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    Todos os desafios que os astronautas enfrentarão em um voo para Marte

    Impressão artística do acampamento-base de Marte em órbita ao redor de Marte. Quando as missões para Marte começam, um dos maiores riscos será representado pela radiação espacial. Crédito:Lockheed Martin

    Em 1972, a corrida espacial terminou oficialmente quando a NASA enviou uma última tripulação de astronautas para a superfície da lua (Apollo 17). Este era o anel de latão que tanto os EUA quanto os soviéticos buscavam, o "disparo lunar" que determinaria quem teria a supremacia no espaço. Na era atual de exploração espacial renovada, o próximo grande salto envolverá claramente o envio de astronautas a Marte.

    Isso apresentará muitos desafios que precisarão ser resolvidos com antecedência, muitos dos quais têm a ver com simplesmente levar os astronautas lá inteiros! Esses desafios foram o tema de uma apresentação feita por dois pesquisadores indianos no SciTech Forum 2020, um evento anual organizado pela International Academy of Astronautics (IAA), Universidade RUDN, e a American Astronomical Society (AAS).

    O estudo que descreve os resultados de suas pesquisas apareceu recentemente online e foi aceito para publicação pela Advances in Aeronautical Sciences (data de publicação pendente). Tanto ele quanto a apresentação feita no SciTech Forum 2020 foram conduzidos por Malaya Kumar Biswal e Ramesh Naidu Annavarapua - um pesquisador graduado e professor associado de física da Universidade de Pondicherry, Índia (respectivamente).

    A pesquisa também foi tema de apresentação feita durante a sétima sessão do Workshop Virtual de Biologia Espacial, promovido pelo Instituto Planetário Lunar (LPI) - que aconteceu entre os dias 20 e 21 de janeiro. Como Biswal e Annavarapua indicaram em seus estudos e apresentações, Marte ocupa um lugar especial nos corações e mentes dos cientistas e pesquisadores astrobiológicos.

    Junto à Terra, Marte é o local mais habitável do sistema solar (pelos padrões terrestres). Múltiplas linhas de evidência acumuladas ao longo das décadas também mostraram que pode ter sustentado a vida ao mesmo tempo. Infelizmente, o envio de astronautas a Marte implicará inevitavelmente uma série de desafios distintos, que vão desde a logística e tecnologia até os fatores humanos e as distâncias envolvidas.

    Abordar essas questões com antecedência é fundamental se a NASA e outras agências espaciais esperam conduzir as primeiras missões tripuladas a Marte na próxima década e depois. Com base em sua análise, Biswal e Annavarapu identificaram 14 desafios distintos, que incluem (mas não estão limitados a):

    • A trajetória de vôo para Marte e manobras corretivas
    • Naves espaciais e gestão de combustível
    • Radiação, microgravidade, e saúde do astronauta
    • Isolamento e problemas psicológicos
    • Comunicações (em trânsito e em Marte)
    • A abordagem de Marte e a inserção orbital

    Todos esses desafios experimentam algum grau de sobreposição com um ou mais dos outros listados. Por exemplo, uma questão óbvia quando se trata de planejar missões a Marte é a distância envolvida. Por causa disso, janelas de lançamento entre a Terra e Marte ocorrem apenas a cada dois anos, quando nossos planetas estão mais próximos em suas órbitas um do outro (ou seja, quando Marte está em "oposição" em relação ao sol).

    Durante essas janelas, uma espaçonave pode fazer a viagem da Terra a Marte em 150 a 300 dias (cerca de cinco a dez meses). Isso torna as missões de reabastecimento impraticáveis, uma vez que os astronautas não podem esperar tanto para receber as tão necessárias remessas de combustível, Comida, e outros fornecidos. Como Biswal disse à Universe Today por e-mail, as distâncias envolvidas também criam problemas no que diz respeito à segurança do astronauta e à geração de energia:

    "Em caso de qualquer situação de emergência, não podemos trazer astronautas de Marte [como poderíamos] no caso de LEO ou missões lunares ... Da mesma forma, a distância reduz o fluxo solar da órbita da Terra para a órbita de Marte, resultando no déficit de produção de energia, que é muito significativo para alimentar o veículo e manter a estabilidade térmica (mais uma vez, a distância pode levar a baixa temperatura ambiente causando hipotermia e formação de gelo (especialmente na boca) . "

    Em outras palavras, simplesmente chegar a Marte apresenta vários desafios específicos que Biswal e Annavarapu incluíram em suas análises. Ao falar sobre saúde e segurança do astronauta, existem vários desafios específicos que entram em jogo aqui também. Por exemplo, o fato de os astronautas passarem vários meses no espaço profundo cria todos os tipos de riscos para sua saúde física e mental.

    Para iniciantes, existe o custo psicológico de estar confinado a uma cabine de nave espacial com outros astronautas. Também há o custo físico da exposição de longo prazo a um ambiente de microgravidade. Como a pesquisa a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS) mostrou, particularmente, Estudo de gêmeos da NASA - passar até um ano no espaço tem um impacto considerável no corpo humano.

    Crédito:Universo Hoje

    Além da perda de densidade muscular e óssea, astronautas que passaram longos períodos a bordo da ISS também tiveram perda de visão, mudanças genéticas, e problemas de longo prazo com seus sistemas cardiovasculares e de circulação. Também houve casos de efeitos psicológicos, onde os astronautas experimentaram altos níveis de ansiedade, insônia, e depressão.

