Ludzkość stoi na progu nowej ery eksploracji kosmosu, z ambitnymi planami powrotu na Księżyc i postawienia pierwszych kroków na Marsie. Podczas gdy inżynierowie i naukowcy opracowują potężne rakiety i zaawansowane systemy podtrzymywania życia, jedno z największych i najbardziej podstępnych wyzwań pozostaje niewidoczne gołym okiem – promieniowanie kosmiczne. Poza ochronnym polem magnetycznym Ziemi astronauci są narażeni na ciągłe bombardowanie wysokoenergetycznymi cząstkami, które stanowią poważne zagrożenie dla ich zdrowia. Na orbicie wokół naszej planety, w miejscu takim jak Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (ISS), załogi są wciąż częściowo chronione. Jednak podróż w głęboki kosmos, w kierunku Księżyca lub Czerwonej Planety, naraża ich na pełną siłę promieniowania kosmicznego, co sprawia, że opracowanie skutecznej ochrony jest absolutnym priorytetem. To właśnie na ISS, w unikalnym środowisku mikrograwitacji, przeprowadzono kluczowe testy innowacyjnego rozwiązania, które może być decydujące dla przyszłości ludzkich lotów kosmicznych – kamizelki ochronnej AstroRad.

Kamizelka ta, opracowana we współpracy amerykańskiego giganta lotniczego Lockheed Martin i izraelskiej firmy StemRad, stanowi rewolucyjne podejście do osobistej ochrony przed promieniowaniem. Zamiast masywnych i niepraktycznych osłon, które obejmowałyby cały statek kosmiczny, AstroRad oferuje ukierunkowaną ochronę, skupiając się na najbardziej wrażliwych organach i tkankach ludzkiego ciała, jednocześnie zachowując mobilność i funkcjonalność astronautów. Testy na ISS nie miały na celu jedynie sprawdzenia zdolności do blokowania promieniowania, ale także ergonomii – kluczowego czynnika dla codziennego życia i pracy w kosmosie.

Niewidzialny wróg w głębokim kosmosie

Promieniowanie kosmiczne pochodzi z dwóch głównych źródeł: galaktycznych promieni kosmicznych (GCR) i słonecznych cząstek energetycznych (SEP) uwalnianych podczas burz słonecznych. GCR to pozostałości po dawnych supernowych, ciężkie, wysokoenergetyczne jądra atomów, które zostały pozbawione elektronów i podróżują przez galaktykę z prędkością bliską prędkości światła. Ze względu na swoją ogromną energię, cząstki te działają jak mikroskopijne kule armatnie, przebijając się przez poszycie statku kosmicznego i ludzką tkankę, powodując znaczne uszkodzenia na poziomie komórkowym i molekularnym. Długotrwała ekspozycja na GCR znacznie zwiększa ryzyko rozwoju raka, może powodować uszkodzenia ośrodkowego układu nerwowego oraz prowadzić do chorób zwyrodnieniowych serca i innych organów.

Zjawiska słoneczne z kolei są nieprzewidywalne i mogą w bardzo krótkim czasie uwolnić ogromne ilości promieniowania. Chociaż są mniej przenikliwe niż GCR, mogą powodować ostrą chorobę popromienną, stan z objawami od nudności i zmęczenia po ciężkie uszkodzenia szpiku kostnego i narządów wewnętrznych, co może być śmiertelne bez odpowiedniej ochrony. Pole magnetyczne i atmosfera Ziemi działają jak naturalna tarcza, która chroni nas przed większością tych zagrożeń, ale w głębokim kosmosie takiej ochrony nie ma. Dlatego znalezienie sposobów na złagodzenie tych ryzyk jest kluczowe dla umożliwienia długotrwałych misji, takich jak podróż na Marsa, która mogłaby trwać nawet do trzech lat.

AstroRad: Ukierunkowana ochrona dla kluczowych organów

Koncepcja stojąca za kamizelką AstroRad opiera się na zasadzie selektywnej ochrony. Analizy wykazały, że niektóre organy, takie jak szpik kostny, płuca, żołądek, jelito grube i żeńskie narządy rozrodcze, mają znacznie większą wrażliwość na promieniowanie. Zamiast osłaniać całe ciało ciężkimi materiałami, co drastycznie ograniczyłoby ruch, AstroRad został zaprojektowany tak, aby chronić właśnie te krytyczne obszary. Kamizelka wykonana jest z warstw materiałów o wysokiej zawartości wodoru, takich jak polietylen, które okazały się niezwykle skuteczne w zatrzymywaniu i fragmentacji ciężkich jonów galaktycznych promieni kosmicznych na mniej szkodliwe cząstki. Jej modułowa i ergonomiczna konstrukcja pozwala na dostosowanie do różnych typów budowy ciała astronautów i zapewnia, że noszenie kamizelki nie zakłóca wykonywania codziennych zadań.

