NASA trabalha em uma tecnologia para proteger os astronautas da radiação de Marte

A NASA está trabalhando em uma tecnologia que irá permitir uma viagem para Marte por volta do ano 2030.

Em 7 de agosto de 1972, no coração da era Apollo, uma enorme explosão solar aconteceu na atmosfera do sol. Juntamente com uma explosão gigantesca de luz em quase todos os comprimentos de onda, esse evento ocasionou um aceleramento de uma onda de partículas. Principalmente prótons e alguns elétrons com alguns elementos mais pesados, está mistura catastrófica teria sido fatal a qualquer pessoa fora da bolha magnética protetora da Terra. Felizmente, a tripulação da Apollo 16 tinha retornado ao planeta cinco meses antes escapando por pouco deste evento poderoso.

Foi somente nos primeiros dias de voo espacial humano, que os cientistas foram entendem que eventos ocorridos no Sol poderiam afetar todo o espaço, e também afetar os seres humanos e a tecnologia. Hoje com o resultado de uma extensa pesquisa sobre a radiação espacial, temos uma compreensão muito melhor do nosso ambiente espacial, seus efeitos, e as melhores formas de proteger os astronautas em todas as partes cruciais da missão da NASA em enviar seres humanos a Marte.

O filme “The Martian”(O Marciano, ou Perdido em Marte), destaca os perigos que poderíamos enfrentar com a radiação em uma ida para Marte. Enquanto a missão no filme é fictícia, a NASA já começou a trabalhar na tecnologia que permitira uma viagem ao planeta vermelho em 2030. No filme o habitat dos astronautas no planeta, os protege da radiação, e isso é a tecnologia crucial para proporcionar tal viagem.

Desde uma blindagem melhorada ao tratamento biomédico avançado, a NASA estuda atualmente como proteger os astronautas e os eletrônicos da radiação, esforços que terão de se incorporados em todos os aspectos do planejamento da missão a Marte, desde o design da nave até os protocolos de caminhada no espaço.

“O ambiente espacial radioativo será uma consideração crítica para tudo na vida diária dos astronautas, tanto no trajeto entre a Terra e Marte, quanto na superfície do planeta vermelho”, disse Ruthan Lewis, arquiteto e engenheiro do programa espacial de voos tripulados no Centro Espacial de Voos Goddard da NASA, em Greenbelt no estado de Maryland. “Você está sempre sendo bombardeado constantemente por uma certa quantidade de radiação”

A radiação em sua forma mais básica, é simplesmente ondas ou partículas sub-atômicas que transportam energia para outra entidade, seja um astronauta ou uma nave espacial. A principal preocupação no espaço é a radiação de partículas energéticas que podem atravessar a pele humana, depositando energia radioativa por onde ela passar, danificando as células e o DNA . este dano pode significar um risco maior de câncer mais tarde na vida, ou na pior das hipóteses, doença de radiação aguda durante a missão, se a dose de partículas energéticas forem grandes o suficiente.

Felizmente para nós, a proteção natural da Terra bloqueia todos, menos a partícula mais energética, de atingir a superfície. Uma bolha magnética grande, chamada magnetosfera, desvia a grande maioria delas e protege o nosso planeta. E nossa atmosfera posteriormente absorve a maioria das partículas antes de através essa bolha. É importante salientar, uma vez que a Estação Espacial Internacional (ISS) está em órbita baixa perto da Terra e dentro da magnetosfera, ela também fornece uma grande medida de proteção para nossos astronautas.

“Nós temos os instrumentos que medem o ambiente de radiação dentro da ISS, onde a tripulação está, e até mesmo fora da estação”, disse Kerry Lee, um cientista do Centro Espacial Johnson da NASA em Houston.

Esse monitoramento da tripulação da ISS também inclui rastreamento das doses de radiação de curto e longo prazo  para cada astronauta a fim de avaliar o risco de doenças relacionadas com a radiação. Embora a Agencia tenha limites de radiação conservadoras maior do que os trabalhadores de radiação permitidos na Terra, os astronautas são capazes de permanecer bem abaixo do limite da NASA enquanto vivem e trabalham na ISS, dentro magnetosfera do nosso planeta.

Mas uma viagem para Marte exige aos astronautas saírem muito mais longe, além da proteção da bolha magnética da Terra.

