Junto con los conocidos peligros del espacio:temperaturas bajo cero, presiones aplastantes, aislamiento:los astronautas también se enfrentan a riesgos de radiación, que puede causar enfermedades o dañar órganos.

Aunque no se cree que sea una amenaza inminente para las misiones actuales, los astronautas pueden enfrentar algún día la radiación de los vientos solares y los rayos cósmicos galácticos. Cuanta radiación que tipo, y cuáles serían los impactos anticipados en la salud de esta exposición para los astronautas son preguntas abiertas entre las agencias espaciales.

Jeffery Chancellor, un científico investigador en el Departamento de Física y Astronomía de la Universidad Texas A&M y un candidato a doctorado en el programa de física aplicada allí, ha pasado más de una década estudiando estas cuestiones como parte de cuatro misiones de la NASA. Recientemente, colaborando con el médico y astronauta Serena Aunon-Chancellor (NASA / University of Texas Medical Branch) y el Director Asociado del Programa de Investigación Humana de la NASA para la Planificación de la Investigación de Exploración John Charles (NASA), Chancellor examinó las implicaciones para la salud de la exposición a la radiación espacial en órbitas polares de baja altitud.

Los investigadores utilizaron como caso de prueba el Laboratorio en órbita tripulado (MOL), sobre qué documentos de misión fueron desclasificados recientemente.

El MOL fue concebido en 1963 y fue planificado desde 1965 hasta 1969, pero en realidad nunca voló.

"Era un perfil orbital único, "Dijo el canciller." Polar, baja altitud ... No pude calcular cuáles serían los efectos. Entonces, Decidí dar un paso atrás y aplicar métodos numéricos y computacionales avanzados a este perfil de misión ".

Descubrieron que el blindaje relativamente mínimo del vehículo espacial del programa MOL y su órbita polar de alta inclinación habrían dejado a la tripulación susceptible a altas exposiciones de radiación cósmica y eventos de partículas solares. Si la misión hubiera continuado hasta 1972, los astronautas habrían enfrentado dosis tóxicas de radiación durante un evento solar masivo.

Los resultados fueron publicados en Medicina aeroespacial y desempeño humano en enero de 2018.

El estudio fue apoyado por la Oficina del Director de Inteligencia Nacional e hizo un uso extensivo de supercomputadoras en el Centro de Computación Avanzada de Texas (TACC).

OJOS EN LOS CIELOS

El Laboratorio de órbita tripulada fue concebido como un laboratorio experimental para vuelos espaciales tripulados, pero se reformuló como una plataforma de reconocimiento secreta en 1965 durante el apogeo de la Guerra Fría. El vehículo habría viajado en órbita terrestre baja y pasado repetidamente sobre las regiones polares norte y sur para espiar mejor a la Unión Soviética. Este tipo de órbita incurre en una mayor exposición a la radiación que las órbitas más cercanas al ecuador porque está menos protegida por el campo gravitacional de la Tierra.

En agosto de 1972, tres años después de que se suspendiera la planificación de la misión MOL debido a la aparición de satélites no tripulados:la Tierra experimentó un evento de partículas solares históricamente grande. Chancellor se preguntó cómo la radiación típica habría impactado a los pilotos del MOL que orbitaron durante 30 días en la nave de blindaje delgado y cómo un evento masivo como el de 1972 habría afectado a alguien atrapado en vuelo.

Los investigadores se centraron en la radiación de dos fuentes:los vientos solares y los rayos cósmicos galácticos. Se cree que parte de la radiación espacial atraviesa las paredes de los transbordadores, mientras que algunos bombardean el blindaje y provocan una cascada de iones metálicos sueltos. Una porción atraviesa el cuerpo; el resto deposita su energía en la piel o incluso en el interior del cuerpo, afectando a los órganos.

Determinar los niveles de radiación que los pilotos de MOL habrían experimentado detrás del blindaje liviano del vehículo implicó una gran cantidad de minería de datos, extrapolación y simulación. Chancellor y sus colaboradores modelaron el perfil de órbita del MOL, el clima espacial y las fuerzas geomagnéticas de esos años, y el transporte de partículas e iones pesados ​​que habría encontrado tal trayectoria.

Combinando estos factores, probándolos, y simulándolos miles de veces en la supercomputadora Lonestar5 de TACC, Chancellor y sus colaboradores descubrieron que, bajo condiciones normales, la tripulación del MOL habría soportado 113,6 milisievert (mSv; una medida de la dosis de radiación) en la piel y 41,6 mSv en los órganos que forman la sangre (por ejemplo, médula ósea o ganglios linfáticos) durante un vuelo de 30 días, muy dentro de los límites de exposición para los astronautas de la NASA.

