Ricerca sul pericolo radiazioni per gli astronauti

Argomento buono da approfondire anche per i nostri amici complottisti.

Office of News Services University of Colorado-Boulder Boulder, Colorado

Contact:
Daniel Baker, (303) 492-4509
Jim Scott, (303) 492-3114

Oct. 25, 2006

Space Radiation Threats To Astronauts Addressed In Federal Research Study

A better understanding of solar storms and how best to protect astronauts
from space radiation is needed as NASA pushes toward manned missions to the
moon and Mars in the coming decades, according to a new National Research
Council report.

Researchers have been stepping up studies on radiation biology and space
shielding in recent years, said the University of Colorado at Boulder’s
Daniel Baker, chair of the committee that issued an NRC report this week
titled, “Space Radiation Hazards and the Vision for Space Exploration.” The
report probes the physical risks and technology obstacles of extended space
journeys and is tied to a 2004 presidential mandate to return to the moon by
2020 and then send human travelers on to Mars, said Baker, director of
CU-Boulder’s Laboratory for Atmospheric and Space Physics.

Baker, an internationally known space weather expert, said the report
brought together space physicists and radiation biologists, amplifying
common interests between the groups. “This was an important step,” he said.
“One of the benefits of this report is that we are beginning to lower the
error bar on the health impacts of space radiation to astronauts, and are
looking hard at other challenges like more accurate solar forecasting and
improved space engineering techniques.”

Astronauts are regularly exposed to high doses of radiation, including
galactic cosmic rays – thought to come from distant supernova explosions –
as well as energetic particles from the sun and charged particles trapped in
Earth’s magnetic field, he said.

Potential health effects include leukemia and other cancers, and
degenerative tissue effects like cataracts, heart disease, digestive
diseases and respiratory diseases, according to the report. Radiation also
can cause damage to the central nervous system and cause acute risks like
vomiting and nausea, said Baker.

“One concern is that astronauts could become ill from space radiation
effects and vomit in their space suits, which could be extremely serious,”
he said.

The report noted that a violent solar storm that occurred in August 1972
between the Apollo 16 and Apollo 17 missions could have been extremely
hazardous to astronauts had they been on the moon. The radiation exposure
levels would have varied depending on whether the astronauts were exploring
the lunar surface or were inside the landing vehicle, which would have
offered more protection, said the report.

“We know that this storm was large enough that it could have had potentially
fatal consequences to astronauts had they been on the moon at that time,”
said Baker.

The report also addresses the issue of “storm shelters” to protect
astronauts from harmful radiation, which can be built both inside spacecraft
or on the surface of the moon and Mars, Baker said. Such shelters could
include cylindrical “cocoons” of thick shielding material for astronauts to
crawl in or shelters lined with thick tanks filled with water, since water
is not only essential for space travel but also contains large amounts of
hydrogen, a proven buffer for mitigating harmful radiation, he said.

Plastic polymers containing large amounts of hydrogen also might be a
potentially useful building material for shielding, according to the report.
“There is always the possibility that a spacecraft can be blasted by
significant doses of radiation, and we need to take that into account when
designing spacecraft,” he said.

Soils on the moon and Mars also could be used to build efficient shelters
from solar storms, especially if astronauts were on extended expeditions
putting them hours away from base camps or space vehicles, Baker said. The
report recommends creating a “color-coded alert system” for intense solar
events that could be transmitted quickly to astronauts roaming alien soils,
he said.

A workshop on the issues – co-sponsored by NASA, the National Science
Foundation and the National Research Council – was held Oct. 16 to Oct. 20
in Wintergreen, Va. In September, NASA selected 12 radiation biology
proposals for funding that target reduction of health and safety risks for
astronauts, said Baker.

The National Research Council is a federal organization created by the
National Academy of Sciences in 1916 to bring together the American science
and technology community to advance knowledge and advise the federal
government.

[NOTE: The report is available for online viewing at
http://newton.nap.edu/catalog/11760.html ]

Indubiamente è un grosso problema. In orbita bassa equatoriale gli astronauti sono relativamente protetti dal campo magnetico terrestre, ma se vogliamo fare qualche puntatina fuori cominciano i problemi. Per avere una valida schermatura dovremo avere almeno un paio di metri d’acqua o di polietilene di spessore, ovvero sulle 2 tonnellatr/mq di superficie dell’abitacolo. Quindi le astronavi dovranno essere molto grandi.

Un saluto
Quaoar

Beh in caso di eventi eccezionali come brillamenti solari alla massima intensità, ma per un uso più “calmo” e normale le schermature necessarie sarebbero molto molto più ridotte, tanto che per la Luna bastano pochi cm di regolite per eliminare le radiazioni dannose… e basterebbe una piccola zona della “nave” più schermata per proteggere l’equipaggio da queste eventualità.

