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Colete de proteção contra radiação aprovado no teste lunar Artemis I, pode proteger astronautas em missões à Lua e a Marte
Um colete de proteção contra radiação poderá um dia proteger os astronautas de explosões perigosas e aleatórias do sol, segundo um novo estudo.
Mais de 50 anos após a final Apolo missão, da NASA Programa Ártemis tem como objetivo devolver os seres humanos a lua. Para ter sucesso, este projeto deve proteger os astronautas da radiação solar, especialmente da intensa e imprevisível radiação proveniente de tempestades solares. Revestir uma espaçonave inteira com uma camada significativamente espessa de proteção contra radiação continua impraticável devido às restrições de peso, mas envolver os astronautas em roupas protetoras pode ser potencialmente útil.
No novo estudo, os pesquisadores experimentaram o Colete AstroRadque foi projetado pela startup israelense StemRad com o apoio da Agência Espacial de Israel e da gigante aeroespacial Lockheed Martin. A vestimenta foi criada para proteger os astronautas de explosões de o sol conhecidos como eventos de partículas solares.
“Radiação no espaço é inevitável, e um único grande evento de partículas solares pode fazer uma contribuição substancial para o risco de câncer induzido por radiação ao longo da vida de um astronauta”, disse o coautor do estudo Oren Milstein, CEO e cofundador da StemRad, ao Space.com. “Ao reduzir significativamente essa contribuição, a proteção pessoal pode ser particularmente importante para futuros lunares e Marte missões.”
Quando se trata de proteção contra radiação, o chumbo é excelente no bloqueio de formas perigosas de luz, como raios X e raios gama. No entanto, o chumbo é muito menos eficaz na defesa contra os tipos de partículas perigosas que podem ser lançadas através do espaço. Por exemplo, quando electrões rápidos de alta energia, conhecidos como partículas beta, atingem átomos densos de chumbo, podem desencadear uma chuva de raios X que é mais prejudicial do que as próprias partículas beta. E se os neutrões atingirem os átomos de chumbo, podem libertar uma pulverização de neutrões dos núcleos dos átomos, agravando o impacto da radiação.
Em vez disso, o AstroRad depende de um plástico de alta densidade rico em hidrogênio. Entre os elementos, o hidrogênio possui a maior densidade de elétrons por átomo, o que pode ajudar a criar um escudo denso para proteger contra a entrada de partículas. Ao mesmo tempo, os átomos de hidrogénio normalmente não têm neutrões, por isso, se os neutrões os atingirem, não podem gerar o tipo de sprays de neutrões perigosos que podem acontecer com os átomos de chumbo.
Além disso, o plástico do AstroRad é muito mais leve que o chumbo. Isto torna mais fácil a movimentação em roupas que incorporam plástico e mais prático para missões espaciais em que o peso é uma grande limitação.
Os cientistas combinaram milhares de hastes hexagonais de plástico rígido como escamas para criar uma vestimenta flexível. Ao todo, cada colete pesava cerca de 26 quilos.
Os cientistas desenvolveram um colete em vez de um traje completo ou capacete porque “diferentes órgãos e tecidos têm sensibilidades muito diferentes à radiação, portanto, proteger todas as partes do corpo igualmente não é a abordagem mais eficaz”, disse o co-autor do estudo Jordan Houri, cientista-chefe de exploração espacial da StemRad, ao Space.com. “Ao mesmo tempo, um traje completo seria muito mais difícil de vestir e movimentar-se.”
A espessura da blindagem do colete AstroRad baseou-se na sensibilidade à radiação dos órgãos subjacentes. Esta estratégia proporciona uma redução cerca de 30% maior na dose de radiação que uma pessoa recebe em comparação com a distribuição uniforme da mesma quantidade de proteção por todo o corpo, disse Houri.
Os pesquisadores testaram seu colete durante o desenroscamento da NASA Ártemis I missão lunar no final de 2022 usando um par de manequins extraordinariamente complexos chamados fantasmas. Esses torsos artificiais foram construídos com plástico que imitava a densidade dos tecidos, ossos e órgãos humanos, e cada um estava equipado com mais de 5.600 sensores de radiação neles.
