ตอนหนึ่งของ The Martian ภาพยนตร์อวกาศเรื่องเยี่ยมที่กำลังเป็นกระแสในตอนนี้ ได้เน้นถึงอันตรายที่อาจะเกิดขึ้นจากรังสีระหว่างการเดินทางนานนับปีสู่ดาวอังคาร ซึ่งในยุคอวกาศแรกๆ นักวิทยาศาสตร์ก็ยังมีความรู้เกี่ยวกับรังสีและอันตรายจากกิจกรรมบนดวงอาทิตย์ไม่มากนัก
เหตุการณ์สำคัญที่ทำให้องค์การบริหารการบินอวกาศสหรัฐฯ (นาซา) ตระหนักถึงอันตรายที่จะเกิดจากรังสีและอนุภาคมีประจุพลังงานสูงคือปรากฏการณ์ลุกจ้า (solar flare) บนชั้นบรรยากาศดวงอาทิตย์เมื่อวันที่ 7 ส.ค.1972 ซึ่งปล่อยคลื่นอนุภาคพลังงานสูงที่ส่วนใหญ่เป็นโปรตอนออกมา สิ่งมีชีวิตที่อยู่นอกขอบเขตการปกป้องของสนามแม่เหล็กโลกจะได้รับอันตราย โชคดีว่าลูกเรืออะพอลโล 16 (Apollo 16) ได้กลับสู่โลกก่อนอนุภาคพลังงานสูงจะถูกปล่อยออกมาเพียง 5 เดือน
การเดินทางสู่อวกาศนั้นเต็มไปด้วยอันตราย โดยเฉพาะอันตรายจากรังสีซึ่งข้อมูลจากนาซาระบุว่า อนุภาคพลังงานสูงที่ยังมีทั้งอิเล็กตรอนและอนุภาคหนักอื่นๆ เป็นอันตรายต่อมนุษย์อวกาศและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ อนุภาคพลังงานสูงทะลุผ่านผิวหนังมนุษย์ได้แล้วส่งผ่านพลังงานและทำลายเซลล์หรือดีเอ็นเอ ซึ่งการทำลายดังกล่าวเพิ่มความเสี่ยงต่อการเกิดมะเร็งในระยะยาว หรือในกรณีร้ายแรงที่สุดคือการป่วยจากการได้รับรังสีสูงแบบเฉียบพลัน หากระหว่างภารกิจได้รับอนุภาคพลังงานสูงในปริมาณมากพอ
จากการวิจัยเรื่องรังสีในอวกาศอย่างจริงจังทำให้นาซาเข้าใจสภาพแวดล้อมในอวกาศได้ดีขึ้น รวมทั้งเข้าใจถึงผลกระทบและวิธีดีที่สุดในการปกป้องมนุษย์อวกาศ ซึ่งเป็นส่วนสำคัญในการส่งมนุษย์ไปดาวอังคาร โดยในภาพยนตร์เรื่อง The Martian นั้นตัวละครบนดาวอังคารอาศัยอยู่ใน “แฮบิแทท” (habitat) ที่ช่วยป้องกันมนุษย์อวกาศจากรังสี ซึ่งเทคโนโลยีการป้องกันอันตรายจากรังสีนี้เป็นเทคโนโลยีที่สำคัญสำหรับการท่องอวกาศ
ทั้งนี้ นาซามีแผนส่งคนไปดาวอังคารในช่วงทศวรรษ 2030 ซึ่งการศึกษาของนาซาในเรื่องการปกป้องทั้งมนุษย์อวกาศและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จะเข้าไปอยู่ในทุกส่วนของภารกิจส่งคนไปดาวอังคาร ตั้งแต่การสร้างยานอวกาศ การออกแบบแฮบิแททสำหรับอยู่อาศัย รวมถึงมาตรการความปลอดภัยในการเดินอวกาศ (spacewalk)
