AstroRad, il giubbotto anti-radiazioni per proteggere gli astronauti

Un giubbotto progettato per proteggere gli organi più vulnerabili degli astronauti potrebbe ridurre in modo significativo la dose di radiazioni assorbita durante una forte tempesta solare. È quanto suggerisce un nuovo studio basato sui dati raccolti durante Artemis I, la missione senza equipaggio che ha portato la capsula Orion attorno alla Luna nel 2022. Secondo le simulazioni, il dispositivo AstroRad potrebbe ridurre la dose di circa il 60 per cento in un evento paragonabile alla grande tempesta solare del 1972 e di quasi il 40 per cento in uno scenario simile a quello del 1989.
Il risultato non significa che gli astronauti potranno affrontare senza rischi qualsiasi radiazione nello spazio. Le percentuali riguardano specifiche simulazioni di eventi di particelle solari energetiche e un indumento pensato come protezione aggiuntiva, non come sostituto della capsula, dei rifugi schermati o delle procedure di emergenza. Tuttavia, i dati rendono AstroRad una tecnologia di particolare interesse per le future missioni verso la Luna e, in prospettiva, verso Marte.

Che cos'è AstroRad e perché assomiglia a un giubbotto

AstroRad è un indumento protettivo sviluppato per lo spazio profondo, progettato per limitare l'esposizione degli astronauti alle radiazioni solari durante gli eventi più intensi. Viene spesso descritto come un giubbotto perché avvolge il torso e protegge in particolare le aree del corpo che ospitano organi sensibili alla radiazione. Non è una tuta completa e non mira a schermare ogni parte del corpo con lo stesso spessore.
Questa scelta di design deriva da un vincolo fondamentale dell'esplorazione spaziale: la massa. Ogni chilogrammo lanciato oltre l'orbita terrestre comporta costi, limiti di volume e difficoltà operative. Una protezione integrale abbastanza spessa da bloccare una grande quantità di radiazione sarebbe troppo pesante e ingombrante per l'uso quotidiano. AstroRad concentra quindi il materiale dove la protezione può offrire il maggior beneficio biologico.
Il giubbotto pesa circa 26 chilogrammi, equivalenti a circa 57 libbre. In assenza di gravità il peso non si avverte come sulla Terra, ma la massa continua a contare per il lancio, per la disposizione nella capsula e per la mobilità dell'equipaggio. Un dispositivo del genere deve dunque trovare un equilibrio difficile: abbastanza materiale per attenuare le particelle, ma non tanto da diventare impraticabile durante le attività di una missione.
AstroRad è stato sviluppato dalla società israeliana StemRad con il coinvolgimento di Lockheed Martin e con il supporto di agenzie e partner internazionali. Il suo impiego su Artemis I non è stato un esperimento decorativo: ha fatto parte del Matroshka AstroRad Radiation Experiment, conosciuto con la sigla MARE, pensato per raccogliere dati sulle dosi assorbite in un ambiente che non può essere riprodotto completamente sulla Terra.

Artemis I, la missione che ha fornito i dati

Artemis I è stata la prima missione integrata del nuovo sistema di esplorazione lunare della NASA, composto dal razzo Space Launch System e dalla capsula Orion. Lanciata nel novembre 2022, la missione è durata circa 25 giorni e mezzo, ha raggiunto la Luna, ha effettuato un'orbita retrograda distante e ha riportato la capsula sulla Terra. Non c'erano astronauti a bordo, ma Orion ha raccolto una quantità importante di dati per le future missioni con equipaggio.
La scelta di effettuare un volo senza persone era necessaria per verificare sistemi, comunicazioni, navigazione, rientro atmosferico e condizioni ambientali. La radiazione spaziale era uno degli aspetti più rilevanti da studiare. Oltre l'orbita terrestre bassa, gli astronauti non beneficiano più nello stesso modo della protezione offerta dall'atmosfera e dal campo magnetico terrestre, che attenuano una parte considerevole delle particelle energetiche provenienti dal Sole e dallo spazio profondo.
Nel corso del viaggio Orion ha attraversato le fasce di Van Allen, regioni attorno alla Terra nelle quali particelle cariche vengono intrappolate dal campo magnetico terrestre. Ha poi proseguito verso lo spazio cislunare, un ambiente più vicino alla Luna e caratterizzato da un'esposizione differente rispetto a quella della Stazione Spaziale Internazionale. Misurare queste condizioni permette di migliorare modelli, rifugi e strategie per gli equipaggi destinati a viaggi oltre la bassa orbita terrestre.
Artemis I non ha incontrato una tempesta solare di grande intensità. Questo dettaglio è essenziale: i risultati sull'efficacia del giubbotto non derivano dall'osservazione diretta di un evento estremo avvenuto durante il volo, ma dall'uso delle misurazioni effettuate nella missione per simulare come AstroRad avrebbe agito in scenari basati su grandi eventi del passato. Lo studio offre quindi una valutazione scientifica fondata su dati reali, ma resta una modellazione di eventi non vissuti direttamente da Orion.

