Blindaje de aluminio (parte izquierda de la figura) y blindaje plástico de los detectores de rayos cósmicos antes de ser transportados a la Antártida.Crédito: Leonard Howell, NASA/Marshall.

Si llueve, sacas un paraguas. Si se espera una lluvia de meteoros, se construye la nave espacial con una protección que ataje el torrente de partículas cuando lleguen. ¿Pero, qué se puede hacer contra la radiación?

Después de casi cuatro décadas de vuelos espaciales tripulados, todavía estamos enfrentando el reto de proteger a las tripulaciones en el espacio contra los rayos cósmicos y otros peligros causados por la radiación.

Una parte del problema es entender completamente la composición y las energías contenidas en los rayos cósmicos.

Próximamente, en una o dos semanas, dos pequeños instrumentos serán conducidos en un viaje alrededor del Polo Sur con el fin de ayudar a los científicos a desarrollar un mejor entendimiento de la radiación cósmica que podría poner en peligro a los astronautas en misiones hacia el espacio exterior.|

“Estos instrumentos van a registrar la cantidad de radicación de varias partículas y energías contenidas en los rayos cósmicos”, dijo el Dr. Leonard Howell, un miembro del grupo de rayos cósmicos en el Centro de Vuelos Espaciales Marshall de la NASA. “Los medidores de la cantidad de radiación irán en una cabina de un globo que estará expuesta a los rayos cósmicos durante 10 días”.

Un paquete experimental de la Universidad de California en Berkeley se alista para su lanzamiento en la estación de McMurdo. El globo en el extremo izquierdo contiene virtualmente todo el hidrógeno necesario para el vuelo. La gran longitud de plástico entre el globo y el paquete experimental en primer plano, se expandirá a medida que el globo ascienda. Crédito: Universidad de California en Berkeley.

NASA ha desarrollado recientemente la capacidad de poner en vuelo de altura a globos de investigación en trayectorias que circundarán el Polo Norte o el Polo Sur durante una exposición de 10 días. Estas plataformas transportadas por globos suministran con frecuencia oportunidades relativamente de bajo costo para ejecutar experimentos utilizando todo el espectro de los rayos cósmicos.

El globo que conducirá varios experimentos relacionados con la radiación se lanzará desde la estación de investigación de los Estados Unidos en McMurdo, Antártida, debido a que las regiones polares son los lugares donde la atmósfera de la Tierra está directamente expuesta al ambiente espacial y por ende a los rayos cósmicos. A 38 km de altura (125000 pies) el globo estará en la parte superior de la atmósfera de la Tierra.

A pesar de tener un nombre similar, los rayos cósmicos no son radiación electromagnética como los rayos X y los rayos gamma. Realmente, los rayos cósmicos son átomos que se han sido separados de sus electrones y acelerados por explosiones de supernovas y otros sucesos violentos del universo.

Hasta lo que conocemos ahora, los componentes más peligrosos de los rayos cósmicos son las partículas HZE, lo que significa de masa alta (HZ) y de alta energía (HE). Estas partículas son núcleos de átomos que viajan rápidamente a una velocidad cercana a la de la luz. Si se encuentran con materia más densa (como las paredes de una nave espacial o la carne de un cuerpo humano) estas partículas se desintegrarán a sí mismas y a sus objetivos y crearán una cascada de partículas secundarias. Es como una bala de mosquete impactando en una pared, desintegrándose y dejando un rastro de desechos. Las partículas secundarias también son peligrosas.

Debido a que las partículas están eléctricamente cargadas, todas son desviadas por el campo magnético de la Tierra exceptuando aquellas con mayor energía. Las partículas que llegan a atravesar el campo magnético son absorbidas por la parte superior de la atmósfera. Alrededor de los polos magnéticos, las líneas del campo magnético son verticales, y por consiguiente, todo el espectro de partículas puede entrar directo desde el espacio exterior.

Howell explicó que los experimentos que se lanzarán este mes son un modesto comienzo de un esfuerzo más grande para adquirir el conocimiento que permitirá a los científicos idear mejores protecciones y estrategias para las tripulaciones con rumbo a Marte.

Un pingüino se menea después de pasar las huellas de un tractor para averiguar de qué se trata este vuelo “sin alas”.

