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Missione Artemis I: i manichini sono a prova di radiazioni

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Scritto da Vanessa Palmieri

La NASA insieme a partner commerciali internazionali ha pianificato la missione Artemis I che ha permesso di sviluppare il programma “Matroshka AstroRad Radiation Experiment” (MARE) per la misurazione delle radiazioni a bordo del volo EM-1 di “Orion’s Exploration Mission“. Oggetto di questo esperimento pilota saranno due manichini sensorizzati, che orbiteranno intorno alla Luna nelle prossime settimane per rilevare la quantità di radiazioni cui gli astronauti sarebbero sottoposti durante una missione sul nostro satellite.

Quali sono i rischi per l’essere umano se esposto a radiazioni?

Artemis è un programma di volo spaziale con l’obiettivo di riportare l’uomo sulla Luna. Nella prima missione Artemis, oggetto di valutazione sono i livelli di radiazione assorbiti dai manichini a bordo della navicella Orion, per valutarne i rischi associati se ad essere esposti, fossero gli astronauti.

Nell’essere umano l’esposizione ai raggi cosmici galattici (GCR) può provocare danni al sistema nervoso centrale, malattie cardiovascolari e degenerazione dei tessuti. Lo “Space Radiation Analysis Group“, centro di competenza dell’agenzia nella protezione dalle radiazioni spaziali, deve garantire che le radiazioni assorbite dagli astronauti in orbita restino inferiori ai limiti di sicurezza. E’ stato stimato che sulla Luna gli astronauti sarebbero esposti a circa 200 volte i livelli di radiazione delle persone sulla Terra.

L’esperimento MARE

L’esperimento MARE della missione Artemis I è costituito da due manichini, Helga e Zohar, composti da materiali le cui proprietà acustiche e di assorbimento imitano i tessuti molli e gli organi di una donna adulta. Le aziende produttrici, CIRS e Sun Nuclear, sono leader nella simulazione dei tessuti per l’imaging medico e la radioterapia.

Questi manichini sono largamente utilizzati nei centri oncologici, negli ospedali e negli istituti di ricerca per riprodurre l’anatomia del paziente e per misurarne, ad esempio, la dose di radiazioni nel trattamento del cancro e nelle molteplici procedure diagnostiche.

Com’è visibile in Figura 1, i manichini sono costituiti da 38 strati ciascuno. Ogni strato è attraversato da una serie di fori all’interno dei quali sono disseminati 10 000 sensori passivi. La linea di manichini ATOM è ideata in modo tale da differenziare i tessuti come cartilagine, midollo spinale, cervello, dischi spinali, polmone, mammella e ossa.

Sezioni busto manichini CIRS artemis
Figura 1. Manichini ATOM. Credits: CIRS e Sun Nuclear

Siamo molto contenti e anche abbastanza orgogliosi di aver completato con successo questo lavoro e che i due manichini siano stati installati nella navicella Orion dai nostri colleghi della NASA. È stata ed è un’esperienza meravigliosa lavorare insieme su un obiettivo comune in questo team internazionale. Ora, ovviamente, siamo molto entusiasti di vedere quali livelli di radiazione misureranno Helga e Zohar durante il loro volo intorno alla Luna e ritorno sulla Terra

Thomas Berger, Project Manager presso il DLR Institute of Aerospace Medicine Colonia

EuCPAD: il primo dosimetro attivo

I dosimetri sono dispositivi utilizzati per determinare le esposizioni individuali alle radiazioni. Fino a qualche anno fa la dosimetria personale degli astronauti era ottenuta attraverso dosimetri passivi, il cui studio e la cui valutazione erano disponibili solo al rientro sulla Terra. Nel 2016 con il progetto “European Crew Personal Active Dosimeter“, un team di ingegneri e fisici ha messo a punto il primo dosimetro attivo con una calibrazione più accurata, in grado di distinguere diversi tipi di radiazioni e di riconoscere le alte energie delle radiazioni cosmiche provenienti anche al di fuori della Via Lattea. La sostanziale differenza con quelli passivi è la trasmissione in tempo reale dei dati sulla Terra, consentendo di ottenere informazioni più precise e correlabili ai moduli della Stazione Spaziale che forniscono una schermatura maggiore.

