Un pod prea îndepărtat ? Omul spațial - p2

Poate călători omul în spațiul interplanetar? Mai mult - cu bilet dus-întors? Răspunsurile generează o controversă publică veche de peste șaizeci de ani, care încă va mai dura. La data apariției acestui episod a avut loc întoarcerea misiunii Artemis-1, fără echipaj (dar cu trei manechine înțesate de senzori, câte 6000 doar pentru radiații) dintr-un zbor în jurul Lunii. Miza a fost foarte mare, în legătură directă cu tema noastră: de succesul etapelor zborului, înseosebi decolarea și manevrele specifice reînscrierii pe orbită terestră și aterizării capsulei Orion depindea chiar continuarea programului lunaral NASA. Aceasta, în condițiile în care „competiția” SpaceX vizează aceleași obiective prin nava Starship aflată, încă, în dezvoltare.Deocamdată, Artemis 1 este așteptată să furnizeze câteva clarificări nevralgice,despre care va fi vorba mai jos.

Pe Lună și mai departe, pe Marte? Venus...? cu echipaj viabil, desigur? apoi - colonizare? Partea dominantă (inclusiv mediatic) și corectă politic este pozitivistă, susținând că dificultățile pot fi trecute prin eforturi de cercetare și tehnologice, oricât de costisitoare.

„Ereticii” numesc dificultățile majore „imposibilități”, în condițiile tehnologiilor actuale sau realizabile. Între marile provocări - pentru a le numi astfel - sunt:

1. Ieșirea din gravitația Pământului cu mase suficient de mari pentru asigurarea unor medii viabile oamenilor, pe termen lung. Manevrarea acestora între și pe orbite interplanetare. Asolizarea și re-decolarea, cu idealul revenirii pe Pământ. În episodul precedent, am prezentat realizările atinse din urmă cu decenii și nedepășite, în legătură cu găzduirea omului în spațiu. Au fost și sunt zeci de tone de stații spațiale puse pe orbită terestră joasă, reprezentând cel mult 3-4% din masa la decolare. Injecția (cum i se spune) pe alte orbite (trans-lunară, la minim), alte manevre spațiale obligatorii reduc masa habitatului uman la zecimi de procent din cea a rachetei care părăsește Pământul. Pentru comparație: după succesele în decembrie 2020, misunea chineză Chang´e 5 a returnat 1,7 Kg de sol lunar, folosind ansamblul omonim de 8,2 tone alcătuit din modulele de aselenizare (lander), decolare (ascender), de serviciu și o capsulă de întoarcere. Ansamblul Orion 2 (cu astronauți la bord, doar suvolare Lună, lansare estimată peste 2 ani) va cântări circa 24 de tone; cât despre Artemis-3, masa totală de injectat trans-lunar va fi semnificativ peste 30 de tone, cuprinzând treinave (Orion, Starship și Gateway) și o stație de realimentare pe orbită terestră. Masa totală cumulată la decolare este greu de anticipat. Starship și Gateway (radio-cititorii sunt invitați să le descopere) nu sunt finalizate/construite, astfel încât anul 2025 pentru revenirea omului pe Lună pare, azi, foarte optimist. Chiar sloganul este „To the Moon and beyond”- La Lună și dincolo (de ea) - literal fără angajamentul aselenizării propriu-zise.

În toate aceste eforturi, propulsia rămâne subiectul nevralgic. Nu există (în prezent, pentru o nuanță optimistă) alternative la combustibilii chimici, a căror regenerare în spațiu este de domeniul SF. Aproape întregul periplu cosmic este inerțial și gravitațional, cu scurte (zeci de secunde) secvențe de ardere pentru ajustare în viteză sau poziție. Dar, eventuale manevre urgente energofage rămân neacoperite. Rămâne, după șase decenii, actual răspunsul atribuit lui VonBraun, întrebat despre topicele de interes maxim: „Propulsia și cunoștințele despre Univers”.

2. Stabilirea de „tabere” viabile pe solurile cele mai accesibile - Lună și Marte. Mediile respective sunt – cum se știe - letale pentru om și diferite. Accesibilitatea Lunii în misiunile Apollo rămâne aproape un miracol.