Sin embargo, durante el "peor escenario" de la tormenta solar de 1972, su piel habría estado expuesta a 1, 770 mSv, mientras que sus órganos habrían experimentado 451 mSv, ambos exceden los límites de exposición de la NASA.

Basado en estudios en animales, Chancellor y sus colegas anticipan que tal exposición habría causado náuseas, vómitos fatiga, y posiblemente quemaduras en la piel de la tripulación. Sin una pronta instigación a tomar contramedidas médicas, los riesgos podrían haber sido aún más graves.

"Las misiones MOL en órbita polar habrían tenido incluso menos oportunidades de comunicación con los controladores terrestres que las misiones de la NASA que orbitan mucho más cerca del ecuador, y no fueron demasiado frecuentes, por lo que cualquier misión en vuelo en el momento de ese evento solar probablemente habría terminado. inmediatamente, "dijo Charles, coautor del estudio. "Es difícil decir si eso habría sido lo suficientemente pronto para evitar efectos tan nefastos en los pilotos".

Aunque el estudio exploró las misiones históricas de MOL, los investigadores tenían en mente futuros vuelos espaciales comerciales, como los propuestos por SpaceX o Virgin Galactic, que probablemente viajará a una órbita similar para mostrar mejor la belleza de la Tierra desde el espacio.

"Creo que la investigación tendrá un gran impacto para los vuelos espaciales comerciales, ", Dijo Chancellor." Les da una idea de las personas que están tratando de encontrar ideas para los hoteles en órbita, oa SpaceX o Virgin Galactic que quieran hacer vuelos turísticos, en términos de lo que tienen que abordar para proteger a la tripulación ya los clientes ".

Sus métodos para predecir con precisión la exposición y los impactos de la radiación espacial también son relevantes para viajar a la Luna u otros planetas.

SUPERAR LAS LIMITACIONES DE LA PREDICCIÓN DE RADIACIÓN ESPACIAL

Los esfuerzos para simular el riesgo de radiación espacial no son nuevos. De hecho, Los registros históricos muestran que fueron parte de la investigación espacial de la NASA y el Departamento de Defensa desde el principio. Pero décadas de estudio han logrado pocas respuestas concretas o medidas prácticas para mitigar la radiación. según los científicos.

"A pesar de años de investigación, comprensión del entorno de radiación espacial, and the risk it poses to long-duration astronauts remains limited, " Chancellor and his team wrote in a paper that appeared in Nature Microgravity in April 2018. "Given the intended future of human spaceflight, with efforts now to rapidly expand capabilities for human missions to the moon and Mars, there is a pressing need to improve upon the understanding of the space radiation risk, predict likely clinical outcomes of interplanetary radiation exposure, and develop appropriate and effective mitigation strategies for future missions."

Chancellor says that until recently scientists did not have the capabilities to do radiation simulations accurately.

"We were making assumptions and approaching the problem in the best possible way based on what we had available, " he said. "But this is an area where better algorithms and more powerful computers make a big difference in what's possible. I don't think we would've made this progress or understood what we're seeing without the ability to use high-performance multicore computers. It's a game-changer."

Each of the three test cases from the Manned Orbital Laboratory that the team ran on Lonestar5 required 150, 000 computational hours and generated 2.5 terabytes of data.

"Tracing 10^11 or 10^15 particles in terms of every interaction at every micron or smaller involves a humongous computational load. The fact that I could parallelize the problem and have 1, 000 processors running each computation and do that in three to four hours instead of three to four months is a huge benefit, " he said. "The more samples you take, the more accurate the results and the more confidence you have."

Not only that:the speed-up may one day enable improved decision-making for those working in mission control.

Chancellor used Lonestar5 for most of his computations, but when he re-ran some of his computations on Stampede2, TACC's latest supercomputer and one of fastest in the world, he was able to obtain a result in five minutes as opposed to five hours.

"It's smoking fast, " Chancellor said. "When I first started getting results off of Stampede, I called my friend who works in mission control for radiation at NASA and said, 'You guys have to get on this.'"

This rapid turnaround could enable NASA to run much more accurate models than they currently do to determine, in real-time, how a solar storm or other cosmic event might impact astronauts—a capability that may one day save lives.