Sì, una sezione dell’astronave opportunamente preparata dovrebbe proteggere gli astronauti da un brillamento reputato dannoso. E’ auspicabile che gli apparati pressurizzati impiegati in simili missioni, impieghino speciali strati di aggiuntivi realizzati in materiali specifici atti a garantire maggior protezione all’equipaggio.

I flare hanno protoni da 200 MeV relativamente facili da schermare: gli storm cellar dell’ISS funzionano bene durante questi eventi. Il problema sono invece gli anioni pesanti relativistici del background galattico: pochi cm di regolite non offrirebbero alcuna protezione e aumenterebbero solo la radiazione secondaria peggiorando gli effetti. Meglio allora un sottile scafo di alluminio come gli Apollo, a patto naturalmente di fare una missione rapida di 2-3 settimane (tutti quelli che sono stati sulla Luna hanno però avuto problemi molto precoci di cataratta).
Se però vogliamo far stare nello spazio gli astronauti per un anno o due il discorso cambia: senza un valido schermo i nostri si beccherebbero una dose di almeno 25-50 REM/anno (a seconda dell’intensità del campo magnetico solare), con notevoli rischi.
Se vogliamo navi che girino per anni nel sistema solare, credo che bisognerà fare schermature molto pesanti, in materiali ad alto contenuto di idrogeno come l’acqua o il polietilene, oppure avere un forte campo magnetico che defletta le particelle cariche.

Un saluto
Quaoar

Che?! :?

Per la base lunare permanente si userà comunque, come detto, qualche cm di regolite.

Incuriosito ho cercato riguardo gli ‘anioni pesanti relativistici’, ed in effetti si trovano molti documenti a riguardo… Assolutamente preclusi alle mie povere capacità di comprensione… :scream:
Che volete, io più in là delle moltiplicazioni a due o tre sillabe non so andare… :stuck_out_tongue_winking_eye:

Salute e Latinum per tutti !

Ricordo lo straordinario romanzo “Space” di James Michener (lo stesso che ha scritto il celeberrimo “I ponti di Toko Ri”) in cui ipotizzava una missione Apollo 18 (la cui patch fu realmente prodotta per una miniserie tv omonima tratta dal romanzo, generando non poca confusione tra i complottisti che l’hanno scambiata per vera… hi hi hi), destinata a scendere sul lato non visibile della Luna, che finiva in tragedia a causa di un brillamento solare, nel romanzo morivano i due astronauti nel LEM mentre si salvava (uno dei protagonisti) a bordo dell’Apollo in orbita lunare (CSM “Altair” e LM “Luna”).

Una base lunare non ha grossi problemi: essendo un’istallazione fissa, non è vincolata da limiti di peso imposti dall’equazione di Tsiolkovsky come un’astronave e quindi può avere tutta la schermatura che vuole. Di regolite ce n’è veramente a tonnellate e basta interrarla d’un 4-5 metri o ricoprirla d’un analogo spessore formando una collinetta, che avrebbe anche il vantaggio di proteggerla dai minimeteoriti e il gioco è fatto.

un saluto
Quaoar

:smiley:
Caspita, se continui così ti capiscono in 5-6 su 420.
Dai, scherzo, ma davvero non devi preoccuparti di tenere un linguaggio superformale, anzi, a volte è più didattico il contrario, seppure sempre con un certo rigore. :wink:

Quaoar è tosto! :smiley:
Per la base Lunare problemi non ce ne sono. Regolite e fogli d’alluminio sulle pareti interne e mi pare di capire che lo schrmo antiradiazioni è fatto. Però, per quanto riguarda le schermature dei veicoli ho dei dubbi. Corazze in polimeri o acqua. Le radiazioni hanno la capacità di modificare la struttura degli atomi. Quindi un veicolo spaziale ipoteticamente progettato per fare da navetta Terra-Luna dovrebbe avere una “data di scadenza” dovuta al deterioramento delle sue strutture, nel senso che se la resistenza meccanica può rimanere invariata, la sua capacità di filtrare le radiazioni verrebbe meno con il tempo fino ad un livello critico. O no?

Uhmm no, o almeno non in tempi brevi, probabilmente non sarà quello il fattore limitante sull’utilizzabilità di un tug o qualsiasi altra cosa nel tempo, ci sono sistemi molto più soggetti a deterioramento.
In più considerando un tug la schermatura sarebbe inutile visto che non sarebbe abitato, mentre per un mezzo tipo CEV, la vita prevista di missione non supera comunque i 180 giorni in orbita lunare…

Per la base lunare non servono metri di regolite, come detto bastano pochi cm e lo “scudo” è fatto.
Per possibili navi interplanetarie consiglio di leggere il capitolo sull’ESAS dedicato alla protezioni contro le radiazioni, ci sono molti spunti interessanti sulle possibili tecniche di “protezione” impiegabili in tempi brevi senza tirare in ballo schermi al plasma o scudi deflettori…
Il CEV avrà uno scudo supplemetare in Polietilene ad alta densità (HDPE) dal peso di 1500kg circa a 2g/cm2 e per le missioni lunari l’equipaggio sosterà nel CEV per almeno 9 giorni.
La radiazione cosmica (penso intendessi questo con “anioni pesanti relativistici del background galattico”) è relativamente facile da prevedere perchè costante, mentre i flare solari hanno energie di centinaia di milioni di eV, però sono fenomeni temporanei e dai quali si ha un certo preavviso, potendo quindi modificare i piani per minimizzare l’assorbimento.

