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Projecte llegit

Títol: Protección de los astronautas frente a la radiación en un viaje a Marte

Estudiants que han llegit aquest projecte:

Director: GIL PONS, Pilar

Departament: FIS

Títol: Protección de los astronautas frente a la radiación en un viaje a Marte

Data inici oferta: 07-02-2013     Data finalització oferta: 07-10-2013


Estudis d'assignació del projecte:
    ET AERONÀUTICA 03
Tipus: Conjunt     Nombre d'estudiants per realitzar-ho: 1-2
 
Lloc de realització: EETAC
 
Paraules clau:
Radiació, Espai
 
Descripció del contingut i pla d'activitats:
El objetivo principal de este proyecto es analizar diferentes combinaciones de materiales que se podrían utilizar en el diseño del escudo de protección para la tripulación en un posible viaje a Marte. Para cumplir este objetivo analizamos las características de la radiación espacial, siguiendo un plan de vuelo que implica una estancia larga en Marte, y estudiamos cómo esta radiación interactúa con los diferentes materiales que proponemos para el escudo.
 
La principal herramienta de trabajo que usaremos para simular este análisis es SPENVIS, un software desarrollado por la Agencia Espacial Europea (ESA). SPENVIS nos permite introducir el plan de vuelo propuesto y considerar la trayectoria y la duración del viaje para computar los diferentes tipos de radiación que afectarán a la nave y su tripulación.
 
Hemos investigado la literatura existente sobre la interacción entre la radiación y distintos tipos de materiales. A partir de las principales conclusiones extraídas de dicha investigación hemos podido escoger y secuenciar los diferentes materiales que podrían formar el revestimiento interior de la estructura de la nave: carbono, hierro, boro, plomo y polietileno. Estos materiales se han introducido en el módulo apropiado de SPENVIS, con lo cual hemos obtenido las dosis de radiación acumuladas. La dosis acumulada es una de las magnitudes importantes que representan los riesgos de la radiación en la salud de los tripulantes y, por lo tanto, su conocimiento es crítico para asegurar la seguridad de la tripulación ante los efectos nocivos de la radiación espacial.
 
También analizaremos cómo los materiales de la superficie de Marte pueden servir cómo escudo frente a la radiación.   
 
Los resultados de radiación son demasiado elevados para un escudo de peso y medidas razonables. Por lo que concluimos que se puede conseguir una protección  óptima en zonas determinadas de la nave, como dormitorios y elementos sensibles de la electrónica, para valores de radiación donde la fluencia es máxima. Por otro lado hemos podido comprobar que el orden correcto en la secuencia de los materiales aumenta la capacidad de protección del escudo ante la radiación. 
 

 
Overview (resum en anglès):

The main goal of this project has been to explore and analyze different combinations of materials that could be used in the design of a radiation shield to protect the crew in an eventual travel to Mars. In order to accomplish this goal we have analyzed the characteristics of space radiation along the trajectory of a long flight plan, that is, a plan that implies a long stay in Mars. Then we have studied how this radiation interacts with the different materials that constitute our radiation shield model.

The main tool we have used is the simulation software SPENVIS, developed by the European Space Agency (ESA). SPENVIS allows the introduction of space missions with different characteristics (in our case, our flight plan to Mars). Using the corresponding trajectories and the duration of the mission, SPENVIS computes the magnitudes related to radiation that may affect the crew and the electronics of that particular mission.

We have performed an exhaustive work of research in the literature about the interaction between radiation and different types of materials. Using the main conclusions from this research we have selected and combined materials that, due to their properties as moderators and attenuators of radiation might be reasonable components of a spacecraft covering. These materials (carbon, iron, boron, lead and polyethilene) and their assigned thickness have been introduced in SPENVIS and the total ionizing doses (TID) have obtained for each of them. The TID is a very important magnitude in assessing health hazard due to radiation and modeling its values is a standard way of understanding its behavior and improving the safety of space crews. We have also analyzed how materials found in Mars can provide a shield against radiation.

We have checked that the order of materials with different properties alters the total ability of the multi-layer shield to protect against radiation. The combinations of materials we propose allow the reduction of radiation hazard for energies near the maximum fluences, but would force too high spacecraft masses. Therefore it would make sense to limit the radiation shields to the inhabited zones and to the protection of sensitive electronics. It must be said that a full approach to this problem is an important branch of current research and no satisfactory solution has been found yet. Therefore, finding a complete solution was beyond the scope of this project.


Data de generació 23/04/2021