Helga e Zohar, i due manichini che hanno viaggiato verso la Luna

All'interno della capsula Orion hanno viaggiato due manichini antropomorfi, chiamati Helga e Zohar. Non erano semplici figure dimostrative. I loro torsI erano realizzati con materiali capaci di imitare, dal punto di vista radiologico, ossa, tessuti molli e organi di un corpo femminile adulto. La scelta di modelli femminili è legata alla maggiore sensibilità delle donne agli effetti di alcune forme di radiazione spaziale.
I due manichini erano quasi identici e contenevano una rete di sensori distribuiti nel torso. Il sistema ha consentito di rilevare l'esposizione in molte aree interne del corpo simulato, non soltanto in un punto esterno della capsula. Questa struttura ha reso possibile una comparazione molto più utile rispetto a un semplice dosimetro ambientale: gli scienziati hanno potuto osservare come la radiazione raggiunge aree che corrispondono a organi vitali.
Zohar ha indossato AstroRad, mentre Helga ha viaggiato senza il giubbotto. Il confronto tra i due torsI, esposti allo stesso viaggio e collocati nella stessa capsula, ha offerto una base sperimentale solida per valutare il contributo della schermatura. Le differenze rilevate non rappresentano una diagnosi medica su persone reali, ma dati fisici e dosimetrici che aiutano a comprendere quanta energia delle particelle possa essere attenuata prima di raggiungere i tessuti.
Il nome dell'esperimento richiama le tradizionali bambole russe a incastro, perché l'obiettivo è analizzare gli effetti della radiazione attraverso strati diversi, dall'esterno verso l'interno del corpo simulato. Con oltre migliaia di sensori passivi e decine di rilevatori attivi, MARE è stato uno degli esperimenti più completi mai realizzati per studiare l'esposizione umana alle radiazioni oltre l'orbita terrestre bassa.

Le tempeste solari del 1972 e del 1989

Le percentuali emerse dallo studio fanno riferimento a due eventi storici di particelle solari energetiche. Il primo è la tempesta del 1972, avvenuta tra le missioni Apollo 16 e Apollo 17. Fu un evento particolarmente intenso, tanto che se gli astronauti si fossero trovati nello spazio senza adeguata schermatura avrebbero potuto affrontare una situazione estremamente pericolosa. Il fatto che si sia verificato tra due missioni lunari con equipaggio fu una circostanza favorevole per il programma Apollo.
Il secondo scenario prende come riferimento la tempesta solare del 1989. Quell'evento è noto anche per gli effetti prodotti sulla Terra, dove una grande perturbazione geomagnetica provocò il collasso della rete elettrica del Québec e generò disagi in diverse infrastrutture. Nello spazio, eventi di questo tipo possono aumentare rapidamente la dose ricevuta dagli astronauti, soprattutto se si trovano fuori dalla protezione magnetica terrestre o in una fase della missione in cui non possono raggiungere subito un rifugio adeguato.
Le simulazioni indicano che AstroRad potrebbe ridurre di circa il 60 per cento la dose assorbita in una tempesta con caratteristiche simili a quella del 1972. In uno scenario paragonabile all'evento del 1989, la riduzione stimata è vicina al 40 per cento. La differenza tra le due percentuali dipende dalle caratteristiche energetiche e dall'andamento dei singoli eventi: non tutte le tempeste solari sono uguali e non tutte le particelle interagiscono nello stesso modo con materiali e tessuti.
Le cifre non descrivono quindi una garanzia valida per ogni missione futura. Non esiste un "60 per cento" universale applicabile a qualsiasi forma di radiazione o a qualsiasi configurazione della capsula. Il risultato dice piuttosto che, nei modelli analizzati, il giubbotto ha mostrato una capacità significativa di ridurre la dose assorbita dai distretti corporei protetti. È un dato promettente, non una promessa di invulnerabilità.

