Además de los peligros conocidos del espacio temperaturas de congelación, vacío del espacio, aislamiento, los astronautas también enfrentan riesgos de radiación, que pueden causar enfermedades o dañar órganos.
Aunque no se cree que sea una amenaza inminente para las misiones actuales, los astronautas pueden algún día enfrentarse a la radiación de los vientos solares y los rayos cósmicos galácticos. Cuánta radiación, de qué tipo y cuáles serían los impactos anticipados en la salud de esta exposición para los astronautas están abiertospreguntas entre agencias espaciales.
Jeffery Chancellor, científico investigador del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Texas A&M y candidato a doctorado en el programa de física aplicada allí, ha pasado más de una década estudiando estas preguntas como parte de cuatro misiones de la NASA. Recientemente, colaborando conmédico y astronauta Serena Aunon-Chancellor NASA / Universidad de Texas Medical Branch y 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 de órbita tripulada MOL, sobre el cual los documentos de la misión se desclasificaron recientemente.
El MOL fue concebido en 1963 y fue planeado de 1965 a 1969, pero en realidad nunca voló.
"Era un perfil orbital tan único", dijo Chancellor. "Polar, baja altitud ... No pude apreciar cuáles serían los efectos. Entonces, decidí dar un paso atrás y aplicar métodos computacionales y numéricos avanzadosa este perfil de misión "
Descubrieron que el blindaje relativamente mínimo del vehículo espacial del programa MOL y su órbita polar de alta inclinación habría 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 se habrían enfrentado a tóxicosdosis de radiación durante un evento solar masivo.
Los resultados fueron publicados en Medicina aeroespacial y rendimiento humano en enero de 2018
El estudio fue apoyado por la Oficina del Director de Inteligencia Nacional e hizo un amplio uso de las supercomputadoras en el Centro de Computación Avanzada de Texas TACC.
OJOS EN LOS CIELOS
El Laboratorio de órbita tripulada se concibió como un laboratorio experimental para vuelos espaciales humanos, pero se reformó como una plataforma secreta de reconocimiento en 1965 durante el apogeo de la Guerra Fría. El vehículo habría viajado en órbita terrestre baja y había pasado repetidamente por el nortey las regiones polares del 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 protegido por el campo gravitacional de la Tierra.
En agosto de 1972, tres años después de que se interrumpiera la planificación de la misión MOL debido a la aparición de satélites no tripulados más baratos, la Tierra experimentó un evento de partículas solares históricamente grande. El canciller se preguntó cómo la radiación típica habría impactado a los pilotos MOL que orbitaban30 días en la embarcación de blindaje delgado y cómo un evento masivo como el de 1972 habría afectado a alguien atrapado en el vuelo.
Los investigadores se centraron en la radiación de dos fuentes: vientos solares y 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 parte atraviesa elcuerpo; el resto deposita su energía en la piel o incluso dentro del cuerpo, afectando los órganos.
Determinar los niveles de radiación que los pilotos de MOL habrían experimentado detrás del blindaje liviano del vehículo implicaba una gran cantidad de extracción 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 tal trayectoria habría encontrado.
Combinando estos factores, probándolos y simulándolos miles de veces en la supercomputadora Lonestar5 de TACC, Chancellor y sus colaboradores descubrieron que, en condiciones normales, el equipo de MOL habría soportado 113.6 milisievert mSv; una medida de dosificación de radiación en supiel y 41,6 mSv a órganos formadores de sangre por ejemplo, médula ósea o ganglios linfáticos durante un vuelo de 30 días, dentro de los límites de exposición para los astronautas de la NASA.
Sin embargo, durante el "peor de los casos" de la tormenta solar de 1972, su piel habría estado expuesta a 1.770 mSv, mientras que sus órganos habrían experimentado 451 mSv, los cuales exceden los límites de exposición de la NASA.
