Prsluk za zaštitu od radijacije prošao lunarni test misije Artemis I, mogao bi koristiti astronautima na Mjesecu i Marsu

Više od 50 godina nakon posljednje misije programa Apollo, NASA-in program Artemis ima za cilj vratiti ljude na Mjesec. Da bi ovaj projekt uspio, potrebno je zaštititi astronaute od Sunčevog zračenja, posebno intenzivnog i nepredvidivog zračenja tokom solarnih oluja. Obložiti cijelu svemirsku letjelicu dovoljno debelim slojem zaštite od radijacije i dalje je nepraktično zbog ograničenja u pogledu mase, ali oblačenje astronauta u zaštitnu odjeću moglo bi biti korisno.

U novoj studiji istraživači su eksperimentisali s prslukom AstroRad, koji je dizajnirala izraelska startup kompanija StemRad uz podršku Izraelske svemirske agencije i zrakoplovnog giganta Lockheed Martin. Odjevni predmet napravljen je kako bi zaštitio astronaute od eksplozija na Suncu poznatih kao solarni događaji čestica.

"Zračenje u svemiru je neizbježno, a jedan veliki solarni događaj čestica može značajno doprinijeti životnom riziku astronauta od raka izazvanog zračenjem. Značajnim smanjenjem tog doprinosa, lična zaštita mogla bi biti posebno važna za buduće misije na Mjesec i Mars", rekao je za Space.com Oren Milstein, koautor studije te izvršni direktor i suosnivač kompanije StemRad.

Kada je riječ o zaštiti od zračenja, olovo je odlično u blokiranju opasnih oblika svjetlosti, poput rendgenskih i gama zraka. Međutim, olovo je mnogo manje učinkovito u zaštiti od vrsta opasnih čestica koje mogu velikom brzinom prolaziti kroz svemir. Naprimjer, kada brzi elektroni visoke energije poznati kao beta čestice, udare u guste atome olova, mogu izazvati pljusak rendgenskih zraka koji je štetniji od samih beta čestica. Ako neutroni udare u atome olova, mogu izbaciti mlaz neutrona iz jezgara tih atoma, čime se pogoršava utjecaj zračenja.

Umjesto toga, AstroRad se oslanja na plastiku visoke gustoće bogatu vodikom. Među elementima, vodik ima najveću gustoću elektrona po atomu, što može pomoći u stvaranju guste zaštite od nadolazećih čestica. Istovremeno, atomi vodika uobičajeno nemaju neutrone, pa ako neutroni udare u njih, ne mogu proizvesti onu vrstu opasnih mlazova neutrona koji se mogu pojaviti kod atoma olova.

Osim toga, plastika u prsluku AstroRad mnogo je lakša od olova. Zbog toga je lakše kretati se u odjeći koja sadrži ovu plastiku, a ona je praktičnija za svemirske misije u kojima je masa veliko ograničenje.

Naučnici su spojili hiljade heksagonalnih štapića krute plastike, poput krljušti, kako bi napravili fleksibilnu odjeću. Sveukupno, svaki prsluk je težak oko 26 kilograma.

Naučnici su razvili prsluk umjesto odijela koje pokriva cijelo tijelo ili kacige zato što "različiti organi i tkiva imaju vrlo različitu osjetljivost na zračenje, pa zaštita svakog dijela tijela u jednakoj mjeri nije najučinkovitiji pristup. Istovremeno, odijelo koje pokriva cijelo tijelo bilo bi mnogo teže obući i kretati se u njemu", rekao je za Space.com Jordan Houri, koautor studije i vodeći naučnik za istraživanje svemira u kompaniji StemRad.

Debljina zaštite od zračenja na prsluku AstroRad određena je na osnovu osjetljivosti organa koji se nalaze ispod nje. Ova strategija omogućava oko 30 posto veće smanjenje doze zračenja koju osoba primi u poređenju s raspoređivanjem iste količine zaštitnog materijala ravnomjerno po cijelom tijelu, rekao je Houri.

Istraživači su testirali svoj prsluk tokom NASA-ine bespilotne lunarne misije Artemis I krajem 2022. godine, koristeći dvije izuzetno složene lutke poznate kao fantomi. Ovi umjetni trupovi napravljeni su od plastike koja je oponašala gustoću ljudskog tkiva, kostiju i organa, a svaki od njih bio je opremljen s više od 5.600 senzora za zračenje postavljenih na njima i unutar njih.

