21:17 15 Luglio 2020
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La Terra è la "culla dell'umanità": qui l’uomo è protetto dalle radiazioni cosmiche grazie all'atmosfera e al campo magnetico.

Al di fuori della Terra, tuttavia, gli esseri umani non sono in grado di affrontare questo nemico spietato se non dotati di apposita protezione. In Russia, l'Istituto per le criticità mediche e biologiche (IMBP) in seno all'Accademia nazionale russa delle scienze si sta concentrando sulle problematiche legate alla protezione degli astronauti dalle radiazioni.                            

Vyacheslav Shurshakov, direttore del dipartimento impegnato nel garantire la protezione dei voli spaziali dalle radiazioni, ha trattato i seguenti temi nell’intervista rilasciata a Sputnik: i risultati delle misurazioni delle radiazioni all'interno e all'esterno della Stazione Spaziale Internazionale (ISS), lo sviluppo di efficaci mezzi di protezione contro di essa, l'impatto dei potenti brillamenti solari e delle radiazioni galattiche sulla salute degli astronauti e i pericoli dei voli con equipaggio umano verso la Luna e Marte.

— Sig. Shurshakov, sulla ISS hanno misurato le radiazioni con il fantoccio Matroshka per 15 anni. Cosa è stato scoperto in questo lasso di tempo?

— Il fantoccio Matroshka è il dispositivo scientifico più longevo della ISS. La sfera è composta di materiale simile al tessuto che imita le proprietà del corpo umano.

Gli astronauti della stazione vengono colpiti dalle radiazioni. Le misurazioni hanno dimostrato che la dose di radiazioni è diversa nei vari moduli: si registra un divario di 1,5-2 volte quando il Sole calmo, e di decine di volte quando presenta brillamenti.

Nel corso del tempo, si è capito che il dosaggio era diverso anche all'interno del corpo dell'astronauta. Per noi era importante comprendere in che modo le radiazioni si indeboliscono negli organi critici quali occhi, sistema nervoso centrale, tratto gastrointestinale, gonadi e pelle. Infatti, irradiare il piede non è molto pericoloso. Invece, colpire la gamba, sede di ossa spesse, è pericoloso, perché lì troviamo il midollo osseo e il sistema ematopoietico. E per non impiantare dosimetri negli organi dell'astronauta, è stato creato Matroshka.

All’interno del fantoccio vi sono cavità e canali in cui sono inseriti i dosimetri. L'indebolimento della dose dipende dalla profondità dell'organo: ad esempio, a bassa profondità c'è l’occhio che è scarsamente protetto dalle radiazioni; più in profondità troviamo il sistema ematopoietico; ancora più in profondità il tratto gastrointestinale e le gonadi.

La forma e le dimensioni consentono di posizionare Matroshka nella cabina dell'astronauta e di ricevere le dosi di radiazioni all'interno del soggetto a seconda della sua posizione, sia che guardi il finestrino o che dorma sul fianco destro. Il fantoccio ha rivelato che sulla ISS la dose di radiazioni nel corpo dell'astronauta è inferiore di circa il 15-20 %. Ma se l'astronauta dorme in cabina, appoggiato di fianco al muro, la dose sul corpo sarà di 2 volte maggiore.

Il nostro Matroshka è stato testato su tutti i moduli russi e per un periodo anche in quello giapponese. Quando il nuovo modulo russo Nauka arriverà presso la ISS, il fantoccio effettuerà le misurazioni anche su di esso.

— Con un fantoccio antropomorfo sono state misurate le radiazioni al di fuori della ISS.  Quali risultati sono stati ottenuti?

— Quindici anni fa questo fantoccio russo-tedesco ha trascorso più di un anno fuori dalla stazione.  Come Matroshka, era dotato di molti dosimetri. Il fantoccio è riuscito a ottenere dati unici sulla modalità in cui le radiazioni si distribuiscano nel corpo dell'astronauta durante le uscite nello spazio aperto. Tuttavia, il fantoccio è stato chiuso con un contenitore di plastica caricato con fibra di carbonio il quale non ha riprodotto correttamente la forma della tuta.

Ce ne siamo resi conto conducendo un esperimento unico a terra per valutare la sicurezza degli organi dell'astronauta in una tuta spaziale Orlan. All'interno, a una corda è stata appesa una sorgente di raggi gamma e all'esterno abbiamo misurato la quantità di raggi che hanno raggiunto la tuta.  Si è scoperto che la parte più pericolosa della tuta spaziale erano i guanti, seguiti da casco e maniche. Nel corpo dell'astronauta la dose di radiazioni era presente in quantità che differivano di 1,5 volte.

— Si prevede di ripetere l'esperimento con il fantoccio antropomorfo?

— Noi e i nostri colleghi tedeschi abbiamo quest'idea: dovremmo prendere la tuta Orlan, infilarci dentro dei dosimetri, portarla a bordo della stazione e lasciarla lì.