M-42: il dosimetro attivo a bordo di Artemis I

Dosimetro attivo M-42_S artemis
Figura 2: DLR M-42_S (dimensioni 54mmx38mmx13mm per la testa del rilevatore e 106mmx38mmx13mm per l’elettronica digitale). Credits: AIP

Helga e Zohar sono dotati di 16 dosimetri attivi M-42_S che registreranno i dati ogni 5 minuti durante la missione Artemis I. Sarà la prima volta che si misureranno i livelli di radiazione spaziali oltre l’orbita terrestre bassa, ovvero, oltre 300 e 1000 Km dalla Terra. M-42 è stato progettato dal gruppo di biofisica dell’Istituto di medicina del Centro aerospaziale tedesco DLR. M-42_S è caratterizzato da una testina sensibile e dal corpo dedicato all’elettronica di lettura. Il sensore, date le sue dimensioni ridotte, può essere inserito in spazi ridotti (Figura 2). Il sistema, infine, è dotato di un accelerometro integrato che gli consente di restare in modalità standby, riducendo notevolmente il consumo energetico fino al lancio del veicolo spaziale, momento in cui entra in modalità misura.

AstroRad: lo scudo antiradiazioni

Giubbotto antiradiazioni StemRad artemis
Figura 3: Giubbotto protettivo AstroRad
indossato da Zohar.
Credits: StemRad

AstroRad è un dispositivo di protezione individuale, nato grazie alla collaborazione tra la società americana Lockheed Martin e la compagnia israeliana StemRad (Figura 3). Durante l’esperimento, il manichino Zohar indosserà il giubbotto protettivo, mentre Helga, sarà il campione di controllo.

AstroRad è stato sviluppato con l’obiettivo di proteggere gli astronauti durante l’esposizione alle radiazioni in volo, garantendo una schermatura specifica agli organi interni. Lo scudo di questo giubbotto è costituito da un polimero con un’elevata concentrazione di idrogeno, fondamentale per fungere da schermo radioattivo e proteggere gli organi più vulnerabili (Figura 4).

Il sistema di schermatura AstroRad estenderà il tempo di sicurezza dei membri dell’equipaggio oltre l’orbita terrestre bassa, per consentire missioni più lunghe ed impegnative nello spazio profondo

Dr. John Charles, ex capo scienziato del programma di ricerca umana della NASA

Conclusioni e sviluppi futuri

Artemis I farà da pioniere per le future missioni che, anziché manichini, avranno a bordo veri e propri astronauti. Il programma mira a costruire una stazione Gateway abitabile in orbita attorno alla Luna con la capacità di raggiungere ed esplorare la superficie lunare e facilitare il ritorno sulla Terra dell’equipaggio. L’esplorazione umana sulla Luna è più vicina di quanto si possa credere: questo passo non sarà altro che il trampolino di lancio per le future missioni su Marte.


Fonti e approfondimenti
  • NASA – Missione Artemis
  • MARE Matroshka AstroRad Radiation Experiment (MARE) on the deep space Gateway
  • NASA – European Crew Personal Active Dosimeter
  • Aip.scitation.org – Rilevatore di radiazioni M-42
  • StemRad – Giubbotto antiradazioni StemRad
  • NASA_Lockheed Martin_DLR – Credits Immagine di copertina
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Informazioni autore

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Vanessa Palmieri

Sono laureata in Ingegneria Clinica e attualmente studentessa magistrale in Ingegneria Biomedica presso La Sapienza. Mi affascina il mondo dell'Intelligenza Artificiale, delle Neuroscienze e dell'Astronomia.

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