Pe Pamânt au fost, bineînțeles, imaginate și puse în aplicare simulacre de tabere marțiene. Aceasta, deoarece factori de mediu esențiali, precum gravitația, succesiunea zi-noapte, atmosfera și temperatura pot fi, cât de cât, puse în corespondență. Mediul lunar este – deși incomparabil mai apropiat – radical diferit, astfel încât simularea este imposibilă. În anul 2002, un întreprinzator inginer și autor cu active marțiene, Robert Zubrin, a demarat proiectele unor locații de simulare a traiului pe Marte. Una dintre acestea, MDRS (Mars Desert Research Station) se afla în deșertul american Utah. Alta, considerată mai marțiană, era proiectată în Canada arctică, însa abandonată datorită costurilor asociate locuirii și experimentelor. Izolarea si aspectul terenului au fost factori esentiali. Echipe de câte șase „astronauți” (oameni de știință și studenți) petreceau câte două săptămâni în incinta închisă, ieșeau numai în „costume spațiale”, reparau defecțiuni autentice sau simulate, samd. NASA nu a finanțat proiectul.

Turismul - să-l numim educațional - este ilustrat de stația Mars Base 1 Camp din provincia Gansu, în nord-vestul Chinei. Este menționată și posibilitatea folosirii locației pentru antrenarea taikonauților (astro/cosmonauții chinezi).

Exemple exclusiv științifice de proiecte simulatoare marțiene sunt: HI-SEAS - activ cu 5 stagii de lungă durată (4-12 luni) în Hawaii, pe vulcanul Mauna Loa; respectiv - cel mai recent - din craterul Makhtesh Ramon, în sudul Israelului. Acesta din urmă rulează sub auspiciile Austrian Space Forum și Israel Space Agency , implică 200 de oameni de știință din 25 de țări și o echipă de 6 „astronauți” într-un stagiu „clasic” de 2-3 săptămâni.

MARS-500a fost un program activ între 2007-2011, reunind European Space Agency (ESA), Rusia și China. Trei simulări (în 2007 - 15 zile, în 2009 - 105 zile, în 2010-2011 - 520 zile) s-au desfășurat la Institutul de Probleme Biomedicale din Moscova.

Este de notat că „antrenamentul marțian” este (doar) componenta cea mai spectaculoasă și scurtă a pregătirii. De fapt, zborul dus-întors, cu escale pe cel puțin o stație intermediară implică solicitări și riscuri mult mai mari, presupunând că tehnica merge bine.

Izolarea, plictiseala/apatia, activitatea scăzută și nesomnul asociat dispariției ciclului diurn-nocturn (criteriu în alegerea latitudinilor polare) sunt preocupări esențiale în proiectarea explorării spațiale îndepărtate.

Sus-menționatul experiment MARS-500 a fost edificator pentru anumite aspecte: cu toate că la ieșirea din simulator (în 2011) starea fizică și psihică a participanților a fost declarată optimă, raportul din 2013 a reliefat probleme considerabile. În timpul experimentului, subiecții au devenit, treptat, somnoroși, lenți si morocănoși, apropiindu-se de varianta hibernării animale. Ritmul circadian a fost pierdut.

Si NASA considera - dupa experimente într-o stațiune de explorare arctică - izolarea și plictiseala ca factori umani negativi esențiali în lunga călătorie spre Marte.

Un aspect conex atent studiat, implicat în misiunile îndelungate este dinamica grupurilor. Puțini știu că au existat câteva misiuni spațiale (pe orbita joasă, desigur) cu comunicarea întreruptă datorită conflictelor interpersonale între membri ai echipajelor și ai controlului de la sol. Spre exemplu, echipajul de pe Skylab-4 a întrerupt legătura radio cu solul pentru o întreagă zi (!) la o neînțelegere cu operatorii NASA. Și episodul disputei comandantului Apollo 7 -Walter Shirra- cu CAPCOM a rămas în cronici. Echipajele misiunilor sovietice Salyut 6 și Salyut 7 din pionieratul șederilor lungi sunt citate, de asemenea. În general, se pare că, indiferent de țară/agenție, în fiecare misiune intervin cel puțin scurte dar serioase dispute, cu toată atenția acordată selectării astronauților și cultivării capacității acestora de gestionare a conflictelor.

Pentru prevenirea unor astfel de situații, mai ales la bord, agențiile spațiale testează echipajele în stații de simulare la sol, pe durate lungi până la ani. O concluzie neașteptată a fost că, pe lângă șefia impecabilă, micile grupuri super-antrenate, profesionale, izolate au nevoie de... un „clown”! Unul născut, nu făcut,dintre membrii echipei.

3. În legătură cu cele descrise mai sus - corpul uman nu este adecvat pentru condițiile din spațiu. Afirmația nu este deloc banală.Imaginabil - etapele zborurilor spațiale, stagiile de populare a stațiilor reale, dar „numai” circumterestre, mergând până la luni pentru ocupant, au rezultat într-o vastă experiență a efectelor asupra omului.

