W razie burzy słonecznej astronauci będą budować schron z zapasów wody, ubrań i wyposażenia statku.
W kosmosie największym zagrożeniem nie zawsze jest awaria silnika albo dziura w poszyciu statku. Czasem największy problem przylatuje ze Słońca i jest niewidzialny. W rozmowie dla serwisu Nauka w Polsce Aleksandra Rutczyńska, konstruktorka czujników promieniowania pracująca przy misjach Artemis w Niemieckim Centrum Lotnictwa i Kosmonautyki, opowiada o procedurze, która brzmi zaskakująco prosto: w razie silnego rozbłysku astronauci mogą zamienić kapsułę Orion w tymczasowy schron.
Nie chodzi o tajny pancerz ani futurystyczną tarczę energetyczną. W grę wchodzą zapasy wody, ubrania, wyposażenie i odpowiednie ustawienie statku. To właśnie z takich rzeczy można w małej kapsule stworzyć dodatkową warstwę ochronną. W walce z promieniowaniem kosmicznym czasem najcenniejszy jest nie najcięższy pancerz, tylko dobrze wykorzystana masa.
Czujniki z polskim śladem lecą w stronę Księżyca
Aleksandra Rutczyńska pracuje przy czujnikach promieniowania wykorzystywanych w programie Artemis. Detektory przygotowane przez jej zespół brały udział w misji Artemis 1 i Artemis 2. W przypadku Artemis 2 czujniki nie były podłączone do komputera pokładowego, więc nie przekazywały danych w czasie rzeczywistym. Po powrocie czekają jednak na analizę w laboratorium.
Pamiętajmy, iż w kosmosie nie wystarczy wiedzieć ogólnie, iż promieniowanie jest groźne. Trzeba mierzyć, gdzie dokładnie w kabinie dawka jest większa, gdzie mniejsza, jak zmienia się podczas przejścia przez pasy Van Allena, lotu w stronę Księżyca i momentu, gdy kapsuła chowa się za Srebrnym Globem.
Takie czujniki działają jak mapa niewidzialnego zagrożenia. Dopiero z wielu punktów pomiarowych można zrozumieć, które części statku chronią lepiej, a które gorzej. Te dane mają znaczenie nie tylko dla Artemis 2, ale też dla kolejnych lotów wokół Księżyca, misji na jego powierzchnię i przyszłych planów marsjańskich.
Promieniowanie jest cichym wrogiem całego programu Artemis
Na niskiej orbicie okołoziemskiej astronauci korzystają jeszcze z częściowej ochrony ziemskiego pola magnetycznego. Dalej, w drodze do Księżyca, ta osłona przestaje wystarczać. Załoga Oriona trafia w środowisko, w którym musi mierzyć się z dwoma głównymi źródłami promieniowania: promieniowaniem galaktycznym i gwałtownymi zdarzeniami słonecznymi.
Promieniowanie galaktyczne to stały strumień bardzo energetycznych cząstek przybywających spoza Układu Słonecznego. Trudno się przed nim całkowicie osłonić, bo część tych cząstek ma ogromne energie. Z kolei burze słoneczne są bardziej nagłe. jeżeli Słońce wyrzuci silny strumień protonów, dawka promieniowania może gwałtownie wzrosnąć i wtedy liczy się procedura awaryjna.
Rutczyńska przypomina, iż do tej pory w kosmosie było tak naprawdę zaledwie ok. 700 osób, a w okolicach Księżyca tylko dwadzieścia kilka. To oznacza, iż baza danych medycznych i radiacyjnych jest wciąż skromna. Każda misja Artemis jest więc jednocześnie lotem i eksperymentem bezpieczeństwa dla wszystkich kolejnych załóg.
Dlaczego akurat woda i ubrania?
W ochronie przed cząstkami słonecznymi dobrze sprawdzają się materiały bogate w wodór. Wodór jest lekki, a jego jądra skutecznie spowalniają wiele wysokoenergetycznych protonów. Dlatego osłoną mogą być nie tylko specjalne materiały, ale też rzeczy, które i tak są na pokładzie: woda, żywność, plastikowe elementy wyposażenia czy ubrania.
W kosmosie każdy kilogram jest drogi. Nie da się po prostu obłożyć kapsuły grubą warstwą ołowiu, bo masa statku od razu wzrosłaby dramatycznie, a przy części promieniowania ciężkie materiały mogą choćby powodować dodatkowe kłopoty przez powstawanie promieniowania wtórnego. Właśnie dlatego inżynierowie wolą wykorzystywać masę, którą i tak trzeba zabrać na misję.
