In elk leven moet een beetje regen vallen, maar in de ruimte een van de grootste risico's voor de gezondheid van astronauten is straling "regen". NASA's Human Research Program (HRP) simuleert ruimtestraling op aarde na upgrades van het NASA Space Radiation Laboratory (NSRL) in het Brookhaven National Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie. Deze upgrades helpen onderzoekers op aarde meer te weten te komen over de effecten van ioniserende ruimtestraling om astronauten veilig te houden op hun reis naar Mars.

Straling is een van de gevaarlijkste risico's voor de mens in de ruimte, en een van de meest uitdagende om hier op aarde te simuleren. Het risico voor de menselijke gezondheid neemt aanzienlijk toe wanneer astronauten buiten de magnetosfeer verder reizen dan de Lower Earth Orbit (LEO). De magnetosfeer beschermt de aarde tegen zonnedeeltjes (SPE's) en straling veroorzaakt door de zon en galactische kosmische straling (GCR) geproduceerd door supernovafragmenten. Stralingsdeeltjes zoals ionen kunnen gevaarlijk zijn voor mensen omdat ze door de huid kunnen gaan, energie afzetten en onderweg cellen of DNA beschadigen. Deze schade kan het risico op ziektes later in het leven vergroten of stralingsziekte veroorzaken tijdens de missie.

Straling kan schade aan het centrale zenuwstelsel veroorzaken, cardiovasculair systeem, en bloedsomloop van astronauten. Er zijn aanwijzingen dat mensen die worden blootgesteld aan hoge doses straling van radiotherapie, cognitieve en gedragsveranderingen ervaren, en recente studies suggereren dat deze risico's kunnen optreden bij lagere doses voor GCR, waardoor een mogelijk risico ontstaat voor het besturen van een ruimtevoertuig. Ruimte-omgevingsvariabelen (bijv. microzwaartekracht, CO2, slaapgebrek, enz.) die stress veroorzaken, op een synergetische manier kunnen interageren met straling, waardoor de effecten worden verergerd.

Met de recente upgrades van de NSRL, NASA verbetert zijn vermogen om de effecten van straling op het lichaam te begrijpen. De meest opvallende upgrades zijn gemaakt aan de GCR-simulator, die onlangs werd benadrukt in ScienceDirect.

"Er is voldoende onderzoek naar acute effecten van blootstelling aan straling, maar heel weinig naar latente effecten, en de laatste lijkt meer op de gezondheidseffecten die worden verwacht van langdurige ruimtevluchten, "Lisa Carnell, doctoraat, Medical Countermeasure Lead voor NASA Space Radiation zei. "Stel je ionentrajecten voor die vergelijkbaar zijn met regen; soms is er een stortbui (zonnedeeltjesgebeurtenis) en soms is er een lichte motregen of zware, dunne druppeltjes (vergelijkbaar met galactische kosmische straling). Met de upgrades kunnen we verschillende soorten ionenregen simuleren met meerdere soorten ionen achter elkaar versus slechts één type ion tegelijk."

De GCR-upgrades stellen onderzoekers in staat om snel van ionentype en energie-intensiteit te wisselen. Om deze verbeteringen te ondersteunen, softwarecontroles werden toegevoegd om een ​​soepele beweging van doel naar doel mogelijk te maken. Het koelsysteem in een van de Electron Beam Ion Source, of EBIS-magneten werden opgewaardeerd om hogere energiestromen aan te kunnen. In aanvulling, nieuwe sondes werden geïnstalleerd in twee van de magneten van de bundellijn om het veranderen van instellingen te versnellen.

Vóór deze upgrades, het wisselen van stralingsbundels was in de NSRL geen eenvoudig of efficiënt proces. Het lab is oorspronkelijk ontworpen om ionen van Brookhaven's Booster-versneller te benutten, die alle soorten ionen produceert binnen een reeks van energieën. Nu kan het wisselen van ionensoorten en energieën in minuten worden gedaan. Er worden meer realistische studies en stralingstests uitgevoerd omdat onderzoekers de ruimteomgeving beter kunnen simuleren.

De verbeteringen in bundelenergie maken dekking van een groter deel van het GCR-spectrum mogelijk. De grotere bundel maakt het mogelijk om meerdere monsters tegelijk uit te stralen en de doorvoer en efficiëntie te verhogen. Precisieregeling verhoogt ook de nauwkeurigheid voor dosisafgifte. Uniformiteit van de stralingsveldintensiteit vermindert ook onzekerheden in dosisafgifte.

Dit resulteert in een nauwkeuriger testomgeving voor NASA-onderzoekers die verschillende soorten afschermingsmaterialen ontwikkelen om astronauten te beschermen tegen straling. HRP-onderzoekers kunnen de technologie gebruiken om weefselmonsters te testen, wat leidt tot tegenmaatregelen voor de gezondheid ter bescherming tegen moleculaire schade. Kankeronderzoekers kunnen ook verschillende therapieën met zware ionen onderzoeken om tumoren uit te roeien. De NSRL is een van de weinige laboratoria in de Verenigde Staten die kan bijdragen aan onderzoek naar radiotherapie met zware ionen. Gebruikers van NASA, nationale laboratoria, en meer dan 50 instellingen en universiteiten in de VS, Europa, en Japan testen medisch, biologisch, en fysieke monsters met behulp van de NSRL-ionenbundellijn.

Terwijl NASA zich voorbereidt om mensen verder en langer dan ooit tevoren te sturen, ruimtestralingsonderzoek blijft ons begrip van de risico's voor het menselijk lichaam vergroten. Er is innovatief onderzoek op aarde nodig om innovatief onderzoek in de ruimte te ondersteunen. En als de regenachtige dag komt, NASA zal worden voorbereid.

NASA's Human Research Program (HRP) is gewijd aan het ontdekken van de beste methoden en technologieën om veilige, productieve menselijke ruimtevaart. HRP maakt ruimteverkenning mogelijk door de risico's voor de menselijke gezondheid en prestaties te verminderen met behulp van faciliteiten voor grondonderzoek, het internationale ruimtestation, en analoge omgevingen. Dit leidt tot de ontwikkeling en uitvoering van een programma gericht op:menselijke gezondheid, uitvoering, en bewoonbaarheidsnormen; tegenmaatregelen en risicobeperkende oplossingen; en geavanceerde bewoonbaarheids- en medische ondersteuningstechnologieën. HRP ondersteunt innovatieve, wetenschappelijk menselijk onderzoek door meer dan 300 onderzoeksbeurzen te financieren aan gerespecteerde universiteiten, ziekenhuizen en NASA-centra aan meer dan 200 onderzoekers in meer dan 30 staten.