Il piano della NASA per proteggere gli astronauti su Marte dalle radiazioni

La missione Artemis I, che ha recentemente completato uno storico volo di prova intorno alla luna, non aveva astronauti a bordo, ma ne aveva due molto passeggeri speciali: Helga e Zohar, un paio di torsi fittizi altamente anatomicamente dettagliati, uno dei quali indossava uno speciale giubbotto schermante contro le radiazioni per il viaggio. La loro missione? Misura l'esposizione alle radiazioni nello spazio profondo e determina se un giubbotto può aiutare a proteggere gli astronauti dai pericoli invisibili dello spazio.

Per saperne di più sulla minaccia delle radiazioni spaziali e su come proteggerne gli astronauti, abbiamo parlato con l'amministratore delegato dell'azienda che produce il giubbotto, StemRad, così come all'astronauta della NASA in pensione Scott Kelly, un veterano delle missioni della stazione spaziale che è ben noto per il suo ruolo nella ricerca sugli astronauti salute.

I pericoli invisibili delle radiazioni

Qui sulla Terra, siamo protetti dalle radiazioni pericolose dalla magnetosfera del pianeta. Il campo magnetico attorno alla Terra intrappola le radiazioni in due aree chiamate fasce di Van Allen, rendendole sicure per noi in superficie. Ma quando gli astronauti vanno oltre l'orbita terrestre bassa, poiché devono visitare la luna (e altri potenziali luoghi nel sistema solare, come Marte), sono esposti a radiazioni pericolose.

A lungo termine, l'esposizione a questa radiazione — che consiste di particelle cariche del sole chiamato solare venti, particelle espulse nelle espulsioni di massa coronale e raggi cosmici - possono portare a una varietà di salute i problemi. Più significativamente, l'esposizione alle radiazioni aumenta la probabilità che qualcuno sviluppi il cancro o varie malattie degenerative. Ecco perché la NASA e altre agenzie spaziali hanno un limite alla quantità di radiazioni a cui un astronauta può essere esposto nel corso della sua vita.

L'esposizione che gli astronauti sperimentano in un ambiente orbitale come la Stazione Spaziale Internazionale molto meno di quanto sperimenterebbero durante un viaggio sulla luna, ma è comunque sufficiente per influenzare l'equipaggio. "A volte puoi vedere i raggi cosmici che colpiscono il tuo bulbo oculare, e ti rendi conto che si tratta di radiazioni e sta anche attraversando il tuo corpo così come i tuoi occhi", ha detto Scott Kelly, che ha svolto diverse missioni sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS). "Quindi è qualcosa di cui sei consapevole."

Avventurarsi oltre la magnetosfera

Con i piani della NASA di rimandare gli esseri umani sulla luna e infine di inviare una missione con equipaggio su Marte, il problema dell'esposizione alle radiazioni è una grande preoccupazione. Le precedenti missioni sulla luna nell'ambito del programma Apollo sono durate solo pochi giorni, e gli astronauti lo erano fortunato a non sperimentare alcun evento di particelle solari che abbia innalzato i livelli di radiazione nel tempo in cui si sono verificati lontano. Ma per le missioni che durano settimane o addirittura mesi, abbiamo bisogno di una soluzione per proteggere gli astronauti dalle radiazioni.

È qui che entra in gioco il giubbotto AstroRad. Realizzato in un materiale polimerico ricco di idrogeno, il giubbotto copre il bacino e il busto, proteggendo gli organi più vulnerabili dalle radiazioni solari. Potrebbe sembrare sorprendente che la protezione dalle radiazioni possa essere applicata solo a determinate parti del corpo e Il CEO di StemRad, Oren Milstein, ha detto che molti di quelli dell'industria spaziale a cui ha lanciato l'idea sono rimasti sorpresi pure. Ma la protezione per tutto il corpo sarebbe incredibilmente ingombrante e la migliore protezione sarebbe qualcosa che gli astronauti potrebbero effettivamente indossare e continuare a svolgere il proprio lavoro.

Piuttosto che un approccio tutto o niente, la protezione selettiva può bilanciare efficacia e praticità. Se riesci a proteggere alcuni degli organi più vulnerabili, come i polmoni o il tessuto mammario, puoi aiutare a proteggere le persone senza appesantirle eccessivamente.

Concettualizzare i rischi cumulativi

In quanto esseri umani, siamo spesso più abituati a pensare al rischio in termini di pericolo immediato che di un processo cumulativo. Pensa alla differenza tra la paura di volare e il modo in cui pensiamo ai pericoli per la salute a lungo termine come il fumo. E quando si tratta di spazio, è naturale pensare ai pericoli in termini di guasto dei razzi o esplosione di veicoli spaziali, ed è più difficile immaginare come sia l'esposizione cumulativa alle radiazioni.

Uno dei modi principali per ridurre l'esposizione cumulativa è creare una protezione sufficientemente buona da offrire una certa protezione ma anche, soprattutto, abbastanza comoda da essere indossata dagli astronauti. "Vogliamo qualcosa che non solo ti protegga, ma sia qualcosa che vorresti indossare", ha detto Kelly. È membro del comitato consultivo di StemRad e ha una particolare comprensione dei problemi di salute che devono affrontare gli astronauti poiché faceva parte di L'innovativo studio sui gemelli della NASA sugli effetti del volo spaziale sul corpo umano.

