Comment la NASA protégera-t-elle les astronautes de Mars des radiations cosmiques ? Voici le plan
La mission Artemis I, qui a récemment achevé un vol d'essai historique autour de la lune, n'avait pas d'astronautes à bord – mais elle avait deux passagers très spéciaux : Helga et Zohar, une paire de torses factices très détaillés anatomiquement, dont l'un portait un gilet de protection contre les radiations spécial pour le voyage. Leur mission ? Mesurez l'exposition aux radiations dans l'espace lointain et déterminez si un gilet peut aider à protéger les astronautes des dangers invisibles de l'espace.
Pour en savoir plus sur la menace des radiations spatiales et sur la manière d'en protéger les astronautes, nous avons parlé au PDG de la société qui fabrique le gilet, StemRad, ainsi qu'à l'astronaute à la retraite de la NASA Scott Kelly, un vétéran des missions de la station spatiale qui est bien connu pour son rôle dans la recherche sur la santé des astronautes.
Les dangers invisibles des radiations
Ici sur Terre, nous sommes protégés des radiations dangereuses par la magnétosphère de la planète. Le champ magnétique autour de la Terre piège le rayonnement dans deux zones appelées les ceintures de Van Allen, ce qui le rend sûr pour nous à la surface. Mais lorsque les astronautes vont au-delà de l'orbite terrestre basse, comme ils doivent visiter la lune (et d'autres endroits potentiels du système solaire, comme Mars), ils sont exposés à des radiations dangereuses.
À long terme, l'exposition à ce rayonnement – qui se compose de particules chargées du soleil appelées vents solaires, de particules éjectées lors d'éjections de masse coronale et de rayons cosmiques – peut entraîner divers problèmes de santé. Plus important encore, l'exposition aux rayonnements augmente la probabilité qu'une personne développe un cancer ou diverses maladies dégénératives. C'est pourquoi la NASA et d'autres agences spatiales limitent la quantité de rayonnement à laquelle un astronaute peut être exposé au cours de sa vie.
L'exposition que les astronautes subissent dans un environnement orbital comme la Station spatiale internationale est bien inférieure à celle qu'ils subiraient lors d'un voyage sur la lune, mais cela reste suffisant pour affecter l'équipage. "Parfois, vous pouvez voir des rayons cosmiques frapper votre globe oculaire, et vous réalisez que ce sont des radiations et qu'elles traversent également votre corps ainsi que vos yeux", a déclaré Scott Kelly, qui a effectué plusieurs missions sur la Station spatiale internationale (ISS). "Donc, c'est quelque chose dont vous êtes conscient."
S'aventurer au-delà de la magnétosphère
Avec les plans de la NASA de renvoyer des humains sur la Lune et éventuellement d'envoyer une mission avec équipage sur Mars, la question de l'exposition aux radiations est une grande préoccupation. Les missions précédentes sur la Lune dans le cadre du programme Apollo n'ont duré que quelques jours, et les astronautes ont eu la chance de ne pas subir d'événements de particules solaires qui ont augmenté les niveaux de rayonnement pendant leur absence. Mais pour les missions qui durent des semaines voire des mois, nous avons besoin d'une solution pour protéger les astronautes des radiations.
C'est là qu'intervient le gilet AstroRad. Fabriqué à partir d'un matériau polymère riche en hydrogène, le gilet recouvre le bassin et le torse, protégeant les organes les plus vulnérables du rayonnement solaire. Il peut sembler surprenant que la radioprotection ne puisse être appliquée qu'à certaines parties du corps, et le PDG de StemRad, Oren Milstein, a déclaré que beaucoup de ceux de l'industrie spatiale à qui il avait lancé l'idée étaient également surpris. Mais une protection complète du corps serait incroyablement encombrante, et la meilleure protection serait quelque chose que les astronautes pourraient réellement porter et continuer à faire leur travail.
Plutôt qu'une approche tout ou rien, la protection sélective peut équilibrer efficacité et praticité. Si vous pouvez protéger certains des organes les plus vulnérables, comme les poumons ou les tissus mammaires, vous pouvez aider à assurer la sécurité des personnes sans les encombrer excessivement.
Conceptualiser les risques cumulatifs
En tant qu'êtres humains, nous sommes souvent plus habitués à penser au risque en termes de danger immédiat qu'à un processus cumulatif. Pensez à la différence entre la peur de l'avion et la façon dont nous pensons aux dangers à long terme pour la santé comme le tabagisme. Et quand il s'agit de l'espace, il est naturel de penser aux dangers en termes de fusées défaillantes ou d'explosions de vaisseaux spatiaux, et plus difficile d'imaginer à quoi ressemble l'exposition cumulative aux rayonnements.
L'un des principaux moyens de réduire l'exposition cumulative est de créer une protection suffisamment bonne pour offrir une certaine protection mais aussi, surtout, suffisamment confortable pour que les astronautes la portent. "Nous voulons quelque chose qui non seulement vous protégerait, mais serait quelque chose que vous voudriez porter", a déclaré Kelly. Il est membre du conseil consultatif de StemRad et a une compréhension particulière des problèmes de santé auxquels sont confrontés les astronautes, car il faisait partie de l'étude jumelle révolutionnaire de la NASA sur les effets des vols spatiaux sur le corps humain.
