Planeten Mars ropar på oss. Åtminstone är det intrycket man får när man undersöker alla planerade och föreslagna uppdrag till den röda planeten under det kommande decenniet. Med så många rymdorganisationer som för närvarande skickar uppdrag dit för att karakterisera dess miljö, atmosfär och geologiska historia, verkar det troligt att besättningsuppdrag är precis runt hörnet. Faktum är att både NASA och Kina har gjort det klart att de har för avsikt att skicka uppdrag till Mars i början av 2030-talet som kommer att kulminera i skapandet av livsmiljöer på ytan.

För att säkerställa astronauternas hälsa och säkerhet, både under transport och på Mars yta, undersöker forskare flera sätt att skydda strålning. I en nyligen genomförd studie studerade ett team från Blue Marble Space Institute of Science (BMSIS) hur olika material kan användas för att skapa strålskyddande strukturer. Detta inkluderade material som hämtats från jorden och de som kan skördas direkt från marsmiljön. Detta är i linje med in-situ-resursanvändningsprocessen (ISRU), där lokala resurser utnyttjas för att möta behoven hos astronautbesättningarna och uppdraget.

Forskningen leddes av Dionysios Gakis, en gästforskare vid BMSIS och en fysikexamen vid universitetet i Patras, Grekland. Han fick sällskap av Dr. Dimitra Atri, en senior forskningsutredare vid BMISIS, en fysikprofessor vid Center for Space Science vid New York University Abu Dhabi och Gakis akademiska rådgivare. Artikeln som beskriver deras fynd ("Modling the effectiveness of radiation shielding materials for astronaut protection on Mars") övervägs för publicering av Acta Astronautica .

Strålningsmiljön på Mars är betydligt farligare än jordens på grund av dess tunna atmosfär och avsaknaden av ett planetariskt magnetfält. På jorden utsätts människor i utvecklade länder för i genomsnitt 0,62 rads (6,2 mSv) per år, medan Mars yta tar emot cirka 24,45 rads (244,5 mSv) per år – och ännu mer när solhändelser (aka. solutbrott) inträffa.

Som Dr. Atri berättade för Universe Today via e-post, kommer denna strålning i flera former:"Galaktiska kosmiska strålar består av laddade partiklar som är en miljard (eller mer) gånger mer energiska än synligt ljus. De kan tränga in genom avskärmning och orsaka irreparabel skada på Den mänskliga kroppen. Dessutom kan solstormar ibland accelerera laddade partiklar till mycket höga energier (solenergipartiklar), vilket kan orsaka jämförbar skada. Mängden strålning som kommer från kosmisk strålning är mycket förutsägbar medan solstormar är mycket svåra att förutsäga."

För sin studie undersökte Gakis och Dr. Atri egenskaperna hos olika skärmningsmaterial som kunde transporteras till Mars eller skördas in situ. Dessa bestod av material som är vanliga inom flygindustrin - som aluminium, polyeten, cyklohexan, polymetylmetakrylat, Mylar och Kevlar - och vatten, flytande väte i kolfiber och Martian regolit. Som Gakis förklarade utvärderade de vart och ett av dessa material med den numeriska modellen GEANT4 – en mjukvarusvit som simulerar partiklars passage genom materia med statistiska Monte Carlo-metoder.

"Vi byggde en beräkningsmodell av Mars och mätte den kosmiska energiavsättningen inuti en hypotetisk mänsklig fantom, som representerar en astronaut," sa han. "En materialsköld sattes in för att absorbera en del av strålningen innan den nådde astronauten. De mest effektiva materialen, när det gäller strålskydd, var de som släppte igenom minst energi i astronautens kropp."

Deras resultat indikerade att väterika material (dvs vattenis) har ett förutsägbart svar på GCR och är därför det bästa försvaret mot kosmiska strålar. De fann vidare att regolit har ett mellansvar och därför kan användas för ytterligare skärmning - speciellt i kombination med aluminium.

Sa Gakis:"Till exempel, även om aluminium inte visade sig vara lika effektivt som andra material, kan det fortfarande vara till hjälp för att minska stråldoserna, och vi förespråkar att kombinera det med andra material. Mars regolit har liknande beteende och fördelen av att vara en material på plats, vilket inte kräver att vi bär det från jorden."

NASA och andra rymdorganisationer utvärderar flera konstruktioner, material och tekniker som kommer att möjliggöra skapandet av livsmiljöer på månen, Mars och bortom. I synnerhet planerar NASA och den kinesiska nationella rymdorganisationen (CNSA) för besättningsuppdrag till Mars under det kommande decenniet, som kommer att lanseras var 26:e månad (med början 2033) och kulminera i skapandet av livsmiljöer på ytan. Enligt Gakis och Dr. Atris analys kommer dessa livsmiljöer sannolikt att bestå av en inre struktur tillverkad av lättviktsmaterial som transporteras till låg kostnad från jorden.

När det gäller aluminium och kolfiber skulle de kunna produceras på plats med aluminium utvunnet från berg från mars och kol skördats från dess atmosfär. Dessa kan sedan avskärmas med hjälp av lokalt skördad vattenis och regolit, vilka robotar kommer att 3D-skriva ut för att skapa en skyddande överbyggnad. Sådana livsmiljöer kommer att möjliggöra långvariga uppdrag långt bortom jorden och kan till och med vara en språngbräda till permanenta mänskliga bosättningar i rymden.

"Strålning är en av de många frågor som mänskligheten måste ta itu med för att framgångsrikt kunna utföra människans [utforskning av] den röda planeten," sammanfattade Gakis. "Vi tror att vår forskning är ytterligare ett steg i att förstå de förödande effekterna av kosmiska strålar i Mars-miljön och att planera effektiva mildrande strategier för framtida besättningsuppdrag till Mars." + Utforska vidare

Vilka delar av Mars är säkrast från kosmisk strålning?