p Juntamente com os conhecidos perigos do espaço - temperaturas congelantes, pressões de esmagamento, isolamento - os astronautas também enfrentam riscos de radiação, que pode causar doenças ou ferir órgãos. p Embora não se acredite que seja uma ameaça iminente às missões atuais, os astronautas podem um dia enfrentar a radiação dos ventos solares e dos raios cósmicos galácticos. Quanta radiação, que tipo, e quais seriam os impactos antecipados dessa exposição sobre a saúde para os astronautas são questões em aberto entre as agências espaciais.

p Jeffery Chancellor, um cientista pesquisador no Departamento de Física e Astronomia da Texas A&M University e um candidato a PhD no programa de física aplicada lá, passou mais de uma década estudando essas questões como parte de quatro missões da NASA. Recentemente, colaborando com a médica e astronauta Serena Aunon-Chancellor (NASA / University of Texas Medical Branch) e com o Diretor Associado do Programa de Pesquisa Humana da NASA para o Planejamento de Pesquisa de Exploração John Charles (NASA), O chanceler examinou as implicações para a saúde da exposição à radiação espacial em órbitas polares de baixa altitude.

p Os pesquisadores usaram como caso de teste o Laboratório Orbital Tripulado (MOL), sobre quais documentos de missão foram recentemente desclassificados.

p O MOL foi concebido em 1963 e passou por planejamento de 1965 a 1969, mas nunca realmente voou.

p "Era um perfil orbital único, "Chanceler disse." Polar, baixa altitude ... Eu não poderia questionar quais seriam os efeitos. Então, Decidi dar um passo para trás e aplicar métodos computacionais e numéricos avançados a este perfil de missão. "

p Eles descobriram que a blindagem relativamente mínima do veículo espacial do programa MOL e sua órbita polar de alta inclinação teriam deixado a tripulação suscetível a altas exposições de radiação cósmica e eventos de partículas solares. Se a missão tivesse continuado em 1972, os astronautas teriam enfrentado doses tóxicas de radiação durante um grande evento solar.

p Os resultados foram publicados em Medicina Aeroespacial e Desempenho Humano em janeiro de 2018.

p O estudo foi apoiado pelo Escritório do Diretor de Inteligência Nacional e fez uso extensivo de supercomputadores no Texas Advanced Computing Center (TACC).

p OLHOS NO CÉU

p O Manned Orbiting Laboratory foi concebido como um laboratório experimental para voos espaciais humanos, mas foi remodelado como uma plataforma de reconhecimento secreto em 1965 durante o auge da Guerra Fria. O veículo teria viajado na órbita da Terra baixa e passado repetidamente pelas regiões polares norte e sul para espionar melhor a União Soviética. Este tipo de órbita incorre em maior exposição à radiação do que órbitas mais próximas do equador porque é menos protegida pelo campo gravitacional da Terra.

p Em agosto de 1972, três anos após o planejamento da missão MOL ter sido interrompido devido ao surgimento de sistemas mais baratos, satélites não tripulados - a Terra experimentou um evento historicamente grande de partículas solares. O chanceler se perguntou como a radiação típica teria impactado os pilotos do MOL que orbitaram por 30 dias na nave de blindagem fina e como um evento massivo como o de 1972 teria afetado alguém pego em vôo.

p Os pesquisadores se concentraram na radiação de duas fontes:ventos solares e raios cósmicos galácticos. Acredita-se que alguma radiação espacial atravessa as paredes das naves, enquanto alguns bloqueiam a blindagem e causam uma cascata de íons de metal soltos. Uma parte passa pelo corpo; o resto deposita sua energia na pele ou mesmo dentro do corpo, afetando os órgãos.

p Determinar os níveis de radiação que os pilotos MOL teriam experimentado por trás da blindagem leve do veículo envolveu uma boa quantidade de mineração de dados, extrapolação e simulação. O chanceler e seus colaboradores modelaram o perfil da órbita do MOL, o clima espacial e as forças geomagnéticas daqueles anos, e o transporte de partículas e íons pesados ​​que tal trajetória teria encontrado.

p Combinando esses fatores, provando-os, e simulando-os milhares de vezes no supercomputador Lonestar5 da TACC, O chanceler e seus colaboradores descobriram que, sob condições normais, a tripulação MOL teria suportado 113,6 milisievert (mSv; uma medida de dosagem de radiação) para sua pele e 41,6 mSv para órgãos formadores de sangue (por exemplo, medula óssea ou nódulos linfáticos) durante um voo de 30 dias - bem dentro dos limites de exposição para os astronautas da NASA.