Os dois fantasmas foram projetados para serem mulheres adultas, já que pesquisas anteriores descobriram que seios e ovários são especialmente suscetíveis a danos causados pela radiação.
“Prevê-se que as mulheres enfrentem um risco maior de cancro induzido pela radiação”, disse Milstein. “A blindagem direcionada poderia ajudar a diminuir a diferença de risco entre astronautas homens e mulheres.”
Como os fantasmas imitavam mulheres, receberam nomes de mulheres, Zohar e Helga. “Helga foi contribuída para o experimento pelo Centro Aeroespacial Alemão, e Helga é um nome tradicional alemão”, disse Milstein. “Zohar foi uma contribuição da Agência Espacial de Israel, que selecionou o nome através de uma campanha de divulgação pública. Zohar é um nome hebraico tradicional que significa ‘radiância’, o que achamos particularmente adequado.”
Zohar e Helga voaram sentados na NASA Órion nave espacial; Zohar estava equipado com um colete AstroRad, enquanto Helga não. Embora Orion não tenha encontrado um impacto significativo explosão solar durante sua missão de 26 dias à órbita lunar e vice-versa, os pesquisadores foram capazes de extrapolar quanta radiação solar os astronautas poderiam experimentar com base no que os fantasmas encontraram ao passar pelo interior. Cinto Van Allen da radiação que envolve a Terra.
Quando os cientistas analisaram eventos anteriores de partículas solares, descobriram que o colete AstroRad teria reduzido significativamente a dose de radiação de uma pessoa durante essas explosões – por exemplo, em quase 60% para um evento de partículas solares que aconteceu em agosto de 1972.
“Originalmente tínhamos previsto algo próximo de 45%, então quando vimos o resultado pela primeira vez, pensamos que precisávamos voltar atrás e encontrar um erro”, disse Houri. “Em vez disso, a análise detalhada mostrou que a abordagem da AstroRad de fornecer proteção direcionada aos órgãos e tecidos mais sensíveis à radiação foi ainda mais eficaz do que havíamos projetado”.
Tal redução poderia poupar aos astronautas o equivalente a 193 dias de exposição à radiação no espaço profundo. “A implicação mais importante é que o AstroRad poderia ajudar a superar um dos principais desafios de saúde que limitam a longevidade exploração humana além da Terra“, disse Milstein.
AstroRad não é algo que os astronautas usariam continuamente durante toda a missão, disse Houri. “O AstroRad foi desenvolvido como uma contramedida de emergência para eventos de partículas solares, de modo que os astronautas só o usariam quando os níveis de radiação fossem elevados, normalmente por períodos de horas ou dias”, explicou.
Ainda assim, “embora não seja algo que os astronautas precisem usar durante toda a missão, projetamos o colete para permanecer utilizável por muitas horas seguidas”, disse Milstein. Durante os testes com os coletes do Estação Espacial Internacional“vários membros da tripulação até dormiram com ele.”
O nível de proteção contra radiação fornecido pelo colete AstroRad foi semelhante ao fornecido pelo Abrigo contra tempestades a bordo da espaçonave Orion“ao mesmo tempo que permite que o astronauta que o usa saia do abrigo e continue as tarefas de missão crítica”, disse Houri. “O AstroRad pode ser usado sozinho ou em conjunto com um abrigo, mas uma de suas principais vantagens é que um astronauta pode permanecer protegido enquanto se movimenta pela cabine e realiza operações essenciais da missão, em vez de permanecer dentro do abrigo.”
Os cientistas estão agora investigando se é possível fabricar proteção contra radiação no espaço usando materiais de bordo. Por exemplo, em colaboração com a empresa aeroespacial Redwire da Flórida, “já demonstramos que é possível imprimir em 3D componentes AstroRad a partir de polietileno reciclado a bordo da Estação Espacial Internacional”, disse Milstein.
Os cientistas detalharam suas descobertas online hoje (12 de agosto) na revista Science Advances.
