NASA's plan om Mars-astronauten te beschermen tegen straling

De Artemis I-missie, die onlangs een historische testvlucht rond de maan voltooide, had geen astronauten aan boord, maar wel twee zeer speciale passagiers: Helga en Zohar, een paar zeer anatomisch gedetailleerde dummy-torso's, waarvan er één een speciaal stralingsafschermend vest droeg voor de reis. Hun missie? Meet de blootstelling aan straling in de verre ruimte en bepaal of een vest astronauten kan helpen beschermen tegen de onzichtbare gevaren van de ruimte.

Om meer te weten te komen over de dreiging van ruimtestraling en hoe je astronauten ertegen kunt beschermen, spraken we met de CEO van het bedrijf dat het vest maakt, StemRad, evenals gepensioneerde NASA-astronaut Scott Kelly, een veteraan van ruimtestationmissies die bekend staat om zijn rol in het onderzoek naar astronauten gezondheid.

De onzichtbare gevaren van straling

Hier op aarde worden we beschermd tegen gevaarlijke straling door de magnetosfeer van de planeet. Het magnetische veld rond de aarde vangt straling op in twee gebieden die de Van Allen-gordels worden genoemd, waardoor het veilig is voor ons aan de oppervlakte. Maar wanneer astronauten verder gaan dan een lage baan om de aarde, zoals ze moeten om de maan te bezoeken (en andere potentiële locaties in het zonnestelsel, zoals Mars), worden ze blootgesteld aan gevaarlijke straling.

Op de lange termijn wordt blootstelling aan deze straling, die bestaat uit geladen deeltjes van de zon, zonne-energie genoemd winden, deeltjes die worden uitgestoten in coronale massa-ejecties en kosmische straling - kunnen leiden tot een verscheidenheid aan gezondheidsproblemen problemen. Het belangrijkste is dat blootstelling aan straling de kans vergroot dat iemand kanker of verschillende degeneratieve ziekten krijgt. Daarom hebben NASA en andere ruimteagentschappen een limiet gesteld aan de hoeveelheid straling waaraan een astronaut gedurende zijn hele leven kan worden blootgesteld.

De blootstelling die astronauten ervaren in een orbitale omgeving zoals het International Space Station veel minder dan ze zouden ervaren tijdens een reis naar de maan, maar het is nog steeds genoeg om de bemanning te beïnvloeden. "Soms zie je kosmische stralen je oogbol raken, en je realiseert je dat dat straling is en het gaat ook door zowel je lichaam als je ogen”, zegt Scott Kelly, die meerdere missies op het internationale ruimtestation ISS heeft uitgevoerd (ISS). "Dus het is iets waarvan je je bewust bent."

Waag je buiten de magnetosfeer

Met de plannen van NASA om mensen terug naar de maan te sturen en uiteindelijk een bemande missie naar Mars te sturen, is de kwestie van blootstelling aan straling een grote zorg. Eerdere missies naar de maan onder het Apollo-programma duurden slechts een paar dagen, en de astronauten waren dat ook gelukkig geen zonnedeeltjesgebeurtenissen meegemaakt die de stralingsniveaus verhoogden in de tijd dat ze waren weg. Maar voor missies die weken of zelfs maanden duren, hebben we een oplossing nodig om astronauten tegen straling te beschermen.

Dat is waar het AstroRad-vest om de hoek komt kijken. Het vest is gemaakt van een waterstofrijk polymeermateriaal en bedekt het bekken en de romp, waardoor de meest kwetsbare organen worden beschermd tegen zonnestraling. Het lijkt misschien verrassend dat stralingsbescherming alleen op bepaalde delen van het lichaam kan worden toegepast, en Oren Milstein, CEO van StemRad, zei dat veel van degenen in de ruimtevaartindustrie aan wie hij het idee pitchte, verrast waren te. Maar volledige lichaamsbescherming zou ongelooflijk omslachtig zijn, en de beste bescherming zou iets zijn dat astronauten daadwerkelijk kunnen dragen en toch hun werk kunnen doen.

In plaats van een alles-of-nietsbenadering kan selectieve bescherming doeltreffendheid en bruikbaarheid met elkaar in evenwicht brengen. Als u enkele van de meest kwetsbare organen, zoals longen of borstweefsel, kunt beschermen, kunt u mensen helpen beschermen zonder ze al te veel te belasten.

Cumulatieve risico's conceptualiseren

Als mensen zijn we er vaak meer aan gewend om over risico's te denken in termen van onmiddellijk gevaar dan als een cumulatief proces. Denk eens na over het verschil tussen vliegangst en de manier waarop we denken over gezondheidsrisico's op de lange termijn, zoals roken. En als het om de ruimte gaat, is het normaal om na te denken over gevaren in termen van falende raketten of ontploffende ruimtevaartuigen, en moeilijker voor te stellen hoe cumulatieve blootstelling aan straling eruit ziet.

Een van de belangrijkste manieren om de cumulatieve blootstelling te verminderen, is door bescherming te bieden die goed genoeg is om enige bescherming te bieden, maar die ook, heel belangrijk, comfortabel genoeg is om door astronauten te worden gedragen. "We willen iets dat je niet alleen beschermt, maar ook iets is dat je zou willen dragen", zei Kelly. Hij is lid van de adviesraad van StemRad en heeft een bijzonder begrip van de gezondheidsproblemen waarmee astronauten worden geconfronteerd, aangezien hij deel uitmaakte van NASA's baanbrekende tweelingstudie over de effecten van ruimtevluchten op het menselijk lichaam.

Een vest beschermt lichaamsdelen en laat toch bewegingsvrijheid toe. En het kan effectief zijn, zelfs als het maar een deel van de tijd wordt gedragen, zoals Milstein opmerkte: "Het is niet alles of niets in termen van gebruiksduur. U kunt het product slechts 70 procent van de tijd gebruiken en het zal nog steeds zeer nuttig zijn. U kunt het afdoen om te douchen of om inspannende activiteiten zoals lichaamsbeweging te doen. Omdat straling een cumulatief iets is.

Het belang van ergonomie

Om een ​​vest praktisch te laten zijn tijdens ruimtevluchten, moeten astronauten zich vrij kunnen bewegen terwijl ze het dragen. De AstroRad is op het ISS getest door vijf astronauten die hem dag en nacht droegen tijdens hun normale taken, om te zien of het hun bewegingen belemmerde.

"Voor veel van de vitale dingen zoals eten en slapen - dingen die veel tijd kosten - was het vest prima," zei Milstein. Het vest belemmerde echter bepaalde bewegingen, zoals het optillen van hun armen boven het hoofd, waardoor taken zoals het uitladen van een vrachtauto moeilijker werden.

"Het lossen van een vrachtauto is een uitdaging omdat alles drijft," zei Kelly. "Als je een heleboel items uit een tas haalt en je opent de tas en ze beginnen allemaal weg te drijven en je moet dat beheren, het wordt een uitdaging.” Hij zei dat de uitdaging vooral een mentale uitdaging was, omdat astronauten uiterst voorzichtig moeten zijn en methodisch. Maar elke botsing van beweging zal een toch al moeilijke taak moeilijker maken.

"Microzwaartekracht maakt zo ongeveer alles moeilijker om te doen," zei Kelly.

Om het vest zo flexibel mogelijk te maken zonder aan bescherming in te boeten, is het gemaakt van duizenden zeshoeken van verschillende dieptes die in een gaas passen. Hierdoor kunnen bepaalde gebieden een dikkere bescherming hebben dan andere (zoals meer bescherming over de longen), terwijl ze nog steeds flexibel genoeg zijn om beweging mogelijk te maken. Het vest is momenteel verkrijgbaar in twee maten, voor mannen- en vrouwenlichamen, maar er zijn plannen voor een modulaire systeem waarmee het vest korter of langer kan worden om plaats te bieden aan meer verschillende maten lichamen.