Problemele sunt multiple. Gravitația diferită (deocamdată, în minus) față de cea terestră duce la constrângeri și disfuncționalități la care corpul uman nu a fost expusîn procesul evolutiv pe Pământ. Funcționarea sistemelor osos, circulator și muscular, de exemplu, testate la limită pentru durate relativ scurte la pilotaj, slăbesc teribil în lipsa gravitației. Densitatea minerală osoasă scade lunar cu 1-1,5% deci s-ar pierde ușor 18% numai pe drumul spre Marte prin osteoporoză de nesolicitare. Modelări ajung până la 40-60% pierdere de masă osoasă! Calciul osos migrează în sânge, putând provoca popularele „pietre la rinichi”. Densitatea ososasă se reface de la minus 20% după circa 3 ani de la revenirea pe Pământ. Volumul sanguin scade cu 20%, iar distribuția sângelui în corp se modifică în lipsa gravitației, părțile superioare primind mai mult. Masa musculară, inclusiv internă, scade cu 20%, tonusul de asemenea. După săptămâni sau luni de mică solicitare,decelerările frânării (minute, constant) și aterizărilor (secunde, la vârf), asociate revenirii bruște a gravitației pot conduce la pierderea cunoștinței sau chiar mai grav. Primirea astronauților este făcută, înaintea oricui, de un grup medical! Cine i-ar aștepta pe Marte, după 9 luni de parcurs cosmic? Foarte serioasa publicație Nature descrie deficitele de îndemânare, concentrare și motricitate ale astronauților, detectabile la revenirea după 6 luni de activitate orbitală. Într-o altă interesantă referință este inclus Proiectul Studiul Gemenilor din 2015-16, cu protagoniștii - astronauții Mark și Scott Kelly - monitorizați în paralel, cu Scott în misiune de lungă durată (stabilind recordul american, de 340 de zile!) pe Stația Spațială Internațională. Mark era, în acest timp, monitorizat pe Pământ, în activități atent concepute.

Este de observat că gravitația artificială (termen impropriu) nu a fost realizată decât în filme. De exemplu, în Odiseea spațială 2001, pe baza „credibilă” a forței centrifuge: o uriașă stație spațială se rotește, având zonele locuibile pe circumferință. Cu puțină fizică se poate estima diametrul, circumferința și viteza unghiulară acceptabilă a unui asemenea colos, care ar produce prin rotație o forță centrifugă de 1G, percepută de echipaj ca gravitație. De exemplu, la o rotație pe minut (ceea ce ar ameți vizual pe oricine dinăuntru), stația spațială ar avea raza (doar raza, nu diametrul!) de... 900 m! Ce mase, ce propulsoare, ce energii ar fi implicate? Ce structuri de rezistență ar trebui duse în spațiu, asamblate și ar susține o „navă-roată” de 1,8 Km diametru? Dar pentru „lung-curier” interplanetar?... Calculând pentru cei doar câtiva metri diametru, un modul spațial actual ar trebui să se învârtă ca un titirez, pentru a simula în interior 1G. Nici măcar opera de ficțiune nu a putut evoca așa ceva.

Gravitația simulată centrifug în spațiu fiind practic irealizabilă, rămâne alt vis nestins al științei: gravitația artificială. În particular - o instalație care să genereze forța de atracție a Pământului. Extensiile aplicative imaginate - de exemplu suprimarea greutății - ar face deliciul unui episod separat. Decenii de încercări acerbe nu au condus nici măcar la aflarea naturii forței gravitaționale ori la integrarea acesteia în teoriile cuantice - adică în bazele universului fizic cunoscut. „O simplă problemă de timp”... precum alte câteva care par irezolvabile.

De aceea, călătoria interplanetară s-ar face, aproape integral, în imponderabilitate, cu efecte fizice dintre cele evocate la începutul acestor paragrafe. Poate, extensia explicativă a fost prea mare - dar aceasta numai pentru ponderarea triumfalismului nesustenabil, excesiv.

4. Comparativ cu absența gravitației, un veritabil show stopper îl constituie, însă/încă, radiațiile ionizante și particulele atomice de mare viteză. Aproape toate acestea sunt deviate de celebrele centuri VanAllen și filtrate de atmosferă (mai ales de oxigen) - de unde îngrijorările privind deteriorarea stratului de ozon. Dincolo de sus-numitele „filtre”, spațiul interplanetar este expus: radiațiile cosmice compuse din atomi ionizați, rezultați din evenimente galactice, care călătoresc aproape de viteza luminii (!) și protonii expulzați de exploziile solare lovesc orice navă. Acestea sunt particule „grele”, care deteriorează structura atomică a materialelor și bio-moleculară - spre exemplu, a ADN-ului. În mod special, ionii radiației cosmice generează produse de ciocnire imposibil de barat (particule și radiații) cu învelișul navei.