Dva torza dizajnirana su kao odrasle žene, jer su prethodna istraživanja pokazala da su dojke i jajnici posebno osjetljivi na oštećenja izazvana zračenjem.

"Predviđa se da će žene biti izložene većem riziku od raka izazvanog zračenjem. Ciljana zaštita mogla bi pomoći u smanjenju razlike u tom riziku između astronautkinja i astronauta", kazao je Milstein.

Budući da su ovi "fantomi" oponašali žene, dobili su ženska imena, a to su Zohar i Helga.

"Helgu je eksperimentu ustupio Njemački svemirski centar, a Helga je tradicionalno njemačko ime. Zohar je ustupila Izraelska svemirska agencija, koja je ime odabrala putem kampanje za uključivanje javnosti. Zohar je tradicionalno hebrejsko ime koje znači 'sjaj', što smo smatrali posebno prikladnim", objasnio je Milstein.

Zohar i Helga letjele su smještene u NASA-inoj svemirskoj letjelici Orion. Zohar je imala prsluk AstroRad, a Helga ne. Iako Orion tokom svoje 26-dnevne misije do Mjesečeve orbite i nazad nije naišao na značajan solarni izboj, istraživači su mogli izračunati koliko bi solarnog zračenja astronauti mogli doživjeti na osnovu onoga čemu su fantomi bili izloženi dok su prolazili kroz unutrašnji Van Allenov pojas zračenja koji okružuje Zemlju.

Kada su naučnici analizirali ranije solarne događaje čestica, otkrili su da bi prsluk AstroRad značajno smanjio dozu zračenja koju bi osoba primila tokom tih izboja, naprimjer, za gotovo 60 posto tokom solarnog događaja čestica koji se dogodio u augustu 1972. godine.

"Prvobitno smo očekivali nešto bliže 45 posto, pa smo, kada smo prvi put vidjeli rezultat, pomislili da se moramo vratiti i pronaći grešku. Umjesto toga, detaljna analiza pokazala je da je AstroRadov pristup, koji podrazumijeva ciljanu zaštitu organa i tkiva najosjetljivijih na zračenje, bio još učinkovitiji nego što smo predviđali", rekao je Houri.

Takvo smanjenje moglo bi astronaute poštedjeti ekvivalenta od čak 193 dana izloženosti zračenju dubokog svemira.

"Najvažnija implikacija je da bi AstroRad mogao pomoći u prevazilaženju jednog od najvećih zdravstvenih izazova koji ograničavaju dugotrajno istraživanje svemira izvan Zemlje s ljudskom posadom", istakao je Milstein.

AstroRad nije nešto što bi astronauti nosili neprekidno tokom cijele misije.

"AstroRad je razvijen kao hitna protumjera za solarne događaje čestica, pa bi ga astronauti nosili samo kada je nivo zračenja povišen, obično tokom perioda od nekoliko sati ili dana", objasnio je Houri.

"Ipak, iako to nije nešto što bi astronauti morali nositi tokom cijele misije, prsluk smo dizajnirali tako da ostane upotrebljiv mnogo sati u kontinuitetu", rekao je Milstein.

Tokom testiranja prsluka na Međunarodnoj svemirskoj stanici, nekoliko članova posade čak je spavalo noseći ga na sebi.

Nivo zaštite od zračenja koji je pružao prsluk AstroRad bio je sličan onome koji pruža sklonište od solarnih oluja unutar svemirske letjelice Orion, uz omogućavanje astronautu koji ga nosi da napusti sklonište i nastavi obavljati ključne zadatke misije. AstroRad se može koristiti samostalno ili zajedno sa skloništem, ali jedna od njegovih glavnih prednosti jeste to što astronaut može ostati zaštićen dok se kreće po kabini i obavlja ključne operacije misije, umjesto da ostane unutar skloništa", izjavio je Houri.

Naučnici sada istražuju je li moguće proizvoditi zaštitu od zračenja u svemiru koristeći materijale koji su dostupni na letjelici.

"U saradnji s floridskom zrakoplovnom kompanijom Redwire, već smo pokazali da je moguće 3D printati komponente AstroRada od recikliranog polietilena na Međunarodnoj svemirskoj stanici", zaključio je Milstein.