De planeet Mars roept ons. Althans, dat is de indruk die je krijgt als je alle geplande en voorgestelde missies naar de rode planeet in het komende decennium bekijkt. Met zoveel ruimteagentschappen die er momenteel missies naartoe sturen om de omgeving, atmosfeer en geologische geschiedenis te karakteriseren, lijkt het waarschijnlijk dat bemande missies om de hoek liggen. In feite hebben zowel NASA als China duidelijk gemaakt dat ze van plan zijn om tegen het begin van de jaren 2030 missies naar Mars te sturen die zullen uitmonden in het creëren van oppervlaktehabitats.

Om de gezondheid en veiligheid van astronauten te garanderen, zowel tijdens het transport als op het oppervlak van Mars, onderzoeken wetenschappers verschillende manieren van stralingsbescherming. In een recente studie heeft een team van het Blue Marble Space Institute of Science (BMSIS) onderzocht hoe verschillende materialen kunnen worden gebruikt om stralingsbeschermende structuren te maken. Dit omvatte materialen die van de aarde waren meegebracht en materialen die rechtstreeks uit de omgeving van Mars kunnen worden geoogst. Dit is in overeenstemming met het in-situ-resource-utilization (ISRU)-proces, waarbij lokale middelen worden ingezet om te voldoen aan de behoeften van de astronautenbemanningen en de missie.

Het onderzoek werd geleid door Dionysios Gakis, een gastonderzoeker bij BMSIS en afgestudeerd natuurkunde aan de Universiteit van Patras, Griekenland. Hij werd vergezeld door Dr. Dimitra Atri, een senior onderzoeksonderzoeker bij BMISIS, een professor natuurkunde bij het Center for Space Science aan de New York University Abu Dhabi, en de academische adviseur van Gakis. Het artikel waarin hun bevindingen worden beschreven ("Modeling van de effectiviteit van stralingsafschermende materialen voor de bescherming van astronauten op Mars") wordt overwogen voor publicatie door Acta Astronautica .

De stralingsomgeving van Mars is aanzienlijk gevaarlijker dan die van de aarde vanwege de dunne atmosfeer en het ontbreken van een planetair magnetisch veld. Op aarde worden mensen in ontwikkelde landen blootgesteld aan gemiddeld 0,62 rads (6,2 mSv) per jaar, terwijl het oppervlak van Mars ongeveer 24,45 rads (244,5 mSv) per jaar ontvangt - en zelfs meer wanneer zonne-evenementen (ook wel zonnevlammen genoemd) voorkomen.

Zoals Dr. Atri via e-mail aan Universe Today vertelde, komt deze straling in verschillende vormen:"Galactische kosmische stralen bestaan ​​uit geladen deeltjes die een miljard (of meer) keer energieker zijn dan zichtbaar licht. Ze kunnen door afscherming doordringen en onherstelbare schade aanrichten aan het menselijk lichaam. Bovendien kunnen zonnestormen soms geladen deeltjes versnellen tot zeer hoge energieën (zonne-energetische deeltjes), die vergelijkbare schade kunnen veroorzaken. De hoeveelheid straling afkomstig van kosmische straling is zeer voorspelbaar, terwijl zonnestormen erg moeilijk te voorspellen zijn.

Voor hun studie onderzochten Gakis en Dr. Atri de eigenschappen van verschillende afschermingsmaterialen die naar Mars konden worden getransporteerd of in situ konden worden geoogst. Deze bestonden uit materialen die veel voorkomen in de lucht- en ruimtevaartindustrie, zoals aluminium, polyethyleen, cyclohexaan, polymethylmethacrylaat, Mylar en Kevlar, en water, vloeibare waterstof van koolstofvezel en Martiaanse regoliet. Zoals Gakis uitlegde, beoordeelden ze elk van deze materialen met behulp van het GEANT4-numerieke model - een softwaresuite die de passage van deeltjes door materie simuleert met behulp van statistische Monte Carlo-methoden.

"We hebben een computermodel van Mars gebouwd en de kosmische energiedepositie gemeten in een hypothetisch menselijk fantoom, dat een astronaut voorstelt", zei hij. "Een schild van materiaal was ingesteld om een ​​deel van de straling te absorberen voordat het de astronaut bereikte. De meest effectieve materialen, in termen van stralingsbescherming, waren degene die de minste energie door het lichaam van de astronaut lieten gaan."

Hun resultaten gaven aan dat waterstofrijke materialen (d.w.z. waterijs) een voorspelbare reactie op GCR's hebben en daarom de beste verdediging zijn tegen kosmische straling. Ze ontdekten verder dat regolith een tussenliggende respons heeft en daarom kan worden gebruikt voor extra afscherming, vooral in combinatie met aluminium.

Gakis zei:"Hoewel aluminium bijvoorbeeld niet zo effectief bleek te zijn als andere materialen, kan het toch nuttig zijn bij het verminderen van de stralingsdoses, en we pleiten voor het combineren ervan met andere materialen. Marsregoliet heeft vergelijkbaar gedrag en het voordeel dat het een in-situ materiaal, waardoor we het niet van de aarde hoeven te dragen."

NASA en andere ruimteagentschappen beoordelen verschillende ontwerpen, materialen en technologieën die het mogelijk maken om habitats op de maan, Mars en daarbuiten te creëren. In het bijzonder plannen NASA en het Chinese National Space Agency (CNSA) in het komende decennium bemande missies naar Mars, die elke 26 maanden zullen worden gelanceerd (vanaf 2033) en uitmonden in het creëren van habitats aan de oppervlakte. Volgens de analyse van Gakis en Dr. Atri zullen deze habitats waarschijnlijk bestaan ​​uit een binnenstructuur die is gemaakt van lichtgewicht materialen die tegen lage kosten vanaf de aarde worden vervoerd.

In het geval van aluminium en koolstofvezel kunnen ze in-situ worden geproduceerd met behulp van aluminium gewonnen uit gesteente op Mars en koolstof uit de atmosfeer. Deze kunnen vervolgens worden afgeschermd met lokaal geoogst waterijs en regoliet, die robots zullen 3D-printen om een ​​beschermende bovenbouw te creëren. Dergelijke habitats zullen langdurige missies tot ver buiten de aarde mogelijk maken en kunnen zelfs een opstap zijn naar permanente menselijke nederzettingen in de ruimte.

"Straling is een van de vele problemen die de mensheid moet aanpakken om de menselijke [verkenning van] de rode planeet met succes te volbrengen", vatte Gakis samen. "Wij geloven dat ons onderzoek een nieuwe stap is in het begrijpen van de verwoestende effecten van kosmische straling in de omgeving van Mars en het plannen van effectieve mitigerende strategieën voor toekomstige bemande missies naar Mars." + Verder verkennen

Welke delen van Mars zijn het veiligst voor kosmische straling?