Expunerea este măsurată în Sievert (Sv). O misiune de 6 luni pe Stația Spațială (la 400Km de Pământ) expune astronautul la 120mSv (miliSievert). Limitele acceptabile sunt (la NASA, de exemplu) cuprinse între 600 și 1000mSv. Criteriul ultim este limitarea la creșterea cu 15% (față de pe Terra) a riscului de cancer la femei - care sunt subiecții cei mai periclitați, datorită sensibilității mari la radiații a organelor genitale. Nu este întâmplător, bineînțeles, că misiunea Artemis-1 a avut la bord trei manechine înțesate cu senzori, dintre care două sunt „femei”. Acestea poartă veste de protecție - singura alternativă la un eventual scut al întregii părți locuite a navei. În spațiul interplanetar, mai ales expunerea la sus-menționatele radiații cosmice galactice este critică, iar „blindajul” util ar fi atât de greu, încât ar face decolarea imposibilă. Chiar și vestele sunt presupuse capabile să se opună, într-o măsură, doar „vântului solar” protonic. Link-ul conduce la un amplu articol pe tema radiațiilor în spațiu, publicat de o instanță științifică de maximă competență.

Un alt mijloc de protecție testat este ecranarea activă a navelor, folosind panouri parcurse de curenți electrici astfel încât să devină deflectoare electromagnetice. Problema cu acestea este că, pentru obținerea unor câmpuri suficient de puternice este nevoie de curenți mari și materiale superconductoare, grele prin definiție (de exemplu, miezuri magnetice) care, la rândul lor, au nevoie de răciri eficiente: din nou, curenți mari, cu tot gerul spațial ajutător. Extensia în interior a câmpurilor, chiar direcționale, de asemenea intensitate ar fi inevitabilă și ar implica alt rând de scuturi, pentru habitatul echipajului. În condițiile în care fiecare kilogram și watt contează, o astfel de „rezolvare” este, deocamdată, imposibil de asociat unui habitat uman, pe drumul spațial spre...

În fine, o variantă cercetată este creșterea prin modificare genetică a rezistenței organismului uman la radiații. Ar fi vorba fie de activarea unor gene „protectoare”, fie de hibridarea genomului uman cu acela al unor microorganisme radio-rezistente. Exemplul este Tardigradul - ființă cât un vârf de ac, despre care invităm radio-cititorul să se informeze. Efectul dorit este creșterea stabilității moleculei ADN expusă la radiații, uscăciune, alți factori letali și s-ar cifra la 40%.

Precauțiile și riscurile asociate unor astfel de experimente sunt, încă, imposibil de gestionat științific și etic. Mirajul omului super-rezistent biofizic antrenează, evident, cercetări strategice strict secrete. Dacă va apărea, Astronautul Universal va fi precedat de omologul său - Soldatul. Deocamdată continuă în cheia îngrijorării reverberațiile editării genetice embrionare practicate în 2018 sub conducerea omului de știință chinez He Jiankui. Identitatea și starea celor două gemene și a unei a treia născute (alterate genetic în ideea creșterii rezistenței la SIDA), sunt nedezvăluite. Erezii moderne a propus, la timpul lor, două episoade consacrate respectivei întreprinderi.

Revenind la radiațiile din Deep Space:în mod curios, timp de decenii nu au fost tranșate dezbaterile privind viabilitatea dincolo de protectoarele Centuri VanAllen generate de câmpul magnetic al Pământului. Mizele sunt mari, nu doar pentru viitor, ci și pentru trecutul puținelor zboruri spre Lună cu echipaj. Contestatarii acestora notează absența efectelor datorate radiațiilor la cei 24 de astronauți lunari, în condițiile lipsei practice a ecranării adecvate a navelor sau costumelor spațiale.