El experimento contiene dos paquetes, cada uno albergando tres conjuntos idénticos de medidores de la cantidad de radiación (emulsiones de película, láminas de plástico y detectores termo-luminiscentes). Cada medidor cubre un área de aproximadamente 2 pulgadas cuadradas. Las emulsiones de película hechas en NASA/Marshall serán reveladas después del vuelo para detectar los indicios de rayos cósmicos. Las láminas son de Plexiglas CR-39 que serán tratadas químicamente para revelar agujeros pequeños perforados por los rayos cósmicos. Los detectores termo-luminiscentes (TLDs por sus siglas en Inglés) registrarán la totalidad de la cantidad de radiación. Cuando se calientan, los TLDs irradian luz visible que es proporcional a la cantidad de radiación absorbida por ionización. Los termistores incluidos en los paquetes, guardarán un registro de los rangos de temperatura durante el vuelo. Un cuarto conjunto se quedará en tierra como unidad de control.

“Los tres medidores de la cantidad de radiación en cada tubo serán ubicados detrás de cantidades diferentes de protección con el fin de entender completamente los efectos de esta protección” dijo Christl. “Se escogieron dos materiales diferentes como protección en esta etapa de la investigación, aluminio y polietileno”.

Los alojamientos para los medidores de la cantidad de radiación son categóricamente de baja tecnología como lo son a menudo los experimentos en globo: un tubo de PVC de 4 pulgadas de diámetro de una ferretería, con tapones roscados en los extremos y hermetizados a prueba de aire por medio de cinta Teflón. Un extremo de cada uno de los tubos tiene un gusanillo de llanta de bicicleta que sobresale para que el tubo pueda ser presurizado a 1 atmósfera antes del vuelo.

A continuación, los tubos son ubicados en el interior de las camisas protectoras (una hecha de aluminio para simular las paredes de la nave espacial y la otra en polietileno) que van montadas en los lados de la cabina del globo.

“Estos son dos tipos de materiales protectores que pueden ser utilizados en una misión espacial” dijo el Dr. Mark Christl, un científico de rayos cósmicos de NASA/Marshall. “El objetivo principal de este experimento es el de caracterizar el ambiente y conseguir algunos datos para compararlos con simulaciones por computador”.

El globo ha sido liberado y empieza su ascenso. El transportador de la carga útil a la derecha, puede ser accionado para eliminar el movimiento relativo entre el trasportador y el globo, asegurando así una liberación suave. Crédito: Universidad de California en Berkeley.

El aluminio fue seleccionado debido a que sus propiedades son muy conocidas, “pero no queremos dar la impresión que lo escogimos por encima de cualquier otro material” para la estructura de la nave espacial. La protección de aluminio en este experimento tiene un espesor de 7.6 cm (3 pulgadas).

“Una restricción principal en el diseño de vehículos espaciales y de habitaciones en la superficie para una misión tripulada a Marte”, dijo el Dr. Tom Parell el primer director de astrofísica de alta energía en NASA/Marshall, “es el espesor del material requerido para proteger las tripulaciones de vuelo de los peligros de la radiación producida por los rayos cósmicos galácticos (GCR por sus siglas en Inglés) y por las partículas producidas por las erupciones solares”. Pernell explicó que se están realizando estudios para definir las mejores investigaciones en protección y para la exactitud con la que se pueden predecir los peligros. La investigación más rápida para evaluar los cálculos y la efectividad de la protección es utilizando el propio flujo de rayos cósmicos.

“Algunos experimentos ya se han ejecutado en naves espaciales” agregó Pernell. “Sin embargo, el espectro total de rayos cósmicos está únicamente disponible cerca de los polos magnéticos de la Tierra o en el espacio exterior, debido al efecto protector del campo magnético de la Tierra”.

La fecha de lanzamiento del experimento dependerá de las condiciones climáticas en la Antártida. Los paquetes de medidores de la cantidad de radiación deben retornar a NASA/Marshall durante el próximo mes de Enero de 2000.

El proyecto está a cargo de la empresa de la NASA de Exploración Humana y Desarrollo Espacial (HEDS por sus siglas en Inglés). Los lanzamientos de globos son administrados por la Instalación de Vuelos Wallop del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA.