Levantando escudos: novas ideias podem tornar viável a proteção ativa

Em 19 de outubro de 1989, às 12h29 UTC, uma enorme explosão solar de classe X13 criou uma tempestade geomagnética tão poderosa que a aurora boreal iluminou os céus do Japão, América, Austrália e até mesmo da Alemanha no dia seguinte. Se você estivesse voando ao redor da Lua naquela época, teria absorvido mais de 6 sieverts de radiação, uma dose que provavelmente o mataria dentro de um mês ou mais.

É por isso que a espaçonave Orion, que deveria levar humanos em uma missão de sobrevoo este ano, tem um abrigo contra tempestades altamente protegido para a tripulação. Mas esses abrigos não são suficientes para uma viagem a Marte, já que o escudo de Orion foi projetado para uma missão de 30 dias.

Obter proteção semelhante à que temos na Terra exigiria centenas de toneladas de material, e isso simplesmente não é possível em órbita. A alternativa básica – usar escudos activos que desviam as partículas carregadas tal como o campo magnético da Terra faz – foi proposta pela primeira vez na década de 1960. Hoje, estamos finalmente perto de fazer funcionar.

Radiação do espaço profundo

A radiação espacial vem em dois sabores diferentes. Eventos solares, como explosões ou ejeções de massa coronal, podem causar fluxos muito elevados de partículas carregadas (principalmente prótons). Eles são ruins quando você não tem abrigo, mas são relativamente fáceis de proteger, já que os prótons solares são, em sua maioria, de baixa energia. A maioria dos fluxos de eventos de partículas solares está entre 30 MeV e 100 MeV e pode ser interrompida por abrigos semelhantes aos de Orion.

Depois, há os raios cósmicos galácticos: partículas vindas de fora do sistema solar, impulsionadas por supernovas distantes ou estrelas de nêutrons. Eles são relativamente raros, mas chegam até você o tempo todo, de todas as direções. Eles também possuem altas energias, começando em 200 MeV e indo até vários GeV, o que os torna altamente penetrantes. Blocos grossos não oferecem muita proteção contra isso. Quando partículas de raios cósmicos de alta energia colidem com escudos finos, elas produzem tantas partículas de baixa energia que seria melhor não ter nenhum escudo.

Partículas com energia entre 70 e 500 MeV são responsáveis ​​por 95% da dose de radiação que os astronautas recebem no espaço. Em voos curtos, as tempestades solares são a principal preocupação porque podem ser muito violentas e causar muitos danos muito rapidamente. No entanto, quanto mais você voa, mais problemáticos se tornam os GCRs, porque suas doses aumentam com o tempo e podem passar por quase tudo que tentamos colocar em seu caminho.

O que nos mantém seguros em casa

A razão pela qual quase nenhuma desta radiação chega até nós é que a Terra possui um sistema de proteção natural em vários estágios. Começa com o seu campo magnético, que desvia a maioria das partículas que chegam em direção aos pólos. Uma partícula carregada em um campo magnético segue uma curva; quanto mais forte o campo, mais estreita é a curva. O campo magnético da Terra é muito fraco e dificilmente desvia as partículas que chegam, mas é enorme e se estende por milhares de quilômetros no espaço.

Tudo o que passa pelo campo magnético se estende até a atmosfera, o que, em termos de proteção, equivale a uma parede de alumínio com 3 metros de espessura. Finalmente, há o próprio planeta, que reduz a radiação pela metade, já que sempre há 6,5 bilhões de trilhões de toneladas de rocha protegendo você do fundo.

Para colocar isso em perspectiva, o módulo da tripulação da Apollo tinha uma média de 5 gramas de massa por centímetro quadrado entre a tripulação e a radiação. Um módulo típico da ISS contém o dobro disso, cerca de 10 g/cm2. O abrigo da Orion pesa 35-45 g/cm2, dependendo exatamente de onde você está sentado, e pesa 36 toneladas. Na Terra, só a atmosfera fornece 810 g/cm2, quase 20 vezes mais do que a nossa nave espacial mais bem protegida.

As duas opções são adicionar mais massa – o que rapidamente se torna caro – ou encurtar a duração da missão, o que nem sempre é possível. Portanto, uma solução de radiação de massa negativa não será suficiente em missões mais longas, mesmo com os melhores materiais de blindagem, como polietileno ou água. É por isso que criar uma versão miniaturizada e portátil do campo magnético da Terra está em discussão desde os primeiros dias da exploração espacial. Infelizmente, descobrimos que é muito mais fácil falar do que fazer.