Développement du vaisseau spatial ORION de la NASA

Premiers résultats de la "radio-protection" lors d'Artemis 1

21 Septembre 2024 , Rédigé par De Martino Alain Publié dans #Artemis 1

Les radiations spatiales posent des risques pour la santé. Elles peuvent entraîner le cancer et plusieurs maladies dégénératives des organes, de sorte que des mesures de protection appropriées doivent être trouvées pour garantir la protection des astronautes lors des missions spatiales de plus en plus longues à l'avenir. Pour cela, les chercheurs ont besoin de données détaillées sur l'exposition aux rayonnements pendant ces vols, au-delà du champ magnétique terrestre.

Fin 2022, les mannequins Helga et Zohar ont été lancés à bord d’Orion dans le cadre du projet MARE (Matroshka AstroRad Radiation Experiment ) dirigé par le German Aerospace Center de la DLR, grâce à de nombreux capteurs de rayonnement. Dans le cadre de la mission Artemis 1 ils se sont envolés vers la Lune et sont revenus lors d’un voyage de plus de 25 jours. Pour la première fois, des données de mesure continues sur les niveaux de rayonnement entre la Terre et son satellite naturel ont été obtenues. L'équipe de recherche de la DLR, de l'Agence Spatiale Européenne (ESA) et de la NASA vient de publier leurs premiers résultats dans la revue scientifique Nature.

Thomas Berger, physicien des radiations à l’Institut de médecine aérospatiale de Cologne et enquêteur principal de l'expérience MARE, explique: « Nous avions deux objectifs principaux pour la mission Artemis 1. Pour la première fois, nous voulions collecter un ensemble de données complet et cohérent sur les conditions de rayonnement pendant un vol lunaire, et nous analysons toujours ces données. Et, avec la NASA et l'ESA, nous avons voulu caractériser les variations de l'exposition au rayonnement à l'intérieur du vaisseau spatial Orion, pour lequel les résultats sont maintenant disponibles. Pour ce faire, nous avons placé de nombreux détecteurs de rayonnement, appelés dosimètres, à différentes positions fixes dans le vaisseau spatial et à l'intérieur de nos deux mannequins, Helga et Zohar ».

Différences significatives dans l'exposition aux radiations au sein du vaisseau spatial
Les résultats des mesures, publiés dans la revue scientifique Nature, montrent que pendant le vol à travers la ceinture de Van Allen, l'exposition au rayonnement à l'intérieur de l'engin spatial différait de manière très significative selon l'emplacement du détecteur. Les débits de dose entre les zones les plus et les moins protégées de la capsule spatiale diffèrent d'un facteur quatre. Ces énormes différences valident le concept de conception et de blindage de la capsule. Dans la zone plus fortement protégée (Storm Shelter), la dose totale de rayonnement provenant de grands événements de particules solaires peut être limitée à un maximum de 150 millisieverts. À cette dose, aucun signe de maladie radiologique aiguë n'est attendu.

Adaptabilité de la capsule Orion pour le vol spatial humain
Les données montrent également que l'orientation de l'engin spatial pendant le vol à travers la ceinture de protons a eu un effet significatif sur les niveaux de rayonnement à l'intérieur de la capsule. À la fin du vol à travers cette ceinture, Orion a effectué un virage à 90 degrés, ce qui a conduit à une réduction inattendue de la dose de rayonnement de 50 %. « Cela nous montre que cette manœuvre de vol peut réduire considérablement l'exposition aux radiations de l'équipage. C'est également un bon signe et cela confirme l'adéquation de base d'Orion pour les futurs vols spatiaux habités. Nos données de mesure fournissent également une base de connaissances solide pour la conception des futures mission », souligne Berger.
Enfin, l'étude montre une amélioration des simulations informatiques modernes des environnements de rayonnement, car les données de mesure expérimentales correspondent largement aux calculs du modèle prédit. C'est également un facteur important pour le développement efficace, rapide et rentable du concept Orion.

Dans l'ensemble, l'équipe scientifique a conclu que l'exposition aux rayonnements pour les futures missions Artemis, avec des durées comprises entre quelques jours et quelques semaines, ne dépasserait probablement pas les limites actuelles données par la NASA pour les astronautes, en supposant que des conditions de mission similaires soient maintenues. Cependant, le risque de rayonnement demeure l'un des principaux défis des vols spatiaux habités.

Avec la NASA et l'ESA, mesurer le rayonnement pour protéger efficacement les futurs équipages d'Orion
Le 16 novembre 2022, la mission Artemis 1 a été lancée depuis le KSC en Floride. Au cours de cette mission non encore habitée, tous les systèmes nouvellement développés ont été testés ensemble – le vaisseau spatial Orion, le Module de service européen (ESM), le Space Launch System (SLS) et les systèmes au sol.
La NASA a équipé Orion de son système de mesure et d'alerte de rayonnement HERA (Hybrid Electronic Radiation Assessor) qui se compose de trois capteurs de rayonnement installés dans des zones d'Orion protégées du rayonnement à des degrés divers. Il est conçu pour déclencher une alarme si l'équipage a besoin de chercher un abri en raison d'un événement de rayonnement à haute énergie, comme une éruption solaire. Dans ce cas, les astronautes se déplaceraient vers une partie plus blindée du vaisseau, ouvrant les trappes du sol, puis installant un matériau de blindage sur leur tête comme protection supplémentaire.
L'ESA a fourni cinq dosimètres mobiles, les EAD-MU (ESA Active Dosimeter – Mobile Units), placés à divers endroits dans la capsule spatiale pour mesurer le rayonnement. Un système prédécesseur de ces unités mobiles a été utilisé sur la Station spatiale internationale de 2016 à 2017. L'orbite autour de la Lune pendant la mission Artemis 1 a permis la cartographie la plus complète possible de l'environnement radiatif dans l'espace lointain. Les nouvelles valeurs sont maintenant comparées aux mesures de l'ISS pour évaluer la sécurité des missions Artemis avec équipage. Une version raffinée du système EAD-MU sera utilisée à bord de la station Gateway prévue en orbite lunaire.

« Les détecteurs mesurent différents types de rayonnement, ce qui nous permet d'utiliser les valeurs pour tirer des conclusions sur leurs effets biologiques », explique Berger. Les deux mannequins de mesure du projet MARE ont été spécialement conçus pour imiter l'anatomie féminine afin d'étudier les effets particuliers des radiations sur les femmes dans les missions spatiales de longue durée.

Les résultats publiés dans Nature sont les premiers d'une série. Des chercheurs du DLR, de la NASA et de l'ESA continuent d'analyser les vastes mesures de données de rayonnement du vol d'Orion. Thomas Berger et l'équipe du projet DLR MARE travaillent actuellement à comparer l'exposition aux rayonnements d'Helga, le mannequin de mesure qui a volé sans protection, et de Zohar, qui portait le gilet de protection contre les rayonnements tout en volant autour de la Lune.