De aankomende bemande Artemis missies naar de maan, waarbij astronauten in de nieuwe Orion ruimtecapsules buiten de beschermende cocon van het magnetische veld van de aarde worden gestuurd, zijn aanleiding om de vluchtregels onder de loep te nemen en de vaardigheden voor het voorspellen van ruimteweer aan te scherpen.
De atmosfeer en het magnetische veld van onze planeet beschermen ons tegen de constante stroom straling en geladen deeltjes die vrijkomen van de zon. Maar uitbarstingen van de zon, zoals onlangs bleek uit de supersterke geomagnetische storm op 10 mei die de aarde teisterde via zonnevlammen en coronale massa-ejecties, kunnen ook een bedreiging vormen voor bemanningen die op weg zijn naar de maan. Gezien de recente krachtige zonne-uitbarstingen, wat zou de impact op de Artemis-operaties zijn geweest als er nu een bemande missie aan de gang was?
Het gevaar uitbannen
“Gelukkig zijn de meeste ruimtevaartuigen die ontworpen zijn voor menselijke exploratie - inclusief die voor Artemis - ontworpen om onze astronauten te beschermen tegen het meeste stralingsgevaar,” vertelde Ian Cohen, plaatsvervangend hoofdwetenschapper voor ruimte-exploratie bij het Johns Hopkins Applied Physics Laboratory, aan SpaceNews. “Er zijn ook protocollen bij NASA om zulke gebeurtenissen te monitoren en erop te reageren en er zijn speciaal ontworpen gebieden van het ruimteschip waar astronauten kunnen schuilen om het gevaar te verminderen,” voegde Cohen eraan toe.
De grootste potentiële dreiging is als de astronauten buiten het ruimteschip een extravehiculaire activiteit uitvoeren in de ruimte of op het maanoppervlak, aldus Cohen. “In dat scenario zou NASA de gebeurtenis in de gaten houden en mogelijk de missieplannen wijzigen - mogelijk de [extravehicular activity] annuleren - om de astronauten te beschermen. Dus hoewel straling een potentieel gevaar is voor extreme gebeurtenissen, houdt NASA de situatie actief in de gaten en heeft het procedures om onze astronauten veilig te houden,” zei Cohen.
Voorspellen, waarschuwen, alarmeren
Het Space Weather Prediction Center (SWPC) van de National Oceanic and Atmospheric Administration werkt samen met NASA-specialisten op het gebied van ruimtestraling om de ondersteuning van het ruimteweer voor menselijke expedities naar de maan te versterken. Eind 2025 zal NASA's Artemis 2 missie de eerste bemande reis naar de buurt van de maan maken. De 10-daagse reis zal de eerste bemande reis naar de maan zijn sinds de historische Apollo-missies eindigden in december 1972.
“We zijn goed voorbereid op deze volgende Artemis missie om de astronauten zo goed mogelijk te voorspellen, waarschuwen en alarmeren” wanneer zonnegebeurtenissen een probleem kunnen vormen voor de menselijke gezondheid, zei Shawn Dahl, een SWPC service coördinator. Dahl vertelde SpaceNews dat de huidige voorspellingstoolkit bestaat uit betere modelleringscapaciteiten, gegevens van ruimtevaartuigen van hogere kwaliteit om de soorten en niveaus van deeltjes te meten die door de zon worden uitgeworpen, samen met betere computer- en communicatietechnologie om zorgwekkende gebeurtenissen te detecteren en ervoor te waarschuwen. Dahl zei dat deze mogelijkheden een beter idee kunnen geven wanneer een “alles veilig” moet worden gegeven aan de Artemis astronauten.
Gezocht: meer natuurgetrouwheid
Ruimtevaartorganisaties werken hard aan de beste modellen voor het weer op de zon, legt Hazel Bain uit, wetenschappelijk hoofd van het Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences van de Universiteit van Colorado bij het Space Weather Prediction Center. “Er zijn een aantal protonvoorspellingsmodellen voor zonne-energie in het onderzoeksdomein” die worden geëvalueerd door NASA en SWPC, zei Bain, met het idee om de beste modellen “van het onderzoeksdomein naar het operationele domein te brengen”. “In veel opzichten lijkt wat we proberen te voorspellen voor de nieuwe Artemis-missies en vooruitkijkend naar Mars erg op wat we probeerden te doen voor het Apollo-tijdperk,” zei Bain. “Teruggaan naar de maan daagt ons opnieuw uit om te begrijpen hoe goed we dit voorspellingsonderwerp kennen en hoe we onze voorspellingen kunnen verbeteren.”