Perché le radiazioni sono un problema nello spazio profondo

Le radiazioni nello spazio non sono un fenomeno unico. Gli astronauti possono essere esposti a particelle provenienti dal Sole, ai raggi cosmici galattici e alle particelle intrappolate nelle fasce di Van Allen. Ciascuna componente ha energie, tempi e modalità di interazione differenti. La protezione che può essere efficace contro una tempesta solare non risolve automaticamente il problema dei raggi cosmici galattici, particelle estremamente energetiche provenienti da oltre il Sistema solare.
Le particelle solari energetiche possono aumentare rapidamente durante una forte attività del Sole. In questi casi, la capacità di ricevere un allarme e di raggiungere un rifugio schermato è fondamentale. I raggi cosmici galattici costituiscono invece un'esposizione di fondo più costante e molto difficile da schermare, perché alcune particelle possiedono energie tali da attraversare metalli, acqua, plastica e tessuti, generando anche particelle secondarie.
Dal punto di vista biologico, una dose elevata di radiazioni ionizzanti può produrre effetti acuti e rischi a lungo termine. Tra le possibili conseguenze vi sono malessere da radiazione, danni ai tessuti e aumento del rischio di alcuni tumori. La valutazione reale dipende da dose, qualità della radiazione, durata dell'esposizione, organi coinvolti e caratteristiche individuali. Per questo la radioprotezione degli astronauti non può basarsi su una sola tecnologia.
La Terra offre una protezione naturale che spesso viene data per scontata. L'atmosfera assorbe o attenua una parte delle radiazioni e il campo magnetico devia molte particelle cariche. Gli astronauti sulla Stazione Spaziale Internazionale si trovano ancora all'interno della magnetosfera terrestre e ricevono una protezione maggiore rispetto a chi viaggia verso la Luna. Oltre questa regione, l'ambiente diventa più ostile e richiede soluzioni dedicate per la salute dell'equipaggio.

Il giubbotto non sostituisce il rifugio nella capsula

AstroRad non è progettato per sostituire i sistemi di schermatura della capsula Orion. In caso di un allarme per una tempesta solare, la prima misura resta raggiungere la zona più protetta disponibile nel veicolo. Orion è stata progettata con un'area centrale nella quale l'equipaggio può creare un rifugio temporaneo utilizzando contenitori e borse di stivaggio, collocando più massa possibile tra il corpo e la fonte di radiazione.
Il principio fisico è intuitivo: maggiore è la quantità di materiale che una particella deve attraversare, maggiore può essere l'attenuazione della sua energia. Non tutti i materiali proteggono allo stesso modo e aggiungere schermatura può generare nuove particelle secondarie, ma acqua, provviste, attrezzature e materiali disponibili nella capsula possono diventare parte di un storm shelter, cioè un rifugio contro le tempeste solari.
Il giubbotto può aggiungere protezione personale al rifugio della capsula. Questo è uno dei punti più interessanti emersi dallo studio: un astronauta protetto da AstroRad potrebbe ridurre ulteriormente la dose agli organi sensibili, anche in scenari nei quali il riparo strutturale della capsula non è sufficiente da solo a contenere l'esposizione. Il dispositivo è quindi pensato come un livello aggiuntivo in una strategia fatta di monitoraggio, allerta, schermatura del veicolo e procedure operative.
In alcune missioni, la possibilità di indossare una protezione personale potrebbe aiutare l'equipaggio a continuare attività essenziali senza restare completamente inattivo durante un evento. Questo non significa che gli astronauti possano proseguire normalmente ogni operazione o uscire dalla capsula durante una tempesta grave. Significa piuttosto che la protezione indossabile può offrire un margine operativo in più quando alcune funzioni della missione non possono essere interrotte. La differenza tra protezione aggiuntiva e libertà totale di movimento resta fondamentale.

Il valore scientifico delle misurazioni di Artemis I

Il principale risultato di Artemis I non è soltanto il test di un singolo giubbotto. La missione ha raccolto dati sul modo in cui la capsula Orion scherma la radiazione nelle sue diverse zone interne. Le misure hanno mostrato che la posizione dentro il veicolo può cambiare sensibilmente la dose ricevuta. Questo è utile per progettare rifugi, distribuire attrezzature e definire dove l'equipaggio debba collocarsi in caso di emergenza.
Le misurazioni effettuate con Helga e Zohar permettono di confrontare i modelli teorici con un viaggio reale verso la Luna. Sulla Terra è possibile simulare fasci di particelle e materiali protettivi, ma non riprodurre completamente la complessità dell'ambiente cislunare. I dati di Artemis I aiutano quindi a rendere più affidabili le valutazioni di dosimetria per le future missioni con equipaggio.
Il fatto che Artemis I non abbia incontrato un grande evento solare non riduce l'utilità dell'esperimento. Gli scienziati hanno potuto utilizzare le misure raccolte durante il passaggio nelle fasce di radiazione e durante il viaggio nello spazio profondo per stimare il comportamento del giubbotto in condizioni estreme. La ricerca usa così un ponte tra osservazione e modellazione: dati reali sul veicolo e sui materiali, combinati con scenari storici di space weather.
Gli studi sulla radiazione sono essenziali anche per l'elettronica. Le stesse particelle che possono danneggiare il corpo umano possono interferire con strumenti, sensori e sistemi di bordo. Per questo la radioprotezione è una questione di salute, ma anche di affidabilità della missione. Una capsula deve proteggere sia l'equipaggio sia le tecnologie che permettono di comunicare, orientarsi e tornare sulla Terra. La sicurezza spaziale nasce dall'integrazione di questi elementi.