Abbiamo intenzione di ripetere l'esperimento con il fantoccio antropomorfo, ma all'interno della ISS.  Siamo in trattative con il Centro Aerospaziale Tedesco DLR.  L'esperimento ci permetterà di misurare le dosi di radiazioni nei moduli russi della ISS e nel corpo dell'astronauta, utilizzando nuovi sensori che riproducono in modo più accurato l'effetto radiobiologico delle particelle cariche pesanti e dei brillamenti solari.  Questo ci aiuterà a pianificare missioni con equipaggio umano sulla Luna e su Marte.

Contiamo che il fantoccio verrà consegnato alla stazione entro la fine del 2022, ma non è ancora stato stipulato un contratto con Roscosmos.

— Quanto si sono attenuate le radiazioni nella cabina dell'astronauta sulla ISS?

— Il paradosso è che nella cabina, dove l'astronauta riposa e dorme, era il luogo meno protetto e, dunque, quello in cui si era maggiormente esposti alle radiazioni sulla ISS. Quindi, la cabina doveva essere dotata di ulteriori protezioni. È stata trovata una soluzione: una tenda protettiva, composta da tre accumulatori; in ognuno di essi saranno presenti tre o quattro strati di salviette umidificate. Le salviette sono imbevute d'acqua per il 70-80 %, il che costituisce una buona protezione contro le radiazioni. Sono usate dagli astronauti per curare la propria igiene, ma, dato che le loro scorte sulla ISS sono enormi, ne abbiamo approfittato.

Così, dopo aver installato la tenda nella cabina, la dose di radiazioni è stata ridotta del 30-40 %! Volevamo creare un'altra tenda per un'altra cabina del modulo "Zvezda", ma abbiamo riscontrato problemi a livello di finanziamenti. Per questo motivo abbiamo pianificato di concentrarci sul miglioramento della tenda ad oggi esistente: al posto delle salviettine utilizzare piastre in polietilene che offrono una maggiore protezione contro le radiazioni.

— Come si proteggeranno dalle radiazioni gli astronauti che viaggeranno sulla nuova navicella Oryol?

— Per Oryol abbiamo messo a punto una protezione locale che proteggerà una certa area del corpo dell'astronauta. Come qualcuno ha detto per scherzo, si tratta di "pantaloni di piombo". Ad ogni modo Oryol volerà al di fuori della magnetosfera terrestre dove si osserva una maggiore esposizione ai raggi cosmici galattici. Quindi gli astronauti devono proteggere l'organo più critico, il cervello. Si è proposta la creazione di un cappello o un berretto da indossare durante i brillamenti solari.

— Quale dose di radiazione riceve un astronauta mentre viaggia a bordo della ISS?

— Le radiazioni sono presenti sia sulla Terra e nell'orbita circumterrestre. La differenza tra queste radiazioni è di circa 200 volte. Ciò significa che una persona comune sulla Terra riceve una dose di 1 millisievert all'anno, mentre un astronauta sulla ISS ne riceve 220. Secondo gli standard terrestri, la dose ammessa per i lavoratori nelle centrali nucleari è di 20 millisievert all'anno, mentre per i liquidatori di incidenti presso le centrali nucleari è di 200 millisievert. Insomma, un astronauta, tornato da un viaggio annuale sulla ISS, riceve la stessa dose di un liquidatore.

Nell’arco di una vita intera un astronauta può ottenere la stessa dose dell’addetto di una centrale nucleare, ossia di 1 sievert. Considerati i possibili brillamenti solari, i voli in corrispondenza dell’Anomalia del Sud Atlantico e le procedure terrestri a raggi X l'astronauta può rimanere sulla ISS in totale per non più di 4 anni.

— Quanto aumenta la dose sul corpo dell'astronauta nel caso di brillamento solare?

— I fenomeni solari più forti si verificano con regolarità ogni 11 anni. Decuplicano la dose di radiazioni sulla ISS, ma un evento simile dura solamente un giorno e mezzo. Supponiamo che un astronauta voli per sei mesi e che ci sia un evento di questo genere. In questo caso, durante il viaggio riceverà una dose equivalente a 190 giorni, non 180.

Va detto che sull'orbita della ISS gli astronauti sono ben protetti dal campo magnetico della Terra. Quindi, non si è mai posta la necessità di effettuare un atterraggio di emergenza in caso di intensa attività solare. Durante i brillamenti abbiamo detto all'equipaggio della stazione orbitale Mir di trasferire le cuccette dalle cabine al palo centrale, in quanto quel luogo è più protetto dalle radiazioni (infatti, lì la dose è 3 volte inferiore rispetto alla cabina). Anche sulla ISS avviene lo stesso.

— Cosa succederebbe se si verificasse un brillamento solare durante un’uscita nello spazio aperto?