p Contudo, durante o "pior cenário" da tempestade solar de 1972, sua pele teria sido exposta a 1, 770 mSv, enquanto seus órgãos teriam experimentado 451 mSv, ambos excedem os limites de exposição da NASA.

p Com base em estudos com animais, O chanceler e seus colegas prevêem que tal exposição teria causado náusea, vômito, fadiga, e possivelmente queimaduras na pele da tripulação. Sem a imediata instigação de contramedidas médicas, os riscos poderiam ter sido ainda mais graves.

p "As missões MOL em órbita polar teriam ainda menos oportunidades de comunicação com os controladores terrestres do que as missões da NASA orbitando muito mais perto do equador - e essas não eram muito frequentes - então qualquer missão em voo no momento desse evento solar provavelmente teria sido encerrada imediatamente, "disse Charles, co-autor do estudo. "É difícil dizer se isso teria acontecido em breve o suficiente para evitar tais efeitos terríveis sobre os pilotos."

p Embora o estudo tenha explorado as missões históricas do MOL, os pesquisadores tinham em mente futuros voos espaciais comerciais, como as propostas pela SpaceX ou Virgin Galactic, que provavelmente percorrerá uma órbita semelhante para melhor mostrar a beleza da Terra vista do espaço.

p "Acho que a pesquisa terá um grande impacto para os voos espaciais comerciais, "Disse o chanceler." Isso dá algumas dicas para as pessoas que estão tentando ter ideias para hotéis em órbita, ou para a SpaceX ou Virgin Galactic que desejam fazer voos turísticos, em termos do que eles têm que lidar para proteger a tripulação e os clientes. "

p Seus métodos para prever com precisão a exposição à radiação espacial e os impactos também são relevantes para viagens à Lua ou outros planetas.

p SUPERANDO AS LIMITAÇÕES DA PREVISÃO DE RADIAÇÃO DO ESPAÇO

p Os esforços para simular o risco de radiação no espaço não são novos. Na verdade, registros históricos mostram que eles fizeram parte da pesquisa espacial da NASA e do Departamento de Defesa desde o início. Mas décadas de estudo alcançaram poucas respostas concretas ou medidas práticas para mitigar a radiação, de acordo com os cientistas.

p "Apesar de anos de pesquisa, compreensão do ambiente de radiação espacial, e o risco que representa para os astronautas de longa duração permanece limitado, "O chanceler e sua equipe escreveram em um artigo publicado em Nature Microgravity in April 2018. "Given the intended future of human spaceflight, with efforts now to rapidly expand capabilities for human missions to the moon and Mars, there is a pressing need to improve upon the understanding of the space radiation risk, predict likely clinical outcomes of interplanetary radiation exposure, and develop appropriate and effective mitigation strategies for future missions."

p Chancellor says that until recently scientists did not have the capabilities to do radiation simulations accurately.

p "We were making assumptions and approaching the problem in the best possible way based on what we had available, " he said. "But this is an area where better algorithms and more powerful computers make a big difference in what's possible. I don't think we would've made this progress or understood what we're seeing without the ability to use high-performance multicore computers. It's a game-changer."

p Each of the three test cases from the Manned Orbital Laboratory that the team ran on Lonestar5 required 150, 000 computational hours and generated 2.5 terabytes of data.

p "Tracing 10^11 or 10^15 particles in terms of every interaction at every micron or smaller involves a humongous computational load. The fact that I could parallelize the problem and have 1, 000 processors running each computation and do that in three to four hours instead of three to four months is a huge benefit, " he said. "The more samples you take, the more accurate the results and the more confidence you have."

p Not only that:the speed-up may one day enable improved decision-making for those working in mission control.

p Chancellor used Lonestar5 for most of his computations, but when he re-ran some of his computations on Stampede2, TACC's latest supercomputer and one of fastest in the world, he was able to obtain a result in five minutes as opposed to five hours.

p "It's smoking fast, " Chancellor said. "When I first started getting results off of Stampede, I called my friend who works in mission control for radiation at NASA and said, 'You guys have to get on this.'"

p This rapid turnaround could enable NASA to run much more accurate models than they currently do to determine, in real-time, how a solar storm or other cosmic event might impact astronauts—a capability that may one day save lives.