Durante la próxima década, la NASA y China planean enviar la primera nave espacial tripulada a Marte.Consiste en que dos agencias envíen naves espaciales en 2033, 2035 y 2037, después de lo cual Marte “lo contrario“(es decir, cuando la Tierra y Marte están más cerca en órbita).Los objetivos a largo plazo de estos programas sonconstruir una base en MarteLos chinos tienen su basepermanente.
Posibilidad de enviar astronautas a Marte en 6-9 mesesalgunos retos, sin mencionar los riesgos que enfrentará mientras realiza trabajos científicos en la superficie.En un estudio reciente, un equipo internacional de científicos realizó estudios del entorno marciano, desde los picos del monte Olimpo hasta las depresiones subterráneas, para encontrar los lugares con la radiación más baja.Sus hallazgos podrían informar futuras misiones a Marte y la creación de hábitats marcianos.
El equipo fue dirigido por Jian Zhang y su Ph.D.Supervisora Dra. Jinnan GuoEscuela de Ciencias de la Tierra y el Espacioen la Universidad China de Ciencia y Tecnología (USTC).estan con la ustcCentro de Excelencia CAS en Planetología Comparadaen ChinaLaboratorio de Física Experimental y Aplicada(IEAP), German Kiel y Academia Rusa de Ciencias (RAS)Instituto de Investigaciones BiomédicasYInstituto Skobeltsyn de Física Nuclear(SINP) Moscú.
Con respecto a las misiones a Marte y otros lugares más allá de la órbita baja (LEO), la radiación es un problema siempre presente.Comparado con la Tierra, Marte tiene una atmósfera muy delgada (menos del 1% de su presión atmosférica) y carece de una magnetosfera protectora para proteger su superficie de la radiación solar y cósmica.Como resultado, los científicos teorizan que las partículas dañinas, particularmente los rayos cósmicos galácticos (GCR), podrían propagarse e interactuar directamente con la atmósfera e incluso llegar al espacio subterráneo marciano.
Sin embargo, el nivel de exposición a la radiación depende del espesor de la atmósfera, que varía con la altitud.Dentro de áreas bajas como el famoso sistema de cañones de Marte (Valles Marineris) y su cráter más grande (Hellas Planitia), se estima que las presiones atmosféricas están por encima de 1,2 kPa y 1,24 kPa, respectivamente.Esto es aproximadamente el doble del promedio de 0,636 kPa en altitudes elevadas como Olympus Mons (la montaña más grande del sistema solar) y hasta 10 veces la presión atmosférica.El Dr. Jingnan Guo le dijo a Universe Today por correo electrónico:
“Diferentes altitudes significan diferentes espesores de la atmósfera.Las elevaciones más altas generalmente tienen una atmósfera más delgada en la parte superior.La radiación de partículas de energía emitida desde el espacio debe atravesar la atmósfera para llegar a la superficie de Marte.A medida que cambia el espesor de la atmósfera, la radiación superficial también puede cambiar.Entonces, la altitud puede afectar la radiación de la superficie en Marte”.
Para ello, el equipo consideró el efecto de la profundidad atmosférica en los niveles de radiación marciana.Esto incluía la dosis absorbida medida en rads.Dosis equivalente medida en rem y sievert (Sv);y tasas de dosis efectivas en el cuerpo inducidas por GCR.Consistió en modelar el entorno de radiación utilizando el último simulador basado en este.Geometría y Trazado(GEANT4) Software desarrollado por el CERN.
conocido comoSimulador de interacción de radiación atmosférica(AtRIS), el software utiliza algoritmos probabilísticos de Monte Carlo para simular interacciones de partículas con la atmósfera y la topografía de Marte.El Dr. Guo explicó:
“Usamos un enfoque de Monte Carlo llamado ‘GEANT4’ para modelar el movimiento de partículas energéticas y sus interacciones con la atmósfera y la capa superior del suelo marcianos.El entorno marciano se establece teniendo en cuenta la estructura de la atmósfera marciana y la naturaleza de la capa superior del suelo.
