De la Pământ la Lună (și-napoi): obsesivele radiații (pt. I)

Cursa spațială 2.0: de data aceasta, în locul Uniunii Sovietice, este China cea care stabilește premiere și amenință America inclusiv cu cireașa tortului: (neo)aselenizarea cu echipaj. Așa încât NASA, SpaceX și Blue Origin fac tot posibilul pentru (re)câștigarea eternei mize – omul pe Lună. Se preconizează că nu mai târziu de aprilie 2026 va decola Artemis-2, întru repetarea traiectoriei istoricelor Apollo-8 și 13: (doar) ocolul uman al Lunii.

Nature a publicat, în septembrie 2024, mult așteptatele rezultate ale măsurătorilor expunerilor („radiațiilor”) la mediul extra-atmosferic ale modulelor navei Artemis-1 și – mai ales – ale celor două manechine-test (din 3) – torsurile simulatoare ale anatomiei feminine Helga și Zohar. Misiunea a durat 25 de zile (16nov-11dec2022), timp suficient pentru colectarea datelor specifice habitatului uman – capsula Orion.

Articolul din Nature s-a lăsat mult așteptat - 2 ani!- timp în care nici măcar o evaluare brută a rezultatelor vitale nu a fost furnizată, deși măsurătorile erau transmise și colectate la sol chiar în timpul misiunii. Semnificativ, considerând...

Controversele privind rezolvarea protecției astronauților la factorii de mediu extra-atmosferic: celebrele centuri VanAllen, emisiile cosmice (radiații și microparticule) și micrometeoriții. Câteva cuvinte despre fiecare pericol vor fi incluse în comentariile unor măsurători din Orion/Artemis-1.

Lipsa, poate strategică, a rezultatelor complete și coerente ale testărilor factorilor nocivi pentru astronauți, plus misiunile limitate, de decenii, la orbita terestră joasă (câteva sute de Km) au stimulat imaginația eretică. Astfel, s-a argumentat/speculat că traversarea centurilor VanAllen și spațiul interplanetar ar fi letale pentru om -direct - prin imposibilitatea „blindării” multilateral adecvate a habitatelor navelor și -indirect- a sistemelor tehnice. Desigur că, în context, s-a negat conspiraționist veridicitatea epopeilor Apollo care includ singurele ieșiri umane interplanetare, relativ neprotejate, de până acum.

Artemis-2, planificată a decola „nu mai târziu” de aprilie anul acesta, arată că, în sumar, protecția biologică spațială este asumată, în condiții de limitare a riscurilor.

De exemplu, în primul rând – misiune pe termen scurt. Zile (10 planificate pentru Artemis-2), nu zeci de zile, cât a durat, fără echipaj, Artemis-1. Voiajul uman de 9 luni spre Marte arată, în prezent, utopic.

În al doilea rând, dotările și echipamentul de protecție „la vârf” și orientarea navei vor reduce, anticipabil, nicicum elimina vulnerabilitatea astronauților doar pentru anumite expuneri. Anume față de particulele „grele”, în principal protoni de mare energie și electroni (radiație β). Trecând de centurile Van Allen, în spațiul interplanetar radiațiile cosmice (zise CGR, majoritatea protoni și nuclee de heliu enormi energetic) nu au putut fi atenuate semnificativ. Scurte explicații – mai jos.

Pe toată durata zborului se contează pe capacitatea, cunoscută experimental, de regenerare continuă (dar limitată!) a organismului. Astfel încât după 10 zile în spațiu să nu existe efecte biologice nerecuperabile.

Câteva clarificări și detalii constructive ale complexului de „bio-simulare” Artemis-1 ar putea fi de interes. Topic, seamănă (neîntâmplător, se remarcă) fratelui geamăn Apollo. Modulul echipajului (capsula conică) Orion (NASA/Lockheed-Martin) este singurul spațiu viabil, atașat pe capătul superior al modulului de serviciu (ESA/Airbus) care furnizează, între altele, propulsie, fluxuri de date și cele necesare vieții. Ca paranteză de interes: deoarece baza capsulei este vitalul și compactul scut termic, aceasta este conectată prin lateral la modulul de serviciu, folosind-se un bloc adaptor intermediar care apare ca un „guler” gros, cilindric.