Basado en estudios en animales, Chancellor y sus colegas anticipan que dicha exposición habría causado náuseas, vómitos, fatiga y posiblemente quemaduras en la piel de la tripulación. Sin una pronta instigación de 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 de tierra que las misiones de la NASA que orbitan mucho más cerca del ecuador, y esas no eran muy frecuentes, por lo que cualquier misión en vuelo en el momento de ese evento solarprobablemente haya terminado de inmediato ", dijo Charles, coautor del estudio." Es difícil decir si eso habría sido lo suficientemente pronto como para evitar efectos tan graves 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 viajarán 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. "Da una idea a las personas que están tratando de encontrar ideas para orbitar hoteles, o para SpaceX o Virgin Galactic que quieren hacervuelos turísticos, en términos de lo que deben abordar para proteger a la tripulación y los clientes "
Sus métodos para predecir con precisión la exposición a la radiación espacial y los impactos también son relevantes para viajar a la Luna u otros planetas.
SUPERANDO 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, la comprensión del entorno de radiación espacial y el riesgo que representa para los astronautas de larga duración sigue siendo limitada", escribieron Chancellor y su equipo en un artículo que apareció en Microgravedad de la naturaleza en abril de 2018. "Dado el futuro previsto de los vuelos espaciales humanos, con los esfuerzos ahora por expandir rápidamente las capacidades para las misiones humanas a la luna y Marte, existe una necesidad apremiante de mejorar la comprensión del riesgo de radiación espacial, predecir la probabilidad clínicaresultados de la exposición a la radiación interplanetaria, y desarrollar estrategias de mitigación apropiadas y efectivas para futuras misiones "
El canciller dice que hasta hace poco los científicos no tenían la capacidad de hacer simulaciones de radiación con precisión.
"Estábamos haciendo suposiciones y abordando el problema de la mejor manera posible en función de lo que teníamos disponible", dijo. "Pero esta es un área donde los mejores algoritmos y las computadoras más potentes hacen una gran diferencia en lo que es posible."No creo que hubiéramos hecho este progreso o entendido lo que estamos viendo sin la capacidad de usar computadoras multinúcleo de alto rendimiento. Es un cambio de juego".
Cada uno de los tres casos de prueba del Laboratorio Orbital Tripulado que el equipo ejecutó en Lonestar5 requirió 150,000 horas computacionales y generó 2.5 terabytes de datos.
"Rastrear 10 ^ 11 o 10 ^ 15 partículas en términos de cada interacción en cada micra o menos implica una carga computacional enorme. El hecho de que podría paralelizar el problema y tener 1,000 procesadores ejecutando cada cálculo y hacerlo en tres o cuatrohoras en lugar de tres o cuatro meses es un gran beneficio ", dijo." Cuantas más muestras tome, más precisos serán los resultados y más confianza tendrá ".
No solo eso: la aceleración puede algún día permitir una mejor toma de decisiones para aquellos que trabajan en el control de la misión.
Chancellor usó Lonestar5 para la mayoría de sus cálculos, pero cuando volvió a ejecutar algunos de sus cálculos en Stampede2, la última supercomputadora de TACC y una de las más rápidas del mundo, pudo obtener un resultado en cinco minutos en lugar de cinco horas.
"Está fumando rápido", dijo Chancellor. "Cuando comencé a obtener resultados de Stampede, llamé a mi amigo que trabaja en el control de la misión para la radiación en la NASA y le dije: 'Ustedes deben tomar esto'".
Este cambio rápido podría permitir a la NASA ejecutar modelos mucho más precisos de lo que lo hacen actualmente para determinar, en tiempo real, cómo una tormenta solar u otro evento cósmico podría afectar a los astronautas, una capacidad que algún día puede salvar vidas.
La investigación fue apoyada en parte por la Oficina del Director de Inteligencia Nacional ODNI, Actividad de Proyectos de Investigación Avanzada de Inteligencia IARPA, a través del Acuerdo Interagencial Interagencial IA1-1198. Fundación Nacional de Ciencias.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Texas en Austin, Centro de Computación Avanzada de Texas . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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