øjeæble, og du indser, at det er stråling, og det går også igennem din krop såvel som dine øjne,” sagde Scott Kelly, der har tjent flere missioner på den internationale rumstation (ISS). "Så det er noget, du er klar over."

At vove sig ud over magnetosfæren

Med NASAs planer om at sende mennesker tilbage til månen og til sidst at sende en bemandet mission til Mars, er spørgsmålet om strålingseksponering en stor bekymring. Tidligere missioner til månen under Apollo-programmet varede kun et par dage, og astronauterne var heldige ikke at opleve nogen solpartikelhændelser, som hævede strålingsniveauerne i den tid, de var væk. Men til missioner, der varer i uger eller endda måneder, har vi brug for en løsning til at beskytte astronauter mod stråling.

Det er her AstroRad-vesten kommer ind. Vesten er lavet af et hydrogenrigt polymermateriale og dækker bækkenet og overkroppen og beskytter de mest sårbare organer mod solstråling. Det kan virke overraskende, at strålebeskyttelse kun kunne anvendes på visse dele af kroppen, og StemRads administrerende direktør Oren Milstein sagde, at mange af dem i rumindustrien, som han slog ideen til, var overraskede også. Men helkropsbeskyttelse ville være utrolig besværlig, og den bedste beskyttelse ville være noget, som astronauter faktisk kunne bære og stadig gøre deres job.

I stedet for en alt-eller-intet-tilgang kan selektiv beskyttelse balancere effektivitet og praktisk. Hvis du kan beskytte nogle af de mest sårbare organer, såsom lunger eller brystvæv, kan du hjælpe med at holde folk sikre uden at belaste dem for meget.

Konceptualisering af kumulative risici

Som mennesker er vi ofte mere vant til at tænke på risiko i form af umiddelbar fare end en kumulativ proces. Tænk på forskellen mellem flyskræk og den måde, vi tænker på langsigtede sundhedsfarer som rygning. Og når det kommer til rummet, er det naturligt at tænke på farer i form af raketter, der svigter eller rumfartøjer, der eksploderer, og sværere at forestille sig, hvordan kumulativ strålingseksponering ser ud.

En af de vigtigste måder at reducere kumulativ eksponering på er at lave beskyttelse, der er god nok til at tilbyde en vis beskyttelse, men også, vital, er behagelig nok til, at astronauter vil bære den. "Vi vil have noget, der ikke kun ville beskytte dig, men som ville være noget, du gerne vil have på," sagde Kelly. Han er medlem af Advisory Board for StemRad og har en særlig forståelse for de sundhedsproblemer, som astronauter står over for, da han var en del af NASAs banebrydende tvillingeundersøgelse om virkningerne af rumflyvning på menneskekroppen.

En vest beskytter dele af kroppen, mens den stadig tillader fri bevægelse. Og det kan være effektivt, selvom det kun er brugt noget af tiden, som Milstein påpegede: "Det er ikke alle eller ingen med hensyn til varigheden af ​​brugen. Du kan bruge produktet i kun 70 procent af tiden, og det vil stadig være meget gavnligt. Du kan tage den af ​​for at tage et brusebad eller for at lave anstrengende aktiviteter som motion. Fordi stråling er en kumulativ ting."

Betydningen af ​​ergonomi

For at en vest skal være praktisk i rumflyvning, skal astronauter kunne bevæge sig frit, mens de har den på. AstroRad er blevet testet på ISS af fem astronauter, som bar den dag og nat, mens de udførte deres almindelige pligter, for at se, om den hæmmede deres bevægelser.

"Til mange af de vitale ting som at spise og sove - ting, der tager meget tid - var vesten fin," sagde Milstein. Men vesten forhindrede visse bevægelser, såsom at løfte deres arme over hovedet, hvilket gjorde opgaver som at losse et lastkøretøj vanskeligere.

"At læsse et lastkøretøj er udfordrende, fordi alt flyder," sagde Kelly. "Når du tager en masse genstande ud af en pose, og du åbner posen, og de alle begynder at flyde væk, og du skal klare det, det bliver en udfordring.” Han sagde, at udfordringen for det meste var en mental en, da den kræver, at astronauter er ekstremt forsigtige og metodisk. Men enhver påvirkning af bevægelse vil gøre en i forvejen svær opgave sværere.