Partnerstwo między firmą StemRad, która posiada wiedzę specjalistyczną w zakresie ochrony przed promieniowaniem opracowaną na potrzeby służb ratunkowych na Ziemi, a Lockheed Martin, z dziesięcioleciami doświadczenia w technologii kosmicznej, było kluczowe dla dostosowania tej technologii do ekstremalnych warunków kosmicznych. Dzięki wspólnej pracy powstał produkt, który nie tylko oferuje ochronę, ale jest również praktyczny w użyciu w stanie zerowej grawitacji, co było jednym z głównych celów testów na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

Testowanie w realnych warunkach na ISS

Międzynarodowa Stacja Kosmiczna posłużyła jako idealne laboratorium do walidacji kamizelki AstroRad. Chociaż testy naziemne mogły symulować wiele aspektów, tylko w rzeczywistym środowisku kosmicznym można było ocenić, jak kamizelka zachowuje się podczas rutynowych czynności astronautów. Astronautka NASA, Kayla Barron, była jednym z członków załogi, której zadaniem było noszenie kamizelki i przekazywanie szczegółowych opinii. Podczas kilkutygodniowych testów astronauci nosili AstroRad podczas ćwiczeń na urządzeniach, przeprowadzania eksperymentów naukowych i wykonywania regularnej konserwacji stacji.

Ich opinie były bezcenne. Naukowcy i inżynierowie na Ziemi otrzymali kluczowe dane dotyczące komfortu kamizelki, jej dopasowania do ciała, łatwości zakładania i zdejmowania oraz wpływu na zakres ruchów. Każdy szczegół, od projektu zapięć po rozmieszczenie paneli ochronnych, został dokładnie przeanalizowany, aby kamizelka była jak najmniej inwazyjna. Pomyślne zademonstrowanie funkcjonalności w mikrograwitacji było kluczowym krokiem, przejściem od prototypu do technologii operacyjnej gotowej do wdrożenia w przyszłych misjach w głęboki kosmos. Program ISS National Lab odegrał kluczową rolę, umożliwiając firmom takim jak StemRad dostęp do tej unikalnej platformy badawczo-rozwojowej.

Dowód skuteczności w drodze na Księżyc

Testy na ISS były dopiero początkiem. Prawdziwy test zdolności kamizelki AstroRad do blokowania rzeczywistego promieniowania głębokiego kosmosu odbył się podczas misji Artemis I, bezzałogowego lotu testowego statku kosmicznego Orion wokół Księżyca. Wewnątrz kapsuły znajdowały się dwa manekiny anatomiczne, nazwane Helga i Zohar, wyposażone w tysiące czujników do pomiaru promieniowania. Te manekiny, wzorowane na fizjologii kobiecej ze względu na większą wrażliwość na promieniowanie, były w centrum eksperymentu MARE (Matroshka AstroRad Radiation Experiment). Kluczowa różnica polegała na tym, że Zohar nosiła kamizelkę ochronną AstroRad, podczas gdy Helga była niechroniona.

Podczas 25-dniowej podróży wokół Księżyca i z powrotem, czujniki zebrały ogromną ilość danych, dostarczając naukowcom najdokładniejszej dotychczas mapy środowiska radiacyjnego na trajektorii na Księżyc. Porównanie danych z Helgi i Zohar pozwoliło na precyzyjne określenie skuteczności kamizelki. Wyniki potwierdziły, że AstroRad znacznie zmniejsza dawkę promieniowania otrzymywaną przez kluczowe organy. Ten eksperyment był monumentalnym krokiem naprzód, dostarczając konkretnych dowodów na to, że ukierunkowana, noszona ochrona jest realnym i skutecznym rozwiązaniem dla przyszłych astronautów, którzy będą podróżować w ramach programu Artemis i, ostatecznie, na Marsa.