Un giubbotto protegge parti del corpo pur consentendo la libertà di movimento. E può essere efficace anche se indossato solo qualche volta, come ha sottolineato Milstein: “Non è tutto o niente in termini di durata di utilizzo. Puoi utilizzare il prodotto solo per il 70 percento delle volte e sarà comunque molto vantaggioso. Puoi toglierlo per fare la doccia o per svolgere attività faticose come l'esercizio fisico. Perché le radiazioni sono una cosa cumulativa.

L'importanza dell'ergonomia

Affinché un giubbotto sia pratico nei voli spaziali, gli astronauti devono potersi muovere liberamente mentre lo indossano. L'AstroRad è stato testato sulla ISS da cinque astronauti che lo hanno indossato giorno e notte mentre svolgevano i loro normali compiti, per vedere se ostacolava i loro movimenti.

"Per molte cose vitali come mangiare e dormire - cose che richiedono molto tempo - il giubbotto andava bene", ha detto Milstein. Tuttavia, il giubbotto ha impedito alcuni movimenti come sollevare le braccia sopra la testa, il che ha reso più difficili attività come lo scarico di un veicolo da carico.

"Scaricare un veicolo da carico è impegnativo perché tutto galleggia", ha detto Kelly. "Quando prendi un sacco di oggetti da una borsa e apri la borsa e tutti iniziano a volare via e devi farcela, diventa una sfida”. Ha detto che la sfida era principalmente mentale, poiché richiede agli astronauti di essere estremamente attenti e metodico. Ma qualsiasi urto di movimento renderà più difficile un compito già difficile.

"La microgravità rende quasi tutto più difficile da fare", ha detto Kelly.

Per rendere il gilet il più flessibile possibile senza sacrificare la protezione, è composto da migliaia di esagoni di varia profondità inseriti in una rete. Ciò consente ad alcune aree di avere una protezione più spessa di altre (come una maggiore protezione sui polmoni) pur rimanendo sufficientemente flessibili da consentire il movimento. Il gilet è attualmente disponibile in due taglie, per corpi maschili e femminili, ma ci sono piani per un modulare sistema che permetterebbe al gilet di accorciarsi o allungarsi per accogliere più taglie diverse corpi.

Testare la protezione in uno scenario reale

I test eseguiti sull'AstroRad sulla ISS servivano a capire il comfort e la vestibilità dei giubbotti per gli astronauti, ma non hanno valutato la quantità di radiazioni bloccate. Per questo, il modo migliore per testare l'efficacia del giubbotto è vederlo in una situazione paragonabile a una vera missione con equipaggio.

Ecco perché la missione Artemis I, che era senza equipaggio, includeva i due manichini Helga e Zohar che sono a forma di torso e pieni di rivelatori. I due torsi sono progettati per rilevare le particelle di radiazioni in arrivo e uno indosserà il giubbotto in modo che le squadre possano vedere quanto sia efficace il giubbotto nel fermare questa radiazione. Durante il volo di 25 giorni dalla Terra attorno alla luna e ritorno, saranno esposti allo stesso ambiente di radiazioni che saranno gli astronauti nelle missioni future.

“Per la prima volta in assoluto, saremo in grado di quantificare la dose di radiazioni e la penetrazione delle radiazioni nel corpo nello spazio profondo, qualcosa che non è mai stato fatto. E allo stesso tempo, convalidare una potenziale contromisura", ha affermato Milstein. "Sarà un tesoro di dati sulla suscettibilità umana alle radiazioni a livello di organi nello spazio profondo".

L'obiettivo di AstroRad è la protezione dalle radiazioni ionizzanti poiché queste sono le più pericolose per la salute umana. Ma questo test mostrerà anche se il giubbotto è efficace nel fermare un altro tipo di radiazione, chiamata raggi cosmici galattici. Questa radiazione di fondo è difficile da bloccare, quindi il vantaggio sarà probabilmente solo minore, ma sono tutti dati utili per future misure di protezione.

La psicologia della gestione del rischio

L'esplorazione dello spazio comporta sempre un certo grado di rischio e agli astronauti viene insegnato a compartimentare questa realtà come parte del loro lavoro. "Sei addestrato a concentrarti sul tuo lavoro e sulle cose che puoi controllare e ignorare tutto il resto", ha spiegato Kelly. "Sei consapevole del rischio ma non ti lasci inabilitare."

Le radiazioni sono solo uno dei tanti rischi che gli astronauti devono affrontare. Tuttavia, a differenza dei rischi immediati come i fallimenti del lancio, le radiazioni sono "questo rischio sconosciuto", ha detto Kelly. "È un rischio persistente a cui ti esponi per il resto della tua vita."

C'è un obbligo morale per le agenzie spaziali di mantenere i propri astronauti il ​​più al sicuro possibile sia in termini di rischi immediati che in termini di impatti sulla salute a lungo termine. Per le missioni Artemis sulla luna e per le future esplorazioni con equipaggio più lontano, la protezione dalle radiazioni sarà una parte importante di tutto ciò.

Per Kelly, la chiave del suo approccio alla gestione del rischio è l'equilibrio, che comporta la mitigazione dei rischi che possono essere affrontati e la gestione di quelli che non possono esserlo. "Lo rendiamo il più sicuro possibile entro limiti ragionevoli", ha detto. "Se volessi che le cose fossero sicure al 100%, non usciresti mai di casa."

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