Dalla Luna a Marte: perché il tema diventerà sempre più centrale

Le missioni lunari rappresentano un banco di prova per viaggi più lunghi e più complessi. La Luna dista circa 384 mila chilometri dalla Terra, mentre una missione verso Marte comporterebbe mesi di viaggio nello spazio interplanetario e una protezione naturale ancora più limitata. Le soluzioni studiate per Artemis, compreso AstroRad, possono contribuire a costruire l'esperienza necessaria per affrontare il problema della radiazione interplanetaria.
Non è realistico pensare che un unico giubbotto possa risolvere la sfida di una missione marziana. Viaggi di lunga durata richiederanno probabilmente schermature integrate nella struttura del veicolo, uso strategico di acqua e materiali di consumo, rifugi dedicati, sistemi di previsione dell'attività solare e protocolli medici. AstroRad può essere una parte di questo insieme, soprattutto nelle fasi in cui una protezione concentrata sul corpo offre un vantaggio rispetto alla sola schermatura ambientale.
Uno degli obiettivi della ricerca è ridurre il peso dell'indumento e migliorare l'efficienza dei materiali. Ogni progresso che consenta di ottenere la stessa protezione con meno massa può diventare importante per una missione nello spazio profondo. Parallelamente, gli ingegneri studiano come trasformare materiali già presenti a bordo, come acqua, cibo e scorte, in risorse utili per la schermatura durante un'emergenza.
La previsione delle tempeste solari resta un'altra componente decisiva. Un sistema di allerta efficace può fornire all'equipaggio il tempo necessario per interrompere attività esterne, raggiungere il rifugio e indossare le protezioni. Le previsioni dello spazio meteorologico non hanno la precisione assoluta di un cronometro, ma migliorano con osservazioni solari, satelliti e modelli. La tecnologia indossabile acquista valore proprio se inserita in una catena di decisioni tempestive.

Limiti e cautele da non ignorare

Il nuovo studio offre risultati promettenti, ma deve essere interpretato con rigore. Le riduzioni del 60 e del 40 per cento derivano da simulazioni di eventi solari storici applicate ai dati raccolti durante Artemis I. Non sono una prova diretta ottenuta con astronauti esposti a una tempesta solare reale, né dimostrano che AstroRad sia efficace nello stesso modo contro tutte le componenti della radiazione cosmica.
Il confronto tra i due manichini è estremamente utile, ma non sostituisce completamente la complessità di un corpo umano vivente. Età, sesso, salute, distribuzione dei tessuti e risposta biologica possono influenzare la valutazione del rischio. I manichini sono costruiti per imitare in modo accurato le proprietà radiologiche di un corpo femminile adulto, ma non respirano, non si muovono e non sviluppano risposte cellulari. Il loro ruolo è misurare la dose fisica, non prevedere ogni effetto medico individuale.
Resta poi il problema dell'ergonomia. Un indumento da circa 26 chilogrammi deve essere indossato, fissato e conservato in modo compatibile con una capsula affollata e con procedure di emergenza potenzialmente rapide. Nello spazio la gravità ridotta aiuta a non percepire il peso, ma non elimina inerzia, volume e difficoltà di movimento. Una tecnologia utile sulla carta deve dimostrare di essere utilizzabile con efficienza da persone sotto pressione operativa.

Un passo concreto verso missioni più sicure

AstroRad non trasforma lo spazio profondo in un ambiente sicuro, ma offre una risposta concreta a una minaccia invisibile e inevitabile. I dati raccolti da Artemis I indicano che una schermatura personale mirata può ridurre in modo rilevante l'esposizione a particelle solari energetiche durante eventi estremi. Per le future missioni verso la Luna, il giubbotto può diventare uno strumento aggiuntivo accanto al rifugio della capsula, ai sistemi di allerta e alla progettazione di veicoli più protetti.
La lezione più importante è che la protezione degli astronauti non dipenderà da un'unica invenzione. Serviranno indumenti come AstroRad, capsule progettate con attenzione alla radiazione, previsioni dell'attività solare, materiali schermanti e protocolli chiari. Voi ritenete che la ricerca spaziale debba investire soprattutto in protezioni personali, rifugi a bordo o nuovi materiali per le navicelle? Lasciate un commento: il futuro dell'esplorazione della Luna passa anche dalla capacità di rendere più sicuro ciò che non possiamo vedere.