    Mas, como Biswal indicou, o maior e mais óbvio desafio é toda a radiação (solar e cósmica) a que os astronautas serão expostos ao longo de toda a missão:

    "[Os] maiores perigos incluem o risco de câncer prolongado e seus efeitos devido à exposição à radiação interplanetária (durante o trânsito de Marte) e à radiação de superfície (durante a permanência prolongada na superfície). o efeito da radiação causa função de coordenação cerebral inadequada e outras doenças relacionadas ao cérebro; depois, o efeito psicológico da tripulação durante o isolamento completo. Uma vez que a missão tripulada depende do desempenho do astronauta, o astronauta enfrenta mais problemas relacionados à saúde. "

    Em nações desenvolvidas, as pessoas na Terra estão expostas a uma média de cerca de 620 milirem (62 mSv) anualmente, ou 1,7 milirems (0,17 mSv) por dia. Enquanto isso, A NASA conduziu estudos que mostraram como uma missão a Marte resultaria em uma exposição total de cerca de 1, 000 mSv durante um período de dois anos e meio. Isso consistiria em 600 mSv durante uma viagem de ida e volta de um ano, mais 400 mSv durante uma estadia de 18 meses (enquanto os planetas se realinham).

    O que isso significa é que os astronautas serão expostos a 1,64 mSv por dia durante o trânsito e 0,73 mSv por cada dia que permanecerem em Marte - isso é mais de 9,5 e 4,3 vezes a média diária, respectivamente. Os riscos à saúde que isso acarreta podem significar que os astronautas estariam sofrendo de problemas de saúde relacionados à radiação antes mesmo de chegarem a Marte, para não falar das operações de superfície ou da viagem de volta.

    Felizmente, existem estratégias de mitigação para o trânsito e partes da superfície da missão, alguns dos quais Biswal e Annavarapua recomendam. "Atualmente estamos desenvolvendo um habitat subsuperficial de Marte que pode resolver todos os problemas relacionados à saúde na missão estendida ou assentamento permanente em Marte, "disse Biswal." [A] missão tripulada deve incluir a produção mais rápida das necessidades da tripulação a partir de recursos in-situ [utilização] (ISRU). "

    Uma ilustração de uma base lunar que poderia ser construída usando impressão 3D e ISRU, utilização de recursos in-situ. Crédito:RegoLight, visualização:Liquifer Systems Group, 2018

    Esta proposta está de acordo com os muitos perfis de missão que a NASA e outras agências espaciais estão desenvolvendo para a futura exploração lunar e marciana. Já existem muitas estratégias para manter as tripulações protegidas da radiação enquanto estiverem no espaço, mas em ambientes extraterrestres, todos os conceitos incorporam o uso de recursos locais (como regolito ou gelo) para criar uma proteção natural.

    A disponibilidade local de gelo também é vista como uma necessidade para garantir um suprimento constante de água para consumo humano e irrigação (uma vez que os astronautas em missões de longa duração precisarão cultivar grande parte de sua própria comida). Além de tudo isso, Biswal e Annavarapu enfatizaram como manter um voo rápido e uma trajetória de retorno ajudará a reduzir o tempo de viagem.

    Também existe a possibilidade de alavancar tecnologias avançadas como a propulsão nuclear-térmica e nuclear-elétrica (NTP / NEP). A NASA e outras agências espaciais estão pesquisando ativamente foguetes nucleares, já que uma espaçonave equipada com NTP ou NEP poderia fazer a viagem a Marte em apenas 100 dias. Mas, como Bisawl e Annavarapu indicaram, isso levanta o desafio de lidar com sistemas nucleares e mais exposição à radiação.

    Ai, todos esses desafios podem ser enfrentados com a combinação certa de inovação e preparação. E quando você considera as recompensas de enviar missões tripuladas a Marte, os desafios parecem muito menos assustadores. Como Biswal ofereceu, estes incluem proximidade, as oportunidades de estudar amostras de solo marciano em um laboratório da Terra, a expansão de nossos horizontes, e a capacidade de responder a questões fundamentais sobre a vida:

    “Sempre fomos fascinados por saber de onde viemos e se existe alguma vida como a nossa em outros corpos astronômicos? Não podemos executar uma missão tripulada a qualquer outro destino interplanetário devido ao risco e gerenciamento da missão.

    "Marte é o único planeta vizinho em nosso sistema solar que podemos explorar, ele [tem] um bom registro geológico para responder a todas [as] nossas perguntas não resolvidas, e [podemos] trazer amostras [de volta] para analisar em nosso laboratório terrestre? "E, finalmente, seria interessante executar uma missão humana a Marte, a fim de demonstrar a extensão da tecnologia atual e da progressão aeroespacial. "

    O conceito artístico de um foguete nuclear bimodal fazendo a viagem à lua, Marte, e outros destinos no sistema solar. Crédito:NASA

    Desde o início dos anos 1960, agências espaciais têm enviado missões robóticas a Marte. Desde a década de 1970, algumas dessas missões foram sondas que pousaram na superfície. Com os mais de quarenta anos de dados e experiência resultantes, A NASA e outras agências espaciais estão agora tentando aplicar o que aprenderam para que possam enviar os primeiros astronautas a Marte.

    As primeiras tentativas ainda podem demorar mais de uma década (ou mais), mas apenas se preparações significativas ocorrerem de antemão. Não só muitos componentes relacionados à missão e infraestrutura ainda precisam ser desenvolvidos, mas ainda há muita pesquisa a ser feita. Agradecidamente, esses esforços se beneficiam dos tipos de avaliações completas que vemos aqui, onde todos os riscos e perigos potenciais são investigados (e contra-medidas propostas).

    Esperançosamente, tudo isso levará à criação de um programa sustentável para a exploração marciana. Pode até permitir a ocupação humana de longo prazo de Marte e a criação de uma colônia permanente. Graças aos esforços de muitos pesquisadores e cientistas, pode chegar o dia em que existam "marcianos".


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