Zapas wody nie jest wtedy tylko wodą. Ubrania nie są tylko ubraniami. W sytuacji awaryjnej stają się elementami osłony radiacyjnej. Statek nie ma jednego grubego schronu, ale możliwość szybkiego przeorganizowania wnętrza tak, by najbardziej chronić miejsce, w którym na jakiś czas ukryje się załoga.
Orion może też osłaniać ludzi własną konstrukcją
Schron z zapasów to tylko jedna warstwa ochrony. Drugą jest sam statek. Orion ma miejsca lepiej i gorzej osłonięte, bo różne fragmenty kapsuły mają inną ilość wyposażenia, konstrukcji i materiału między astronautą a przestrzenią kosmiczną. To oznacza, iż przy zagrożeniu znaczenie ma także to, gdzie załoga usiądzie i jak statek ustawi się względem źródła promieniowania.
Rutczyńska podaje bardzo konkretny przykład z Artemis 1: obrót kapsuły Orion o 90 stopni spowodował spadek dawki promieniowania w niektórych miejscach choćby o połowę. To świetna lekcja inżynierska. Czasem nie trzeba dokładać nowej osłony, wystarczy ustawić już istniejącą masę statku między źródłem promieniowania a załogą.
Dla przyszłych misji to bardzo cenna wiedza. Planowanie lotu to przecież nie tylko wybór trajektorii i kontrolowanie pracy silników. Równie ważne jest to, jak promieniowanie rozkłada się wewnątrz kapsuły, gdzie załoga jest najlepiej chroniona i jak gwałtownie można zmienić ustawienie statku albo przenieść astronautów w bezpieczniejsze miejsce, gdy aktywność Słońca zaczyna rosnąć.
Astronauci nie patrzą na dozymetr jak na licznik Geigera
W rozmowie pojawia się też jeszcze jedna ważna kwestia. Nie każdy detektor promieniowania działa jak urządzenie, które na bieżąco pokazuje wyniki i ostrzega załogę. Część z nich to tzw. dozymetry pasywne – nie mają baterii ani wyświetlacza. Po prostu rejestrują dawkę promieniowania podczas całej misji, a naukowcy odczytują zgromadzone dane dopiero po powrocie urządzenia do laboratorium.
To nie znaczy oczywiście, iż załoga jest ślepa na zagrożenie. O ostrzeżenia odpowiadają systemy monitorowania pogody kosmicznej, Centrum Kontroli Misji i aktywne czujniki na pokładzie. jeżeli dochodzi do niebezpiecznego zdarzenia słonecznego, astronauci dostają informację i przechodzą do schronu.
W misjach Artemis istotną rolę odgrywa też system HERA, czyli pokładowy monitor środowiska radiacyjnego. Do tego dochodzą czujniki osobiste oraz instrumenty eksperymentalne, takie jak detektory M-42 przygotowane przez zespół DLR. Razem tworzą układ, który ma nie tylko ostrzegać, ale także uczyć inżynierów, jak projektować bezpieczniejsze loty.
Helga i Zohar poleciały pierwsze. To one sprawdziły zagrożenie dla ludzi
Bezzałogowa misja Artemis 1 była pod tym względem ogromnym testem. Na pokładzie Oriona poleciały dwa manekiny badawcze: Helga i Zohar. Nie były zwykłymi atrapami. Zbudowano je z materiałów imitujących ludzkie tkanki i wypełniono tysiącami detektorów promieniowania, aby zmierzyć dawki pochłaniane przez różne narządy.
Zohar miała na sobie specjalną kamizelkę ochronną AstroRad, a Helga leciała bez niej. Dzięki temu można było porównać, jak duże znaczenie ma dodatkowa osłona ciała, zwłaszcza w przypadku narządów szczególnie wrażliwych na promieniowanie. To był też istotny krok z innego powodu: manekiny odwzorowywały kobiecą anatomię, a ochrona astronautek przed promieniowaniem przez lata wymagała dokładniejszych danych.
Rutczyńska zwraca uwagę, iż eksperymenty z takimi fantomami prowadzi się od około 20 lat. W misji Artemis 1 po raz pierwszy wysłano jednak manekiny odwzorowujące kobiecą budowę ciała i rozmieszczenie narządów. To ma bardzo duże znaczenie naukowe. Dzięki takim badaniom łatwiej ocenić, jak promieniowanie wpływa na organizm astronautek i lepiej przygotować przyszłe załogi do lotów poza orbitę Ziemi.
*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI
