Trajes de astronauta contra la radiación marciana

Dos investigadores identifican materiales eficaces para proteger a los astronautas de las letales radiaciones que bombardean Marte. Los nuevos hallazgos pueden ayudar a diseñar hábitats y trajes espaciales que hagan más factibles las misiones de larga duración al «peligroso» planeta rojo.

Por la Universidad de Nueva York

Marte es un planeta hostil: los astronautas que lo visiten necesitarán trajes espaciales diseñados para sobrevivir a las condiciones extremas del planeta rojo. Imagen generada con DALL-E 

El traje espacial que lucirán los primeros astronautas que pisen Marte aún ni existe. Tal vez se parezca en algo al que vista la tripulación de la misión Artemis III, cuyo propósito es llevar de nuevo a los seres humanos —seis mujeres y siete hombres—a la superficie de la Luna a finales de 2026. Hablamos del prototipo xEMU (Exploration Extravehicular Mobility Unit), que está siendo desarrollado por la compañía privada estadounidense Axiom Space con la colaboración de la reconocida firma de moda italiana Prada.

Un traje espacial es como una nave espacial que se ajusta al cuerpo y permite sobrevivir a ambientes extremos. Está integrado por varios componentes críticos que garantizan la seguridad, la movilidad y la funcionalidad de los astronautas en el espacio. Dos de los componentes más importantes son la prenda de presión y el sistema de soporte vital. La primera facilita el movimiento y mantiene una presión interna constante para evitar que los fluidos corporales se evaporen en el vacío del espacios.

Por su parte, el sistema de soporte vital incluye un conjunto de subsistemas que mantienen al astronauta vivo y funcional durante una misión. Este sistema está generalmente contenido en la mochila del traje (PLSS: Portable Life Support System) y otros módulos integrados en la vestimenta. Entre sus funciones cabe mencionar el suministro continuo de oxígeno, la eliminación del dióxido de carbono exhalado mediante filtros químicos, la regulación de la temperatura corporal del astronauta y el manejo de la humedad generada por la transpiración y la respiración, así como la orina.

Confeccionado con hasta dieciséis capas de materiales especiales

Por su parte, la prenda de presión está formada por hasta dieciséis capas. Las llamadas de resistencia a la presión son las responsables de mantener la presión interna del traje, y están hechas de materiales elásticos y resistentes, como el nailon recubierto de uretano o poliéster, que permiten que el traje se infle y mantenga una presión constante mientras se adapta a los movimientos del astronauta.

Luego están las capas térmicas y de protección, que resguardan al astronauta de las temperaturas extremas del espacio. Incluyen tejidos aislantes, como múltiples capas de un material conocido como mylar aluminizado, que reflejan el calor, y otras capas para la absorción del calor corporal y la radiación solar.

Algunas capas están diseñadas para proteger al astronauta de pequeños impactos de micrometeoritos y otros desechos espaciales. Estos forros están hechos de materiales como el vectran y el kevlar, fibras que son altamente resistentes a las perforaciones.

El traje espacial para Marte, todo un reto tecnológico

El diseño de un traje espacial para Marte, así como los materiales que lo integran, supone una serie de desafíos únicos y complejos, debido a las condiciones extremas y específicas del entorno marciano. Estos retos incluyen aspectos relacionados con la protección, la movilidad, la durabilidad y la funcionalidad del traje.

No hay que olvidar que las temperaturas en Marte pueden variar de forma drástica, desde aproximadamente -125 °C en las noches polares hasta 20 °C en el ecuador durante el día. Un traje espacial debe ser capaz de mantener una temperatura corporal constante en estas condiciones extremas. Esto requiere un sistema de control térmico altamente eficiente que pueda adaptarse rápidamente a las oscilaciones térmicas. Además, el polvo marciano, que puede adherirse al traje y afectar a los sistemas de calefacción y refrigeración, agrega otra capa de complejidad a este desafío tecnológico.

El avanzado traje espacial xEMU (Exploration Extravehicular Mobility Unit) garantiza que los astronautas estén equipados con equipos robustos y de alto rendimiento. Cortesía: Axiom Space

Por otro lado, el planeta rojo tiene una atmósfera muy delgada y no cuenta con un campo magnético fuerte como el de la Tierra, lo que significa que los astronautas estarán expuestos a niveles mucho más altos de radiación. Esta proviene principalmente de dos fuentes: del Sol —y sus peligrosas e impredecibles tormentas cargadas de protones— y del espacio exterior, como son las estrellas, las supernovas y las galaxias lejanas.

Radiación de protones y elementos pesados, como el helio y el hierro

Al igual que la solar, la radiación espacial también está compuesta principalmente por protones, pero además incluye elementos pesados, como el helio y el hierro, que son mucho más peligrosos y energéticos. Estos elementos tienen la capacidad de desintegrar los átomos del material con el que entran en contacto, ya sea las paredes metálicas de una nave o de un satélite o la piel del cuerpo humano. Este proceso genera una cascada de partículas subatómicas o radiación secundaria extremadamente perjudicial, los llamados rayos cósmicos.

Los primeros astronautas que pisen el planeta rojo se encontrarán con esta radiación letal, y estarán expuestos a una cantidad setecientas veces superior a la que llega a nuestro planeta. Sin una protección adecuada, tener diferentes tipos de radiación bombardeando el cuerpo puede ser impredecible para la vida de los astronautas. En función de la dosis, la radiación marciana puede provocar graves daños en una amplia variedad de tejidos corporales. Se sabe que causan esterilidad, cataratas, problemas cardiovasculares y óseos, alteraciones en el sistema nervioso y cáncer.

«El tipo de radiación en el espacio es diferente de la radiación a la que están expuestas las personas en la Tierra y tenemos un conocimiento limitado sobre los riesgos, especialmente para las misiones espaciales a largo plazo a la Luna y a Marte», dice Honglu Wu, científico sénior del Centro Espacial Johnson de la NASA en Houston.

Nuevos materiales prometen mejorar el diseño de hábitats y trajes espaciales

Así pues, diseñar un traje que pueda proteger adecuadamente contra esta radiación, sin ser excesivamente pesado o rígido, es una empresa colosal. Se están investigando materiales avanzados, como polímeros y compuestos con propiedades de absorción de radiación, pero aún queda por resolver la cuestión de cómo integrar efectivamente esta protección en el traje sin comprometer la movilidad y la comodidad.

Ahora, un equipo de investigadores afirma haber identificado materiales efectivos para proteger a los astronautas de la radiación cósmica en Marte. Estos descubrimientos prometen mejorar el diseño de hábitats y trajes espaciales, facilitando así la viabilidad de misiones prolongadas al planeta rojo.

Dicen haber reconocido materiales específicos, como ciertos plásticos, caucho y fibras sintéticas, así como el suelo marciano (regolito), que protegerían eficazmente a los astronautas bloqueando la radiación espacial que bombardea al planeta rojo. Estos hallazgos podrían servir de base para el diseño de hábitats y trajes espaciales protectores, haciendo más factibles las misiones de larga duración a Marte.

Regolito marciano para los trajes

Dimitra Atri, investigadora del Centro de Astrofísica y Ciencia Espacial y jefa del Grupo de Investigación sobre Marte del Centro de Astrofísica y Ciencia Espacial de la NYU de Abu Dabi, y el autor principal del trabajo, Dionysios Gakis, de la Universidad de Patras (Grecia), informan de estos nuevos hallazgos en la revista The European Physical Journal Plus.

Así será el traje espacial que llevarán los astronautas que viajen a Marte, según la inteligencia artificial. Imagen: DALL-E

Utilizando modelos informáticos para simular las condiciones radiactivas en Marte, los investigadores probaron varios materiales estándar y novedosos para ver cuál protegía mejor contra la radiación cósmica, y determinaron que los materiales compuestos, como ciertos plásticos, el caucho y las fibras sintéticas, funcionaban bien.

El suelo marciano, esto es, la capa superficial de fino regolito —la capa de materiales no consolidados, alterados, como fragmentos de roca y granos minerales, que descansa sobre roca sólida inalterada— que cubre en la superficie de Marte, también resultaba algo eficaz y podía utilizarse como capa adicional de protección.

Una ciudad en Marte para el año 2117

Además, Atri y Gakis demostraron que el aluminio, el más utilizado, también podía ser útil cuando se combinaba con otros materiales de bajo número atómico. El estudio también utilizó datos reales de Marte del róver Curiosity de la NASA para confirmar estos hallazgos.

«Este avance mejora la seguridad de los astronautas y hace que las misiones a largo plazo en Marte sean una posibilidad más realista —afirma Atri. Y añade—: Apoya el futuro de la exploración espacial humana y el potencial establecimiento de bases humanas en Marte, incluido el proyecto Mars 2117 de los Emiratos Árabes Unidos (EAU), cuyo objetivo es establecer una ciudad en Marte para el año 2117».

«Varios materiales fueron probados específicamente en un entorno marciano simulado, lo que hace que nuestros resultados sean directamente aplicables a futuras misiones y optimicen la combinación de materiales avanzados con los recursos naturales disponibles en Marte», concluye Gakis.▪️

• Información facilitada por la New York University Abu Dhabi -Adaptación: Enrique Coperías / RexMolón Producciones

• Fuente: Dionysios Gakis & Dimitra Atri. Modeling the effectiveness of radiation shielding materials for astronaut protection on Mars. The European Physical Journal Plus (2024). DOI: https://doi.org/10.1140/epjp/s13360-024-05519-y