TPE Les voyages spatiaux de longue durée

Radiation

Les rayonnements du milieu interstellaire peuvent être des électrons, protons, noyaux lourds ou des rayons gamma, X, ultraviolet, infrarouge...Les rayons cosmiques sont composés de particules chargées et sont un danger pour l'homme.

La Terre est entourée de deux champs magnétiques circulaires (les ceintures de Van Allen) qui offrent un avantage et un inconvénient.

Les deux ceintures stoppent une bonne partie du rayonnement et sont radioactives à la fois et l'homme sera très certainement obligé de les traverser pour partir vers Mars. La ceinture interne est riche en protons alors que la ceinture extérieure héberge plutôt des électrons.

Les ceintures de Van Allen ne posent pas de problèmes pour les vols qui se déroulent à une altitude inférieure à 500 km. Par contre, leur traversée dans le cas d'un voyage vers Mars devra se faire rapidement, pour éviter que les astronautes ne soient exposés à des doses massives de rayonnements ionisants. Une des meilleures solutions consisterait à quitter la Terre depuis les pôles, mais le bilan énergétique de la mission serait sans aucun doute trop important pour que cette option soit retenue.

Malheureusement la protection qu'offre la navette spatiale est peu de chose contre les radiations présentes dans l'espace. Les ions de fer traversent le système solaire à près de 300000 km/s... Ainsi, ils sont capables de traverser les blindages d'un vaisseau, peuvent facilement traverser les tissus et casser les chaînes d'ADN.

Si on reçoit la dose de rayonnement reçue en 1 an sur Terre, un voyage de 10 jours dans la navette spatiale expose les astronautes à une dose de radiations 5 fois plus importante et un séjour de 3 mois à bord d'une station spatiale comme ISS expose son équipage à une dose 70 fois supérieure !

Lors d'un voyage vers Mars, les astronautes subiront une dose de radiation 1 000 fois plus élevée que sur Terre...

A gauche, le rayonnement et les particules issues du Soleil ou des rayons cosmiques présentent une énergie suffisante pour endommager les chaînes d'ADN, conduisant à des mutations génétiques. Elles peuvent occasionnellement développer des cancers.
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A droite, un échantillon d'ADN sanguin prélevé chez un astronaute d'ISS et marqué par fluorescence. Tous les brins d'ADN colorés sont des segments d'ADN brisés qui ont mal été réparés. Une couche de plastique en polyéthylène de 1 cm d'épaisseur permet d'éviter de tels symptômes. Mais dans le cas d'éruptions solaires, cette protection est insuffisante. Toutefois, même protégé, un astronaute pourrait encore développer des problèmes de santé à long terme : cancer et autres maladies. Aucune combinaison spatiale ne peut stopper tous les protons solaires.

L'ADN cellulaire subit une mutation génétique

Hyperplasie : A gauche l’ADN subit une mutation génétique. La cellule comme à se diviser plus rapidement que la normale.

Dysplasie : certaines cellules subissent d’autres mutations qui déclenchent une accélération de la division cellulaire. Au fur et à mesure des divisions cellulaire, une cellule ayant subit une mutation voit alors ses descendantes anormales.

Moyens de protection

Pour protéger l'équipage contre des doses de radiations excessives, il faudra équiper le vaisseau de blindage, la mince coque métallique extérieure étant bien insuffisante. Cette coque protège quand même l'équipage contre les impacts de micrométéorites. Les particules solides microscopiques se déplacent à très grande vitesse (de 10 km/s à 270 km/s), mais heureusement, leur masse est en générale très faible (environ 1 picogramme), ce qui empêche la perforation de la paroi extérieure du vaisseau lors d'un choc.

L’inconvénient du blindage est son poids et son prix. Il faudrait un blindage efficace et léger à la fois. Les réservoirs d’eau et de carburants joueront un rôle dans la protection contre les radiations.

Un blindage de quelques centimètres d'épaisseur pourra arrêter une bonne partie des particules des éruptions solaires. Pour stopper les particules cosmiques, il faut employer des boucliers épais de plusieurs mètres. Même avec l'aide de boucliers, des particules secondaires sont émises au contact de la surface protectrice, ce qui diminue de beaucoup leur efficacité.