Bineînțeles că agențiile au fost mereu interesate de condițiile de mediu interplanetar. Este elementar că toate vehiculele care au depășit LEO să fi fost dotate cu senzori, iar concluzii să existe demult. Încă în 1947, racheta americană V-2 a trimis în spațiu fluturi „de oțet”. Au urmat multe și diferite specii, dar, cum episodul este despre viabilitatea dincolo de orbita terestră joasă (LEO) vom sări direct la cele două țestoase lansate în septembrie 1968 spre Lună în capsula sovietică Zond 5. Un mix adițional cuprindea eșantioane de sol, semințe și chiar viermi - totul expus timp de 6 zile mediului cosmic relativ puțin cunoscut pe-atunci.
Țestoasele au survolat Luna și au revenit bine-sănătoase pe Pământ, supraviețuind și dinamicii zborului, incluzând o frânare de 20G (!) pentru 10 secunde la revenire. Letală uman dar fără probleme pentru micile țestoase. 10% pierdere din greutate... sună comun, azi. La circa o lună după amerizare au fost disecate, confirmându-se absența efectelor negative ale periplului cosmic.

Tot în 1968 a fost înregistrat primul zbor cu oameni la bord în jurul Lunii - Apollo 8. Au urmat Apollo 10 în mai 1969, apoi seria aselenizărilor Apollo 11-17, cu excepția în happy-end Apollo 13. 24 de astronauți au navigat spre Lună. Și, din decembrie 1972, nici un om nu a mai fost dincolo de LEO, cu toată apariția și dezvoltarea altor agenții și programe spațiale temeinice: European Space Agency (ESA), China National Space Administration (CNSA), Indian Space Research Organisation (ISRO), Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), care s-au adăugat și uneori au concurat inițiatoarele NASA și Roscosmos. Există și alte state și agenții spațiale care emit pretenții, dar lista scurtă de mai sus este a constructorilor de module locuibile și rachete grele.

De ce nimeni nu a mai încercat, de 50 de ani, ieșirea cu om la bord în Deep Space... este dificil de înțeles, cu toate explicațiile economice. Nici o clarificare științifică oficială, bazată pe măsurători, nu a fost dată crucialei întrebări despre nocivitatea spațiului interplanetar, deși toate agențiile menționate au trimis vehicule dincolo de LEO, iar drumurile spre Lună și Marte sunt -exagerând puțin - bătătorite.

În acest context, concluziile actualei misiuni Artemis-1, amerizate cu bine pe 11 decembrie, după un periplu de 26 de zile, vor fi deosebit de interesante. Date preliminare nu au fost, încă, furnizate (sau măcar cerute mediatic), dar este clar că s-a obținut cea mai cuprinzătoare culegere privind, în particular, expunerea la radiații. Interesant, de asemenea - modulul de serviciu al următoarei misiuni spre Lună - Artemis 2, cu echipaj și lansare cel devreme peste 2 ani - este deja produs și livrat de Agenția Spațială Europeană.

În sfărșit - fragmentele naturalespațiale - de exemplu, micrometeoriții - sunt un pericol letal. Totuși, nave interplanetare fără echipaj au rămas, în general, funcționale după ani de parcurs prin Sistemul Solar and beyond. Un exemplu extrem este sonda New Horizons lansată în 2006care, în iulie 2015, survolase Pluto (la doar 12500Km!) iar la 1 ianuarie 2019 - un obiect (Ultima Thule) al Centurii Kuipert - dincolo, deci, de Sistemul Solar. În aprilie 2021, devenise a cincea navă îndepărtată de Soare la 50 Unități Astronomice (AU - distanța de la Pământ la Soare) și avea o rezervă de 11 Kg de combustibil.

New Horizons, alături de Voyager și multe altele, reprezintă confirmări ale funcționalității tehnologiei spațiale și validității astrofizicii cunoscute pentru dirijarea misiunilor pe termen foarte lung (din perspectivă umană, desigur!). Lista sondelor încă funcționale, nu neapărat manevrabile, în Sistemul Solar este impresionantă. Nu s-au produs multe ciocniri fatale cu fragmente meteoritice.

Dar, nici o sondă încă manevrabilă nu se poate reîntoarce pe Pământ. Puținul combustibil de la bord este drămuit pentru corecții de traiectorie sau postură incompatibile cu revenirea.

Lăsând la o parte toate diferențele între o mică sondă și un habitat uman viabil interplanetar, se poate fantaza, de exemplu, pe tema drumului doar „dus”. A fost, deja, evocat privitor la Marte. Etica explorării spațiale conține, probabil, câteva Erezii moderne...

În episodul următor (și ultim) al temei, se vor prezenta alte obstacole notabile în tentativele umane extraterestre: propulsia, costurile, capacitatea de întreținere a vieții. Poate și o privire asupra celor mai prizate creații cinematografice la temă.

redactor Florin Vasiliu