A fost și va fi binevenit aportul acestei topici constructive la o constatare neașteptată și favorabilă: o manevră de rotire a navei Artemis-1 cu 90 de grade în timpul parcurgerii primului „tor” al Centurii Van Allen, format preponderent din protoni de mare energie (10-100 megaelectronvolți MeV) a condus la o reducere la jumătate a expunerii în capsulă. Acest „bonus” urmează a fi folosit pentru protejarea suplimentară a echipajului la parcurgerea zonei menționate.

Altfel, cel mai protejat loc-senzor al torsului cu vestă Zohar a suferit expunere pe sfert față de neprotejata Helga în „norul” protonic. Misiunea Artemis-1 a confirmat și calitățile spațiului celui mai sigur al capsulei, așa-numitul Storm Shelter - adăpost la furtună (desigur, solară).

Toate aceste constatări esențiale au fost decisive în configurarea misiunii Artemis-2.

Încă o paranteză: schimbarea orientării oricărei nave consumă combustibil, acesta fiind drămuit și economisit; întregul zbor Artemis-2 este proiectat pentru minimum de manevre, între care esențiala ieșire din semi-orbita lunară. Viteza aleasă mare, necesară minimizării arderii, limitează drastic apropierea de Lună: ocolul va fi larg. La Artemis-2 va fi de circa 8000Km, față de doar 130Km la Artemis-1 (!). Frânarea și reaccelerarea navei – condiții pentru reducerea orbitei, apoi evadarea spre Terra vor fi, adică, drastic limitate, pentru păstrarea combustibilului eventual necesar la neprevăzute. În aceste condiții, este elocvent cât de importantă a fost și va fi considerată manevra de rotire sus-amintită, de orientare pentru „umbrire” în primul inel Van Allen!

Sunt, cert, numeroase cerințe tehnice, dinamice, de performanță urmărită etc. contradictorii, însă toate subsumate siguranței echipajului Artemis-2.

Al doilea tor al centurii Van Allen constă din electroni accelerați, cu energii de ordinul megaelectronvolților (MeV), dar cu contribuție dăunătoare considerată relativ mică în contextul măsurilor de protecție deja existente. Având mase infime, sunt atenuați de materiale ușoare, precum aluminiul și polietilena, deja integrate în învelișul capsulei și în costume. Dar, acești electroni super-energici generează așa-numita radiație secundară de frânare (de tip X) la impact. În principiu, ca la televizoarele sau monitoarele pc vechi cu tub cinescop, unde electronii (20 KeV, deci de mii de ori mai lenți) au produs, zeci de ani, multă lumină și... sst! ...puțin X! Era sub pragul de absorbție și regenerare al țesuturilor, la fel ca în extra-protejata capsulă Artemis.

Deci... se trece în siguranță prin centurile Van Allen? Da, se consideră, dar cu precauțiile obligatorii luate, în primul rând reducerea duratei de tranzitare printr-o traiectorie optimă a rachetei. Centurile nu sunt sferice; arată ca două (uneori, trei) inele suprapuse; sunt groase deasupra Ecuatorului și se subțiază spre poli. Ecuatorial, Van Allen cuprind circa 700-10000 de Km de Terra (primul tor, cel dominat de protoni), apoi – până la circa 60000Km – al doilea tor, al electronilor. Astrofizica nu dă scutiri: este imposibil să se evite centurile, „decolând” vertical deasupra polilor, deci se alege o traiectorie de „străpungere” pe considerente foarte interesante, care - ați ghicit! – depășesc subiectul articolului. Traversarea durează câte 2-3 ore la dus-întors, inclusiv câte 20 minute prin primul inel, dominant protonic, cel mai periculos. Viteza contează, dar – din nou – realitatea o împiedică să devină „warp” !

Trebuie notat că atributul „dominant” asociat unui fel sau altul de particule indică și că, de fapt, cele doua inele Van Allen conțin un mix, atât structural, cât și energetic.

Straturile de protecție și orientarea navei adaugă necesarul pentru a putea străbate centurile Van Allen fără expuneri nerecuperabile.

Totuși, acestea cumulează cel mult 10% din ceea ce bântuie, timp de 10 zile, în spațiul interplanetar: radiația cosmică galactică... despre care va fi vorba în episodul viitor.

Redactor Florin VASILIU