Un gilet protège les parties du corps tout en permettant la liberté de mouvement. Et il peut être efficace même s'il n'est porté qu'une partie du temps, comme l'a souligné Milstein : « Ce n'est pas tout ou rien en termes de durée d'utilisation. Vous pouvez utiliser le produit seulement 70 % du temps et il sera toujours très bénéfique. Vous pouvez l'enlever pour prendre une douche ou pour faire des activités intenses comme l'exercice. Parce que le rayonnement est une chose cumulative.
L'importance de l'ergonomie
Pour qu'un gilet soit pratique en vol spatial, les astronautes doivent pouvoir se déplacer librement tout en le portant. L'AstroRad a été testé sur l'ISS par cinq astronautes qui l'ont porté jour et nuit dans le cadre de leurs tâches habituelles, pour voir s'il nuisait à leurs mouvements.
"Pour beaucoup de choses vitales comme manger et dormir – des choses qui prennent beaucoup de temps – le gilet était bien", a déclaré Milstein. Cependant, le gilet empêchait certains mouvements tels que lever les bras au-dessus de la tête, ce qui rendait plus difficiles des tâches telles que le déchargement d'un véhicule de fret.
"Le déchargement d'un véhicule de fret est un défi car tout flotte", a déclaré Kelly. "Lorsque vous sortez un tas d'articles d'un sac et que vous ouvrez le sac et qu'ils commencent tous à flotter et que vous devez gérer cela, cela devient un défi." Il a déclaré que le défi était principalement mental, car il oblige les astronautes à être extrêmement prudents et méthodiques. Mais tout impact de mouvement rendra plus difficile une tâche déjà difficile.
"La microgravité rend à peu près tout plus difficile à faire", a déclaré Kelly.
Pour rendre le gilet aussi flexible que possible sans sacrifier la protection, il est composé de milliers d'hexagones de profondeurs variables qui sont emboîtés dans un maillage. Cela permet à certaines zones d'avoir une protection plus épaisse que d'autres (comme plus de protection sur les poumons) tout en étant suffisamment flexible pour permettre le mouvement. Le gilet est actuellement disponible en deux tailles, pour les corps masculins et féminins, mais il existe des plans pour un système modulaire qui permettrait au gilet de devenir plus court ou plus long pour s'adapter à plus de corps de tailles différentes.
Tester la protection dans un scénario réel
Les tests effectués sur l'AstroRad sur l'ISS visaient à comprendre le confort et l'ajustement des gilets pour les astronautes, mais ils n'ont pas évalué la quantité de rayonnement bloquée. Pour cela, le meilleur moyen de tester l'efficacité du gilet est de le voir dans une situation comparable à une véritable mission en équipage.
C'est pourquoi la mission Artemis I, qui n'avait pas d'équipage, comprenait les deux mannequins Helga et Zohar qui sont en forme de torse et remplis de détecteurs. Les deux torses sont conçus pour détecter les particules de rayonnement entrantes, et l'un portera le gilet afin que les équipes puissent voir à quel point le gilet est efficace pour arrêter ce rayonnement. Au cours du vol de 25 jours depuis la Terre autour de la Lune et retour, ils seront exposés au même environnement de rayonnement que les astronautes lors de futures missions.
« Pour la toute première fois, nous allons pouvoir quantifier la dose de rayonnement et la pénétration du rayonnement dans le corps dans l'espace lointain, ce qui n'a jamais été fait. Et en même temps, valider une contre-mesure potentielle », a déclaré Milstein. "Ce sera un trésor de données sur la susceptibilité humaine aux radiations au niveau des organes dans l'espace lointain."
AstroRad se concentre sur la protection contre les rayonnements ionisants car c'est le plus dangereux pour la santé humaine. Mais ce test montrera également si le gilet est efficace pour arrêter un autre type de rayonnement, appelé rayons cosmiques galactiques. Ce rayonnement de fond est difficile à bloquer, donc le bénéfice ne sera probablement que mineur, mais ce sont toutes des données utiles pour les futures mesures de protection.
La psychologie de la gestion des risques
L'exploration de l'espace comporte toujours un certain degré de risque, et les astronautes apprennent à compartimenter cette réalité dans le cadre de leur travail. "Vous êtes formé pour vous concentrer sur votre travail et sur les choses que vous pouvez contrôler, et ignorer tout le reste", a expliqué Kelly. "Vous êtes conscient du risque, mais vous ne le laissez pas vous neutraliser."
Les radiations ne sont que l'un des nombreux risques auxquels sont confrontés les astronautes. Cependant, contrairement aux risques immédiats comme les échecs de lancement, le rayonnement est "ce risque inconnu", a déclaré Kelly. "C'est un risque persistant auquel vous vous exposez pour le reste de votre vie."
Les agences spatiales ont l'obligation morale de garder leurs astronautes aussi en sécurité que possible, tant en termes de risques immédiats qu'en termes d'impacts à long terme sur la santé. Pour les missions Artemis sur la Lune et pour les futures explorations en équipage plus lointaines, la radioprotection en sera une partie importante.
Pour Kelly, la clé de son approche de la gestion des risques est l'équilibre, qui consiste à atténuer les risques qui peuvent être traités et à gérer ceux qui ne le peuvent pas. "Nous le rendons aussi sûr que possible dans des limites raisonnables", a-t-il déclaré. "Si vous vouliez que les choses soient 100% sûres, vous ne quitteriez jamais votre maison."