Facciamo un salto oltre lo steccato … :-"
Vediamolo da un altro punto di vista (lancio una “provocazione”), è pensabile effettuare delle manipolazioni genetiche su quegli individui preposti ad effettuare dei viaggi interplanetari … o che debbano permanere per lungo tempo esposti alle radiazioni :kissing_heart:

Non credo che ci sia una “modifica genetica” per rendere invulnerabili alle radiazioni, nemmeno in teoria.
Le radiazioni (vari tipi) sono particelle ad alto contenuto energetico.
Gli impatti di queste particelle spezzano legami chimi, alterano equilibri potenziali…sarebbe una riprogettazione dell’essere umano da zero!

Il concetto sarebbe simile al RHBD, ovvero il radiation hardening by design, ovvero riprogettare i componenti elettronici in modo da renderli TOLLERANTI agli effetti delle radiazioni, piuttosto che schermarli.
Esempio, una cella di memoria a 3 tre celle, con output a “maggioranza”. E’ necessario che il contenuto di DUE celle venga modificato per effettuare una lettura errata.

Ma un processore o una memoria progettata con criteri RHBD sarebbe molto piu’ grande, consumerebbe di piu’ e avrebbe tutta un’altra forma.
:slight_smile:

rimanendo al di là dello steccato:
più facile di una modifica genetica sarebbe costruire “individui” dotati di intelligenza artificiale programmati per i lunghi viaggi interplanetari (e interstellari).
A meno che, domani, non si scopra l’iperspazio…

80 REM/anno sono micidiali per le nostre povere cellule, ma prima di modificare la struttura d’uno scafo in alluminio, alterandone la resistenza, ci vogliono centinaia di millenni. La nave si logorerebbe molto prima per gli stress termici dovuti alle diffrenze di temperature tra le zone illuminate e quelle in ombra.

Un saluto
Quaoar

Invece è molto più fattibile di quanto credi: rettili, anfibi, pesci e anche uccelli sono molto più resistenti dei mammiferi alle radiazioni, perché sono dotati del gene per la fotolisina: un enzima molto efficiente nel riparare il DNA. I mammiferi, purtroppo hanno perso questo gene durante il mesozoico (insieme alla visione quadricromica) quando i dinosauri li relegarono al ruolo di piccoli animali notturni.
Basterebbe creare degli umani “OGM” dotati di fotolisina e già potrebbero sopportare una dose ben più forte di radiazioni. Inoltre si potrebbero anche studiare bene i meccanismi riparativi del radiococco durans e vedere come inserirli nel genoma umano.
Se poi modifichiamo anche i geni della miostatina, potremmo avere un ceppo umano capace di vivere in assenza di gravità per lunghi periodi senza problemi di ipotrofia muscolare. In tal caso, gli habitat, non dovendo ruotare, potrebbero essere meno costosi…
Chissà che strada prenderà la colonizzazione dello spazio: habitat e astronavi a misura d’uomo o uomini a misura di habitat e astronavi per ridurre i costi?

Ci sono dei PC portatili costruiti su questi criteri: sono circa tre volte più lenti.

Un saluto
Quaoar

La butto lì di pancia … ad oggi, consideranto una moltitudine di fattori (dalla propulsione, ai costi fino alle considerazioni trattate in questo topic) la seconda che hai detto :colonial:
Se si estremizza il tutto, avremo degli uomini/ciborg pronti a colonizzare lo spazio … e il passo verso i “robot” potrebbe essere breve …
Che abbia ragione il buon Paolo Ulivi? :stuck_out_tongue_winking_eye:
Se si estremizza il tutto però… penso che non sia necessario arrivare a tanto, il progresso e le nuove scoperte/invenzioni del prossimo futuro, permetteranno di superare i limiti che attualmente sembrano invalicabili.

Non sono un medico per cui tutto quello che hai detto mi è difficile da confrontare e/o giudicare in fattibilità e utilità… però da forse-quasi-ingegnere ti potrei dire che mi pare molto molto più semplice un buono scudo con tecnologie che già possediamo, per questo non siamo molto distanti e una volta realizzato si potrà andare bene o male a scorazzare per il Sistema Solare senza grossi pericoli…

per il mio modesto parere mi sembra che il discorso stia rasentando la fantascienza almeno in termini temporali…sono tutti sviluppi che potrebbero essere possibili tra decine e decine di anni, se non centinaia, sempre a parer mio!