— Se sappiamo che ci sarà un brillamento, non possiamo uscire. Ma se durante un'uscita comincia un brillamento, grazie alla magnetosfera ci sono diversi circuiti protetti della ISS intorno alla Terra. E gli esperti sanno quali. Ciò significa che, ove necessario, l’uscita può essere effettuata anche in presenza di un brillamento molto intenso.

L'astronauta per un'uscita di 5-7 ore riceve una dose equivalente a un giorno di volo all'interno della stazione.

— Quante persone si possono trovare sulla Luna e nell’orbita circumlunare?

— La dose di radiazioni è di circa 1,4 millisievert al giorno. Dunque, un astronauta può rimanere sulla Luna e nello spazio circumlunare per non più di due anni della propria vita.

Ma non è così semplice. A differenza dell'orbita circumterrestre, il cosmonauta è colpito da radiazioni cosmiche galattiche che veicolano particelle cariche pesanti. Queste hanno un influsso negativo sul sistema nervoso centrale e, dunque, sulla memoria, sulla capacità di eseguire operazioni e sul sistema vestibolare dell'astronauta. Altri fattori negativi includono l’erosione del calcio dalle ossa, l'ipodinamia e la mancanza di campo magnetico.

Tenendo conto di quanto sopra, è possibile soggiornare in sicurezza per non più di 60 giorni sulla Luna e nello spazio circumlunare.

— E che dose di radiazioni riceverà l'astronauta durante un viaggio su Marte?

— Si può volare su Marte solo una volta nella vita. La dose di radiazioni dipende da molti fattori, quali la fase del ciclo dell’attività solare, la protezione della navicella, la presenza o meno di un riparo dalle radiazioni e la protezione a livello locale. Ad ogni modo se prendiamo un astronauta medio per un volo verso Marte, questi riceverà circa 1 sievert di radiazioni, ossia l’intera dose consentita in una intera carriera. Va comunque detto che questo tiene conto solamente delle tecnologie spaziali ad oggi disponibili e non tiene conto dell’influsso ancora non del tutto chiaro delle particelle cariche pesanti sul corpo umano.

Una questione delicata, dunque, riguarda chi mandare su Marte. Se si invia un novizio, questi riceverà in una volta sola tutta la dose tollerabile. Se si invia un soggetto con esperienza, questi supererà la dose consentita e la sua aspettativa di vita si ridurrà…

© Illustration: RIA Novosti, Depositphotos/Shad.off, NASA

— Forse dovremmo far abituare il corpo dell'astronauta alle radiazioni?

— L’uomo vive sulla Terra ed è indifeso contro le particelle cariche. Dovremmo in qualche modo "modificare" l'astronauta per i voli interplanetari. Sono al vaglio diverse idee. Una di queste è la cyborgizzazione.

Ad esempio, le radiazioni aumentano il rischio di cataratta. Perché l'astronauta non dovrebbe sostituire il proprio cristallino con uno artificiale prima del volo? Certo, il suo cristallino non presenta patologie, ma se diventasse cieco durante il viaggio per Marte? Oppure trattare in anticipo un'area del cervello che potrebbe essere interessata dall'Alzheimer a causa delle radiazioni galattiche. Si è fatto qualcosa agli occhi e al cervello dell’astronauta. In tal modo, è meglio preparato per il volo interplanetario.

C'è anche una sensibilità individuale alle radiazioni. Perché non prelevare campioni di sangue ai futuri astronauti e provare a scoprirlo? Al momento non lo si fa. Dopotutto, considerata l'intolleranza alle radiazioni non si può volare nemmeno sulla Luna.

Si potrebbe anche far andare in letargo l’astronauta: si ritiene che in tal modo le radiazioni abbiano su di lei un minore effetto.

Le radiazioni sono effettivamente l’ostacolo principale per i voli con equipaggio su Marte. Per superare tale ostacolo bisogna provare ogni strada percorribile.

Un asteroide si sta dirigendo verso la Terra
© CC0 / https://pixabay.com/it/photos/l-asteroide-cometa-meteorite-3628185/

— In conclusione Le chiedo come interagite con gli scienziati stranieri alla luce delle sanzioni?

— Abbiamo ottimi rapporti con il servizio di radioprotezione della NASA presso il Johnson Space Center di Houston e ci scambiamo regolarmente dati sulle dosi di radiazioni nei moduli ISS attraverso un canale apposito.

Alla stazione stiamo conducendo esperimenti di misurazione delle radiazioni con il Canada, la Bulgaria e l'Ungheria. Ma ora questa cooperazione è difficile, anche perché nel nuovo contesto gli scienziati russi sono costretti a lavorare con la rappresentanza militare. Questo impone di utilizzare unicamente strumentazione nazionale nonostante si tratti di esperimenti internazionali. È un peccato che i colleghi americani conducano esperimenti per testare nuovi dosimetri per le missioni lunari e marziani, mentre noi no. In tal senso ci mancano i fondi, le tecnologie, il personale…

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