“Há um monte de pesquisa científica que deve ser feito em Marte, mas uma viagem para o espaço interplanetário tem mais risco de radiação do que trabalhar em órbita baixa da Terra“, disse Jonathan Pellish, um engenheiro de radiação espacial em Goddard.

Uma missão humana a Marte significa enviar astronautas ao espaço interplanetário por um período mínimo de um ano, mesmo com uma estadia muito curta no Planeta Vermelho. Quase todo esse tempo, eles irão estar fora da magnetosfera, expostos à radiação e o ambiente rigoroso do espaço. O planeta vermelho não tem campo magnético global para desviar partículas energéticas, e sua atmosfera é muito mais fina do que o da Terra, de modo que vai ter apenas uma proteção mínima, mesmo na superfície de Marte.

Ao longo de toda a viagem, os astronautas devem estar protegidos de duas fontes de radiação. Primeiro vem do sol, que regularmente lança um fluxo constante de partículas solares, bem como ocasionais rajadas maiores após as explosões gigantes. Estas partículas energéticas são quase todas prótons, e, embora o sol insondavelmente liberta um grande número deles, a energia dos prótons é suficientemente baixa para que estrutura do veículo espacial possa proteger fisicamente os tripulantes.

Galeria de imagens conceito de trajes espaciais.

A atividade solar contribui fortemente para o ambiente radioativo nas profundezas do espaço, e uma melhor compreensão da modulação do sol e deste ambiente de radiação permitirá tomar melhores decisões para uma futura missão a Marte. A NASA atualmente opera uma frota de naves espaciais que estudam o sol e o ambiente espacial em todo o sistema solar. Observações desta área de investigação, conhecida como “heliophysics”, ajudar-nos a compreender melhor a origem das erupções solares e os efeitos que esses eventos de radiação espacial têm sobre o meio ambiente global.

“Se nós sabermos exatamente o que está acontecendo, nós não precisamos ser tão conservadores com nossas estimativas, o que nos dá mais flexibilidade ao planejar a missão”, disse Pellish.

A segunda fonte de partículas energéticas é mais difícil de proteger. Estas partículas vêm de raios cósmicos galácticos, muitas vezes conhecido como GCRs. Eles são partículas aceleradas até perto da velocidade da luz que atirar em nosso sistema solar de outras estrelas na Via Láctea ou mesmo outras galáxias.

Assim como as partículas solares, os raios cósmicos galácticos são principalmente prótons. No entanto, alguns deles são elementos mais densos, desde hélio até elementos mais pesados. Estas partículas mais energéticas podem atravessar os átomos do material que eles atingem, como no astronauta, as paredes de metal de uma nave espacial, o habitat, ou veículo, fazendo com que as partículas subatômicas deem um banho na estrutura. Esta radiação secundária, como é conhecida, pode atingir um nível perigoso.

Há duas maneiras de se proteger destas partículas de maior energia e sua radiação secundária: usar muito mais massa de materiais tradicionais de naves espaciais, ou usar materiais de blindagem mais eficientes.

O grande volume de material em torno de uma estrutura iria absorver as partículas energéticas e a radiação das partículas secundárias antes que pudessem alcançar os astronautas. No entanto, usando massa pura para proteger os astronautas seria proibitivamente caro, uma vez que mais massa significa mais combustível necessário para o lançamento.

Utilizar materiais que protegem de forma mais eficiente seria reduzir o peso e custo, mas encontrar o material certo precisa de uma investigação e engenhosidade . A NASA está atualmente investigando um punhado de possibilidades que poderiam ser usados em qualquer coisa, desde a espaçonave ao habitat de Marte até nos trajes espaciais.

“A melhor maneira de parar a radiação de partículas é fazer algo que tenha um tamanho similar”, disse Pellish. “Caso contrário, ela pode ser como você estivesse em um triciclo indo contra um trator.”

Porque prótons e nêutrons são semelhantes no tamanho, um elemento bloqueia ambos extremamente bem, é o hidrogênio, que comumente é composto por apenas um único próton e um elétron. Convenientemente, o hidrogênio é o elemento mais abundante no universo, e compõe partes substanciais de alguns compostos comuns, como água e plásticos, como o polietileno.

