Alzare gli scudi: nuove idee possono rendere praticabile la protezione attiva

Il 19 ottobre 1989, alle 12:29 UTC, un massiccio brillamento solare di classe X13 creò una tempesta geomagnetica così potente che l'aurora boreale illuminò i cieli di Giappone, America, Australia e persino Germania il giorno successivo. Se avessi volato intorno alla Luna in quel momento, avresti assorbito fino a 6 sievert di radiazioni, una dose che probabilmente ti avrebbe ucciso entro un mese circa.

Ecco perché la navicella spaziale Orion, che quest'anno dovrebbe portare gli esseri umani in una missione di sorvolo, dispone di un rifugio anti-tempesta altamente protetto per l'equipaggio. Ma tali rifugi non sono sufficienti per un viaggio su Marte, poiché lo scudo di Orione è progettato per una missione di 30 giorni.

Ottenere una protezione simile a quella che abbiamo sulla Terra richiederebbe centinaia di tonnellate di materiale, e questo semplicemente non è possibile in orbita. L'alternativa di base, ovvero l'utilizzo di scudi attivi che deviano le particelle cariche proprio come fa il campo magnetico terrestre, è stata proposta per la prima volta negli anni '60. Oggi siamo finalmente vicini a farlo funzionare.

Radiazione dello spazio profondo

La radiazione spaziale è disponibile in due gusti diversi. Eventi solari come i brillamenti o le espulsioni di massa coronale possono causare flussi molto elevati di particelle cariche (soprattutto protoni). Sono dannosi quando non si ha un riparo, ma è relativamente facile proteggersi poiché i protoni solari sono per lo più a bassa energia. La maggior parte dei flussi di eventi di particelle solari sono compresi tra 30 MeV e 100 MeV e possono essere fermati da rifugi simili a Orione.

Poi ci sono i raggi cosmici galattici: particelle provenienti dall'esterno del sistema solare, guidate da lontane supernove o stelle di neutroni. Questi sono relativamente rari ma arrivano continuamente da tutte le direzioni. Hanno anche energie elevate, che partono da 200 MeV e arrivano fino a diversi GeV, il che li rende altamente penetranti. I blocchi spessi non forniscono molta protezione contro di esso. Quando le particelle dei raggi cosmici ad alta energia si scontrano con scudi sottili, producono così tante particelle a bassa energia che sarebbe meglio non avere alcuno scudo.

Le particelle con energia compresa tra 70 e 500 MeV sono responsabili del 95% della dose di radiazioni che gli astronauti ricevono nello spazio. Sui voli brevi, le tempeste solari sono la preoccupazione principale perché possono essere molto violente e causare molti danni molto rapidamente. Tuttavia, più a lungo voli, più i GCR diventano problematici perché le loro dosi si accumulano nel tempo e possono attraversare quasi tutto ciò che cerchiamo di mettere sulla loro strada.

Ciò che ci tiene al sicuro a casa

Il motivo per cui quasi nessuna di queste radiazioni ci raggiunge è che la Terra dispone di un sistema di protezione naturale a più livelli. Inizia con il suo campo magnetico, che devia la maggior parte delle particelle in arrivo verso i poli. Una particella carica in un campo magnetico segue una curva, più forte è il campo, più stretta è la curva. Il campo magnetico della Terra è molto debole e difficilmente piega le particelle in arrivo, ma è enorme e si estende per migliaia di chilometri nello spazio.

Tutto ciò che attraversa il campo magnetico si estende nell'atmosfera, il che, in termini di protezione, equivale a un muro di alluminio spesso 3 metri. Infine, c'è il pianeta stesso, che dimezza le radiazioni poiché hai sempre 6,5 miliardi di miliardi di tonnellate di roccia che ti proteggono dal fondo.

Per metterlo in prospettiva, il modulo dell’equipaggio dell’Apollo aveva una media di 5 grammi di massa per centimetro quadrato tra l’equipaggio e la radiazione. Un tipico modulo della ISS ne contiene il doppio, circa 10 g/cm2, mentre il rifugio di Orion pesa 35-45 g/cm2, a seconda di dove ci si siede, e pesa 36 tonnellate. Sulla Terra, la sola atmosfera fornisce 810 g/cm2, quasi 20 volte di più rispetto ai nostri veicoli spaziali meglio protetti.

Le due opzioni sono aggiungere più massa – che diventa rapidamente costoso – o abbreviare la durata della missione, cosa non sempre possibile. Quindi una soluzione di radiazione di massa negativa non sarà efficace nelle missioni più lunghe, anche con i migliori materiali schermanti come il polietilene o l'acqua. Ecco perché la realizzazione di una versione miniaturizzata e portatile del campo magnetico terrestre è stata sul tavolo fin dagli albori dell'esplorazione spaziale. Sfortunatamente, abbiamo scoperto che questo è molto più facile a dirsi che a farsi.