Bain voegde eraan toe dat er meer gedetailleerde gegevens nodig zijn over wanneer een gebeurtenis eindigt en wat de piekflux zal zijn. Zowel Bain als Dahl van het SWPC wijzen op de geplande lancering van GOES-U van NOAA op 25 juni. Het is de vierde en laatste satelliet in de geavanceerde geostationaire satellietreeks van NOAA en is uitgerust met een extra ruimteweerinstrument, de Compact Coronagraph van het Naval Research Laboratory. Het zal de corona van de zon in beeld brengen en gebruikt worden om Coronal Mass Ejections (CME's) waar te nemen. Volgend jaar, vervolgden Bain en Dahl, verwacht NOAA zijn Space Weather Follow On Lagrange 1 (SWFO-L1) ruimtevaartuig te lanceren. Eenmaal in zijn L1-baan zal het een continue, onbelemmerde blik werpen op de corona van de zon zonder storing van de aarde. SWFO-L1 heeft ook een compacte coronagraaf om coronale massa-ejecties van de zon te zien.
Veiligheid van de bemanning
De mogelijkheid om onrust op de zon beter te meten is nabij, dus nu beginnen de Orion missieplanners te werken aan een veiligheidsplan voor de bemanning voor als er een gevaarlijke opleving van zonneactiviteit is. Steve Johnson, een onderzoeksingenieur bij de Space Radiation Analysis Group (SRAG) van NASA's Johnson Space Center, gaf een kijkje in het vierpersoons Orion ruimtevaartuig en de binnendiameter van 3 meter tijdens een Space Weather Workshop in april in Boulder, Colorado, georganiseerd door de University Corporation for Atmospheric Research en mede gesponsord door SWPC en de NASA Heliophysics Division.
De vluchtregels met betrekking tot zonnegebeurtenissen bevinden zich nog maar in een ontwerpstadium, zei hij, en er wordt nog hard aan gewerkt. Voor stralingscontrole heeft Orion detectoren, waarschuwings- en alarmsignalen aan boord en de bemanningsleden hebben actieve dosismeters aan boord, zei Johnson. Hoewel Orion relatief goed afgeschermd is, zei Johnson dat in het geval van een zorgwekkende zonnegebeurtenis, het ontwerp van de Artemis-vluchtregels de astronauten een schuilplaats zou laten maken met behulp van twee centrale opbergruimtes die leeggemaakt zijn. Hierdoor zou een lager dosisgebied ontstaan binnen de capsule. Hij zei dat de spullen uit de centrale baaien naar een bekende “hot spot” in Orion zouden worden verplaatst om het dosistempo rond het ruimteschip te verlagen. Ondertussen is het team aan het uitzoeken welke procedures bemanningsleden die over de maan lopen kunnen volgen als er een energetisch protonenepisode optreedt. Een persoon die over de maan loopt, heeft acht uur aan levensnoodzakelijke verbruiksgoederen, zei Johnson, dus het is een overweging om binnen één tot vier uur terug te keren naar de veilige haven van een maanlander. Maar dit is allemaal nog toekomstmuziek, zei hij, en het is de bedoeling dat de vluchtregels klaar zijn voor de eerste Artemis-astronauten die over de maan zullen vliegen, naar verwachting in september 2026.
Technische oplossingen
Tonya Ladwig, vicepresident menselijke ruimteverkenning en Orion programmamanager voor Lockheed Martin Space, de bouwer van het ruimtevaartuig, nam deel aan de ruimteweerbijeenkomst. Ladwig merkte op dat schade aan cellen en weefsels bij mensen door geladen deeltjes kan leiden tot gevolgen voor de gezondheid op korte en lange termijn. Maar ze benadrukte de waarde van technische oplossingen plus de waarnemings- en voorspellingsmogelijkheden van NOAA en NASA op het gebied van ruimteweer, terwijl ze wees op het ontwerp van de Orion ruimtecapsule om bescherming te bieden tegen hoogenergetische protonen, galactische kosmische straling en secundaire deeltjes.
Verder merkte Ladwig op dat de elektronica van Orion ook beschermd zal zijn tegen zonnewarmte, omdat het ruimteschip is uitgerust met ingebouwde redundanties van zijn stralingsbestendige elektronica in combinatie met foutdetectie en herstel om het risico van missieverlies te beperken. Strategieën om de risico's voor zowel het ruimteschip als de mensen te beperken moeten worden ontwikkeld en geïmplementeerd door specialisten uit de overheid en de industrie, adviseerde Ladwig.
Bron: SpaceNews