Bescherming testen in een real-world scenario

De tests die op de AstroRad op het ISS werden uitgevoerd, waren bedoeld om het comfort en de pasvorm van de vesten voor astronauten te begrijpen, maar ze beoordeelden niet de hoeveelheid straling die werd tegengehouden. Daarom is de beste manier om de effectiviteit van het vest te testen, het te zien in een situatie die vergelijkbaar is met een echte bemande missie.

Dat is de reden waarom de Artemis I-missie, die niet geschroefd was, de twee dummy's Helga en Zohar omvatte, die torsovormig zijn en gevuld met detectoren. De twee torso's zijn ontworpen om binnenkomende stralingsdeeltjes te detecteren, en één zal het vest dragen zodat de teams kunnen zien hoe effectief het vest is in het stoppen van deze straling. Tijdens de 25-daagse vlucht van de aarde rond de maan en terug, zullen ze worden blootgesteld aan dezelfde stralingsomgeving die astronauten zullen zijn in toekomstige missies.

"Voor de allereerste keer zullen we in staat zijn om de stralingsdosis en de stralingspenetratie in het lichaam in de verre ruimte te kwantificeren - iets dat nog nooit is gedaan. En valideer tegelijkertijd een mogelijke tegenmaatregel, 'zei Milstein. "Het wordt een schat aan gegevens over de menselijke gevoeligheid voor straling op orgaanniveau in de verre ruimte."

De focus van AstroRad ligt op bescherming tegen ioniserende straling, aangezien dit het gevaarlijkst is voor de menselijke gezondheid. Maar deze test zal ook uitwijzen of het vest effectief is in het tegenhouden van een ander type straling, de zogenaamde galactische kosmische straling. Deze achtergrondstraling is moeilijk te blokkeren, dus het voordeel zal waarschijnlijk maar gering zijn, maar het zijn allemaal nuttige gegevens voor toekomstige beschermingsmaatregelen.

De psychologie van risicomanagement

Het verkennen van de ruimte brengt altijd een zekere mate van risico met zich mee, en astronauten wordt geleerd om deze realiteit in hokjes te plaatsen als onderdeel van hun werk. "Je bent getraind om je te concentreren op je werk en dingen die je onder controle hebt, en al het andere te negeren", legt Kelly uit. "Je bent je bewust van het risico, maar je laat het je niet uitschakelen."

Straling is slechts een van de vele risico's waarmee astronauten te maken hebben. In tegenstelling tot directe risico's zoals mislukte lanceringen, is straling echter "dit onbekende risico", zei Kelly. "Het is een aanhoudend risico waaraan je jezelf de rest van je leven blootstelt."

Er is een morele verplichting voor ruimteagentschappen om hun astronauten zo veilig mogelijk te houden, zowel in termen van onmiddellijke risico's als in termen van gezondheidseffecten op de lange termijn. Voor de Artemis-missies naar de maan en voor toekomstige bemande verkenningen verder weg, zal stralingsbescherming daar een belangrijk onderdeel van zijn.

Voor Kelly is balans de sleutel tot zijn benadering van risicobeheer, wat inhoudt dat de risico's worden beperkt die kunnen worden aangepakt en de risico's worden aangepakt die niet kunnen worden aangepakt. "We maken het zo veilig als redelijkerwijs mogelijk is", zei hij. "Als je wilde dat dingen 100% veilig waren, zou je je huis nooit verlaten."

Aanbevelingen van de redactie

• NASA herstelt contact met Mars-helikopter na negen weken stilte
• NASA-vrijwilligers zullen een jaar lang in een gesimuleerde Mars-habitat leven
• Hoe je vrijdag twee Amerikaanse astronauten kunt zien tijdens een ruimtewandeling in het ISS
• NASA verloor een week lang het contact met de Mars Ingenuity-helikopter, maar het is nu in orde
• NASA's skywatching-tips voor juni omvatten Mars in de bijenkorf