"Mikrotyngdekraft gør næsten alt sværere at gøre," sagde Kelly.

For at gøre vesten så fleksibel som muligt uden at ofre beskyttelse, er den lavet af tusindvis af sekskanter i varierende dybder, som er monteret i et mesh. Dette gør det muligt for visse områder at have tykkere beskyttelse end andre (såsom mere beskyttelse over lungerne), mens de stadig er fleksible nok til at tillade bevægelse. Vesten kommer i øjeblikket i to størrelser, til mandlige og kvindelige kroppe, men der er planer om en modulær system, der ville tillade vesten at blive kortere eller længere for at rumme flere forskellige størrelser kroppe.

Test af beskyttelse i et scenarie i den virkelige verden

Testene udført på AstroRad på ISS skulle forstå komforten og pasformen af ​​vestene til astronauter, men de vurderede ikke mængden af ​​stråling, der var blokeret. Derfor er den bedste måde at teste vestens effektivitet ved at se den i en situation, der kan sammenlignes med en rigtig bemandet mission.

Derfor omfattede Artemis I-missionen, som var ubemandet, de to dukker Helga og Zohar, som er torsoformede og fyldt med detektorer. De to torsoer er designet til at detektere indkommende strålingspartikler, og den ene vil bære vesten, så holdene vil kunne se, hvor effektiv vesten er til at stoppe denne stråling. I løbet af den 25-dages flyvning fra Jorden rundt om månen og tilbage, vil de blive udsat for det samme strålingsmiljø, som astronauter vil være i fremtidige missioner.

"For første gang nogensinde vil vi være i stand til at kvantificere strålingsdosis og strålingsgennemtrængning i kroppen i det dybe rum - noget, der aldrig er blevet gjort. Og valider samtidig en potentiel modforanstaltning," sagde Milstein. "Det bliver en skatkammer af data om menneskers modtagelighed for stråling på organniveau i det dybe rum."

AstroRads fokus er på at beskytte mod ioniserende stråling, da dette er den farligste for menneskers sundhed. Men denne test vil også vise, om vesten er effektiv til at stoppe en anden type stråling, kaldet galaktiske kosmiske stråler. Denne baggrundsstråling er svær at blokere, så fordelen vil sandsynligvis kun være mindre, men det er alle nyttige data til fremtidige beskyttelsesforanstaltninger.

Psykologien af ​​risikostyring

At udforske rummet vil altid komme med en vis risiko, og astronauter bliver lært at opdele denne virkelighed som en del af deres job. "Du er trænet til at fokusere på dit job og ting, du kan kontrollere, og ignorere alt andet," forklarede Kelly. "Du er klar over risikoen, men du lader dig ikke uarbejdsdygtig."

Stråling er blot en af ​​de mange risici, astronauter håndterer. Men i modsætning til umiddelbare risici som lanceringsfejl er stråling "denne ukendte risiko," sagde Kelly. "Det er en vedvarende risiko, du udsætter dig selv for resten af ​​dit liv."

Der er en moralsk forpligtelse for rumbureauer til at holde deres astronauter så sikre, som de kan, både med hensyn til umiddelbare risici og med hensyn til langsigtede sundhedsvirkninger. For Artemis-missionerne til månen og for fremtidige bemandede udforskninger længere væk, vil strålingsbeskyttelse være en vigtig del af det.

For Kelly er nøglen til hans tilgang til risikostyring balance, som involverer at mindske de risici, der kan håndteres, og håndtere dem, der ikke kan være. "Vi gør det så sikkert, som vi overhovedet kan inden for rimelighedens grænser," sagde han. "Hvis du ønskede, at tingene skulle være 100 % sikre, ville du aldrig forlade dit hus."

Redaktørens anbefalinger

• NASA genopretter kontakten med Mars-helikopteren efter ni ugers stilhed
• NASA-frivillige vil leve i et simuleret Mars-habitat i et helt år
• Sådan ser du to amerikanske astronauter på en rumvandring ved ISS på fredag
• NASA mistede kontakten med Mars Ingenuity-helikopteren i en uge - men det er OK nu
• NASAs tips til skywatching i juni inkluderer Mars i bikuben