Engenheiros poderiam tirar proveito da massa já exigida pelo tratamento do lixo dos astronautas em telhas de plástico utilizadas para reforçar a proteção contra as radiações. A água, já exigida para a tripulação, poderia ser armazenada de forma estratégica para criar uma espécie de abrigo da tempestade de radiação na nave espacial ou no habitat. No entanto, essa estratégia vem com alguns desafios, a tripulação teria de usar a água e, em seguida, substituí-la com água reciclada a partir dos sistemas de suporte avançado de vida.

O polietileno, o mesmo plástico comumente encontrados em garrafas de água e sacolas de supermercado, também tem potencial como um candidato para proteção contra radiações. Ele é muito rico em hidrogênio e relativamente barato de produzir, no entanto, não é forte o suficiente para construir uma grande estrutura, especialmente uma nave espacial, o que passa por altas temperaturas e forças extremas durante o lançamento. E adicionando polietileno a uma estrutura metálica acrescentaria bastante massa, ou seja mais combustível seria necessário para o lançamento.

“Fizemos progressos na redução da blindagem contra essas partículas energéticas, mas ainda estamos trabalhando para encontrar um material que seja um bom escudo e pode agir como a estrutura principal da nave espacial”, disse Sheila Thibeault, pesquisadora de materiais no Centro de Pesquisa Langley da NASA em Hampton, Virginia.

Um material em desenvolvimento na NASA tem o potencial de fazer os dois trabalhos: Nanotubos de nitreto de boro hidrogenado, conhecido como BNNT hidrogenado, são minúsculos, os nanotubos feitos de carbono, boro e nitrogênio, com hidrogênio intercalados em todo os espaços vazios deixados entre os tubos. O boro é também um excelente absorvedor de nêutrons secundários, tornando o BNNT hidrogenado um material de proteção ideal.

“Este material é muito forte, mesmo em altas temperaturas, o que é ótimo para a estrutura”, disse Thibeault.

Notavelmente, os pesquisadores fizeram com sucesso fios de BNNT, por isso é flexível o suficiente para ser inserido no tecido dos trajes espaciais, proporcionando aos astronautas uma proteção contra a radiação significativa, mesmo quando eles estão realizando caminhadas espaciais a caminho de Marte ou fora na dura superfície marciana. Embora os BNNTs hidrogenados ainda estão em desenvolvimento e testes, eles têm o potencial para ser um dos nossos materiais estruturais chave para blindagem, em trajes espaciais, habitats e veículos espaciais que serão usados em Marte.

Protetores físicos não são a única opção para parar radiação de partículas de alcançar os astronautas: Os cientistas também estão explorando a possibilidade de construção de campos de força. Campos de força não são apenas o reino da ficção científica: Assim como o campo magnético da Terra nos protege de partículas energéticas, um campo, relativamente pequeno, bem localizado, elétrico ou magnético, se fosse forte o suficiente e com uma configuração correta, seria capaz de criar uma bolha protetora em torno de uma nave espacial ou habitat. Atualmente, esses campos levariam uma quantidade proibitiva de poder e material estrutural para ser criado em grande escala, de modo que é necessário mais trabalho para eles serem viáveis.

O risco de efeitos para a saúde também pode ser reduzido de forma operacional, tais como ter uma área especial da nave espacial ou no habitat de Marte que poderia ser um abrigo da tempestade de radiação; preparação para a caminhada no espaço e os protocolos de pesquisa para minimizar o tempo fora da nave espacial ou habitat mais substancialmente; e garantir que os astronautas podem retornar rapidamente para o habitat no caso de uma tempestade de radiação.

A redução do risco de radiação também pode ser abordada a partir do nível do corpo humano. Embora ainda esteja longe, uma medicação que iria combater alguns ou todos os efeitos na saúde da exposição à radiação tornaria ainda mais fácil planejar uma viagem segura de ida e volta para Marte.

“Em última análise, a solução para a radiação terá que ser uma combinação de coisas”, disse Pellish. “Algumas das soluções são a tecnologia que já temos, como materiais ricos em hidrogênio, mas alguns deles terão que ser necessariamente conceitos de ponta, os quais nem sequer pensamos ainda.”

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Esta é uma tradução livre feita por Suprimatec tendo como fonte, Sarah Frazier, da Centro Espacial Goddard para Voos da NASA via SciTech Daily, a publicação original em inglês poder ser vista clicando aqui. NASA is Working on Technology to Protect Astronauts from Space Radiation on Mars.

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