“Los espectros de partículas de entrada en la parte superior de la atmósfera marciana también se obtienen a partir de modelos de calibración de datos que dan cuenta del entorno de radiación de partículas omnipresente en el espacio interplanetario que contiene partículas cargadas de otras especies, principalmente protones (~87 %) e iones de helio (~87 % ) Lo hice. 12%) y pequeñas cantidades de iones pesados como carbono, oxígeno y hierro”.
Descubrieron que presiones superficiales más altas podrían reducir efectivamente la cantidad de radiación GCR de iones pesados, pero que esto no fue suficiente para proteger a los futuros astronautas en Marte.Desafortunadamente, la existencia de este escudo es “ducha de nave espacial,” El efecto de GCR en el blindaje crea partículas secundarias que pueden inundar el interior de los hábitats con niveles variables de radiación de neutrones (también conocido como flujo de neutrones).Estos pueden contribuir significativamente a la cantidad efectiva de radiación absorbida por los astronautas.
Determinaron que tanto el flujo de neutrones como la dosis efectiva alcanzan su punto máximo a unos 30 cm (1 pie) por debajo de la superficie.Afortunadamente, estos hallazgos brindan una solución cuando se trata de usar la capa superior del suelo marciano como escudo.Dr. Guo dijo:
“Para un umbral determinado de dosis de radiación efectiva anual ponderada biológicamente, por ejemplo, 100 mSv (la cantidad que a menudo se considera un umbral insignificante para el riesgo de cáncer inducido por la radiación), la profundidad requerida de la capa superior del suelo es de aproximadamente 1 m y 1,6 m. .Dentro de este rango, en cráteres profundos donde la presión superficial es más alta, el blindaje de roca requerido es ligeramente menor.El escudo adicional de legolis que se necesita sobre Olympus Mons es más grueso.
Su investigación muestra que los mejores sitios para futuros hábitats en Marte estarán en las tierras bajas ya profundidades de 1 m y 1,6 m (3,28 a 5,25 pies) por debajo de la superficie.Por lo tanto, las tierras bajas del norte (también conocidas como Vastitas Borealis) y Valles Marineris, que cubren la mayor parte del hemisferio norte, son lugares adecuados.Además de tener una presión atmosférica más espesa, la región también es rica enhielo de agua justo debajo de la superficie.
Además de los beneficios obvios del agua suministrada localmente, el mayor contenido de hidrógeno del agua también puede proporcionar una protección adicional contra la radiación que contribuye a los neutrones.El papel del hielo de agua subterránea como fuente de protección de la naturaleza para los hábitats marcianos fue el tema de lo siguiente.estudio previoEsto fue realizado por Lennart Röstel (ex alumno de la Universidad de Kiel) en estrecha colaboración con el Dr. Guo y otros colegas de la Universidad de Kiel.
Si todo sale según lo planeado, los astronautas pisarán la superficie de Marte en solo 10 años.Consiste en un tránsito de seis a nueve meses (excluyendo el desarrollo de tecnologías de propulsión más avanzadas) y una operación en superficie de hasta 18 meses.En resumen, los astronautas tienen que luchar contra la amenaza de la alta radiación durante un máximo de tres años.Por lo tanto, es importante desarrollar una estrategia de mitigación detallada con suficiente antelación.
La NASA y otras agencias espaciales han invertido mucho tiempo, energía y recursos en su desarrollo.Diseño de hábitatutilizando la impresión 3DUtilización de los recursos en el sitio(ISRU), inclusoblindaje electromagnéticoVelar por la salud y la seguridad de los astronautas.Sin embargo, todavía hay preguntas sin respuesta sobre cuán efectivas son estas estrategias en la práctica, especialmente dado el tiempo que los miembros de la tripulación pasan en la superficie de Marte.
“Nuestra investigación podría ayudar a mitigar los riesgos de radiación al diseñar futuros hábitats marcianos utilizando materiales de superficie natural como protección”, dijo el Dr. Guo.“Por lo tanto, investigaciones como esta serán de un valor considerable a medida que los planificadores de misiones comiencen a considerar diseños para futuros hábitats marcianos que dependan de materiales de superficie natural para brindar protección contra la radiación”.
Recientemente se publicó un artículo que describe sus hallazgos.Revista de investigación geofísica.
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