Levantando escudos: nuevas ideas pueden hacer viable la protección activa

El 19 de octubre de 1989, a las 12:29 UTC, una enorme erupción solar de clase X13 creó una tormenta geomagnética tan poderosa que la aurora boreal iluminó los cielos de Japón, Estados Unidos, Australia e incluso Alemania al día siguiente. Si hubieras estado volando alrededor de la Luna en ese momento, habrías absorbido más de 6 sieverts de radiación, una dosis que probablemente te mataría en aproximadamente un mes.

Por eso, la nave espacial Orion, que este año llevará a los seres humanos a una misión de sobrevuelo, cuenta con un refugio contra tormentas altamente protegido para la tripulación. Pero estos refugios no son suficientes para un viaje a Marte, ya que el escudo de Orión está diseñado para una misión de 30 días.

Obtener una protección similar a la que tenemos en la Tierra requeriría cientos de toneladas de material, y esto simplemente no es posible en órbita. La alternativa básica (usar escudos activos que desvían las partículas cargadas tal como lo hace el campo magnético de la Tierra) se propuso por primera vez en la década de 1960. Hoy, finalmente estamos cerca de hacerlo funcionar.

Radiación del espacio profundo

La radiación espacial se presenta en dos sabores diferentes. Los fenómenos solares como las llamaradas o las eyecciones de masa coronal pueden provocar flujos muy elevados de partículas cargadas (principalmente protones). Son malos cuando no tienes refugio, pero es relativamente fácil protegerte ya que los protones solares son en su mayoría de baja energía. La mayoría de los flujos de eventos de partículas solares están entre 30 MeV y 100 MeV y pueden detenerse mediante refugios similares a Orión.

Luego están los rayos cósmicos galácticos: partículas provenientes de fuera del sistema solar, impulsadas por supernovas distantes o estrellas de neutrones. Estos son relativamente raros pero te atacan todo el tiempo desde todas las direcciones. También tienen altas energías, desde 200 MeV hasta varios GeV, lo que los hace muy penetrantes. Los bloques gruesos no brindan mucha protección contra esto. Cuando las partículas de rayos cósmicos de alta energía chocan con escudos delgados, producen tantas partículas de baja energía que sería mejor no tener ningún escudo.

Las partículas con energía entre 70 y 500 MeV son responsables del 95% de la dosis de radiación que reciben los astronautas en el espacio. En vuelos cortos, las tormentas solares son la principal preocupación porque pueden ser muy violentas y causar muchos daños muy rápidamente. Sin embargo, cuanto más se vuela, más problemáticos se vuelven los GCR porque sus dosis se acumulan con el tiempo y pueden atravesar casi cualquier cosa que intentemos poner en su camino.

Lo que nos mantiene seguros en casa

La razón por la que casi nada de esta radiación nos llega es que la Tierra tiene un sistema de protección natural de varias etapas. Comienza con su campo magnético, que desvía la mayoría de las partículas entrantes hacia los polos. Una partícula cargada en un campo magnético sigue una curva; cuanto más fuerte es el campo, más cerrada es la curva. El campo magnético de la Tierra es tan débil que apenas dobla las partículas entrantes, pero es enorme y se extiende miles de kilómetros en el espacio.

Todo lo que atraviesa el campo magnético se extiende a la atmósfera, que en términos de protección equivale a una pared de aluminio de 3 metros de espesor. Finalmente, está el planeta mismo, que reduce la radiación a la mitad ya que siempre tienes 6,5 mil millones de billones de toneladas de roca protegiéndote del fondo.

Para poner esto en perspectiva, el módulo de la tripulación del Apolo tenía un promedio de 5 gramos de masa por centímetro cuadrado entre la tripulación y la radiación. Un módulo típico de la ISS contiene el doble, unos 10 g/cm2, mientras que el refugio de Orion pesa entre 35 y 45 g/cm2, dependiendo exactamente de dónde se siente, y pesa 36 toneladas. En la Tierra, la atmósfera por sí sola proporciona 810 g/cm2, casi 20 veces más que nuestra nave espacial mejor protegida.

Las dos opciones son añadir más masa –lo que rápidamente resulta caro– o acortar la duración de la misión, lo que no siempre es posible. Por lo tanto, una solución de radiación de masa negativa no será suficiente en misiones más largas, incluso con los mejores materiales de protección como polietileno o agua. Es por eso que hacer una versión miniaturizada y portátil del campo magnético de la Tierra ha estado sobre la mesa desde los primeros días de la exploración espacial. Desafortunadamente, hemos descubierto que es mucho más fácil decirlo que hacerlo.