Natuurkundigen wijzen op kansen voor bemande Mars-missie

Skoltech-alumnus Dr. Mikhail Dobynde en zijn collega's uit de VS en Duitsland hebben een mogelijkheid gevonden voor een bemande ruimtevlucht naar Mars en terug in het midden van de jaren 2030.

Volgens simulaties die door het team zijn uitgevoerd, zal die periode gunstig zijn in termen van de relatieve posities van de planeten en zonneactiviteit, waarbij de straling die door de zon wordt uitgezonden de gevaarlijkere kosmische straling uit de interstellaire ruimte compenseert. De bevindingen worden gerapporteerd in Space Weather.

Bij de foto: Midden de jaren '30 zou het ideaal zijn om mensen naar Mars te sturen. Foto Pixabay

Met een hernieuwde interesse in bemande ruimtevaart, zien nationale ruimtevaartorganisaties en particuliere bedrijven de maan en Mars als de meest aanlokkelijke bestemmingen voor de komende decennia. Maar hoewel het nieuws over de ruimtewedloop tussen Virgin Galactic, Blue Origin en SpaceX het misschien doet lijken alsof eerdere lanceringsdatums altijd betere lanceringsdatums zijn, heeft het ruimteweer eigenlijk een grote invloed op wanneer een bepaalde missie mogelijk of haalbaar is.

Het stralingsgevaar in de ruimte is een belangrijk punt van zorg bij elke langetermijnmissie. Het is meer dan ongezond voor de astronauten, en er is een limiet aan de hoeveelheid afscherming waarmee een ruimteschip kan worden uitgerust voordat het te zwaar en te duur wordt om te lanceren. Dit is de reden waarom Skoltech-onderzoeker Dr. Mikhail Dobynde en zijn co-auteurs voorstellen zich aan te passen aan het ruimteweer in plaats van ertegen in te gaan.

Een ruimtevaartuig op een koers van de aarde naar Mars en terug wordt blootgesteld aan kosmische straling afkomstig uit de interstellaire ruimte en aan energetische deeltjes die worden uitgezonden door onze eigen zon, die werkt volgens de zogenaamde 11-jarige cyclus: elke 11 jaar vertoont de zon een maximum in zijn activiteit, die de meeste straling uitzendt.

Hoewel dit misschien contra-intuïtief lijkt, is het eigenlijk helemaal geen slecht idee om met een ruimtevaartuig naar Mars te vliegen tijdens het zonnemaximum. De reden is dat zonne-energetische deeltjes gemakkelijk genoeg zijn om tegen te beschermen, en het verdragen van hun uitbarstingen biedt een onverwacht voordeel: de stralingsstroom van de zon weert de meer schadelijke galactische kosmische straling af.

De onderzoekers voerden een simulatie uit die de stralingsniveaus in een ruimtevaartuig voorspelde. De studie is goed voor 28 soorten gevaarlijke deeltjes van interstellaire oorsprong en 10 die door de zon worden uitgezonden tijdens zonnevlammen. Dit zijn allemaal ionen - positief geladen atoomkernen met afgerukte elektronen - met het verschil dat potentieel zwaardere en gevaarlijkere soorten van buiten het zonnestelsel kunnen binnenkomen. Om je een idee te geven van hoe akelig deze galactische stralen kunnen zijn, kunnen ze zelfs tegen de atomen van het ruimtevaartuig botsen, hard genoeg om een ​​nucleaire reactie te veroorzaken en het schip zelf radioactief te maken! In die zin is zonnestraling de beste vriend van de astronaut.

“We hebben de optimale combinatie van afscherming van ruimtevaartuigen en de lanceringsdatum geïdentificeerd die de langste vluchtduur mogelijk maakt. Onze berekeningen laten zien dat de beste tijd om een ​​bemande vlucht naar Mars en terug te starten, is tijdens de afnemende fase van zonneactiviteit. Als de gemiddelde afscherming 10 cm aluminium is, zou de missie tot vier jaar kunnen duren zonder de toegestane stralingsrisicolimiet te overschrijden. Aangezien de volgende zonne-maximum vrij snel komt - ergens rond het jaar 2025 - moet Mars misschien gewoon wachten tot het midden van de jaren 2030", aldus de eerste auteur van het onderzoek, Dr. Mikhail Dobynde van Skoltech. De studie omvatte ook onderzoekers van het GFZ German Research Center for Geosciences, de University of Potsdam, de University of California in Los Angeles en MIT.

Bij de foto: Effect van schadelijke straling op een astronaut beschermd door 10 gram per vierkante centimeter aluminium afscherming. De afbeelding aan de linkerkant illustreert 100 protonen die het ruimtevaartuig raken met energieën van 100 megaelektronvolt. Rechts komen er maar 10 protonen binnen, maar met 10 keer meer energie. De blauwe lijnen geven primaire protonen aan, met de resulterende secundaire deeltjes in rood (neutronen), geel (gammastralen) en cyaan (elektronen). De groene stippen geven interacties tussen deeltjes en materie aan. Foto: Dr. Mikhail Dobynde/Skoltech

De auteurs zetten hun studies voort naar de efficiëntie van verschillende afschermingsmaterialen en de stralingsomgevingen op het oppervlak van Mars en de maan.

Auteur: Jan Vyvey.
Bron: Skoltech