รูธาน ลูอิส (Ruthan Lewis) สถาปนิกและวิศวกรในโครงการเที่ยวบินขนส่งมนุษย์ของศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ด ในกรีนเบลต์ แมรีแลนด์ กล่าวว่า ต้องพิจารณาเรื่องการแผ่รังสีในอวกาศที่มนุษย์อวกาศจะได้รับในชีวิตประจำวันทุกด้าน ตั้งแต่เดินทางจากโลกไปดาวอังคารและตอนอยู่บนดาวอังคาร เพราะว่าปริมาณรังสีมหาศาลจะมาจากทุกทิศทาง
สำหรับคนบนโลกนั้นโชคดีที่ได้รับการปกป้องจากสนามแม่เหล็กโลกที่ช่วยกันไม่ให้อนุภาคพลังงานสูงส่วนใหญ่จากอวกาศลงมาถึงพื้นโลกได้ เช่นเดียวกับสถานีอวกาศนานาชาติ (International Space Station: ISS) ที่นาซาระบุว่า โคจรอยู่ในวงโคจรต่ำภายในขอบเขตของสนามแม่เหล็กโลก ซึ่งช่วยป้องกันมนุษย์อวกาศจากอันตรายของรังสีได้มาก โดย เคอร์รี ลี (Kerry Lee) นักวิทยาศาสตร์จากศูนย์อวกาศจอห์นสัน ของนาซาระบุว่า บนสถานีอวกาศนั้นมีการวัดปริมาณรังสีทั้งในและนอกสถานี โดยลูกเรือจะวัดปริมาณรังสัระยะสั้นและปริมาณการแผ่รังสีครึ่งชีวิตเพื่อประเมินความเสี่ยงที่ลูกเรือแต่ละคนจะได้รับอันตรายจากโรคภัยเนื่องจากรังสี แม้ว่านาซาจะกำหนดเพดานปริมาณรังสีที่รับได้ต่ำกว่าปริมาณที่กำหนดสำหรับการทำงานบนพื้นโลกมากก็ตาม
ทว่าการเดินทางไปดาวอังคารที่พ้นไปจากการปกป้องของสนามแม่เหล็กโลกนั้นมีความเสี่ยงกว่ามาก โดยภารกิจส่งมนุษย์อวกาศไปเยือนดาวอังคารต้องใช้เวลานานเป็นปีแม้จะใช้เวลาอยู่บนพื้นผิวดาวอังคารไม่นานก็ตาม ซึ่งเกือบตลอดเวลาของภารกิจนั้นมนุษย์อวกาศจะอยู่นอกสนามแม่เหล็กโลกที่ช่วยปกป้องอนุภาคพลังงานสูง อีกทั้งชั้นบรรยากาศของดาวอังคารก็บางเบากว่าชั้นบรรยากาศโลกมาก และดาวอังคารเองก็ไม่มีสนามแม่เหล็กใหญ่พอที่จะป้องกันอนุภาคพลังงานสูง ดังนั้น มนุษย์อวกาศที่ไปเยือนดาวอังคารจะได้รับการปกป้องที่น้อยมาก
ตลอดการเดินทางสู่ดาวอังคารมนุษย์อวกาศจะต้องได้รับการป้องกันอันตรายจากรังสี 2 แหล่ง รังสีแหล่งแรงมาจากดวงอาทิตย์ ซึ่งปลดปล่อยอนุภาคออกมาอย่างสม่ำเสมอ อนุภาคพลังงานสูงส่วนใหญ่จากดวงอาทิตย์คือโปรตอน ซึ่งมีระดับพลังงานไม่สูงเกินกว่าฉนวนบนยานอวกาศจะปกป้องได้ และการศึกษากิจกรรมบนดวงอาทิตย์ช่วยให้ผู้วางแผนปฏิบัติการสู่ดาวอังคารกำหนดการตัดสินใจที่เหมาะสมสำหรับปฏิบัติการสำรวจดาวอังคารในอนาคตได้
ทว่าแหล่งกำเนิดรังสีอีกแหล่งที่น่ากลัวกว่าคือรังสีคอสมิคจากกาแล็กซีหรือที่เรียกว่า GCRs ซึ่งเป็นอนุภาคที่มีความเร็วใกล้ความเร็วแสงที่ถูกส่งมาจากดาวฤกษ์ดวงอื่นๆ ในกาเล็กซีทางช้างเผือกหรือกาแล็กซีอื่นๆ แม้ว่าอนุภาคส่วนใหญ่คือโปรตอนเหมือนอนุภาคจากดวงอาทิตย์ แต่ยังมีอนุภาคของธาตุหนักอื่นๆ ตั้งแต่ฮีเลียมไปจนถึงธาตุอื่นที่หนักกว่า ซึ่งอนุภาคของธาตุหนักเหล่านี้สามารถแตกอะตอมวัตถุที่ปะทะได้ เช่น อะตอมในตัวมนุษย์ ผนังโลหะของยานอวกาศ แฮบิแทท หรือยานขับขี่สำรวจ และเป็นเหตุให้อนุภาคย่อยตามมากระหน่ำวัตถุเหล่านั้นจนนำไปสู่อันตราย
วิธีที่จะปกป้องอนุภาคพลังงานสูงเหล่านี้คือการใช้วัสดุสร้างยานอวกาศแบบดั้งเดิมในปริมาณมาก หรือเลือกวัสดุหุ้มที่มีประสิทธิภาพการป้องกันรังสี การใช้วัสดุปริมาณมากหุ้มรอบโครงสร้างยานจะช่วยดูดซับอนุภาคพลังงานสูงก่อนจะไปถึงตัวมนุษย์อวกาศ แต่การใช้ฉนวนเทอะทะหุ้มโครงสร้างยานจะกลายเป็นต้นทุนมหาศาล เพราะยิ่งมีมวลมากยิ่งหมายถึงปริมาณเชื้อเพลิงที่ต้องใช้มากขึ้น
การใช้วัสดุหุ้มที่มีประสิทธิภาพเป็นอีกหนทางที่จะช่วยลดน้ำหนักยานและค่าใช้จ่าย แต่การแสวงหาวัสดุที่เหมาะสมต้องอาศัยการวิจัยและสิ่งประดิษฐ์ที่ล้ำสมัย ซึ่งตอนนี้นาซากำลังพิจารณาวัสดุจำนวนหนึ่งที่มีโอกาสนำไปใช้ได้ตั้งแต่ยานอวกาศ แฮบิแททบนดาวอังคาร ไปจนถึงชุดอวกาศ และอีกหนทางที่ โจนาธาน เพลลิช (Jonathan Pellish) วิศวกรการแผ่รังสีอวกาศประจำศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ดกล่าวว่าเป็นวิธีดีที่สุด คือทำให้อนุภาคพลังงานสูงเหล่านั้นพุ่งชนบางอย่างที่มีขนาดใหล้เคียงกัน หรือใช้รถสามล้อพุ่งชนรถพ่วง
เนื่องจากโปรตอนและนิวตรอนมีขนาดใกล้เคียงไฮโดรเจน ซึ่งกันอนุภาคทั้งสองได้ค่อนข้างอยู่หมัด และไฮโดรเจนมักอยู่ในรูปของโปรตอนเดี่ยวหรืออิเล็กตรอนเดี่ยว อีกทั้งไฮโดรเจนยังเป็นธาตุที่มีอยู่เหลือเฝือในเอกภพ และประกอบขึ้นเป็นสารประกอบที่พบได้ทั่วไป เช่น น้ำ และพลาสติกอย่างโพลีเอสทิลีน วิศวกรจึงใช้ข้อได้เปรียบตรงนี้เพื่อปกป้องมนุษย์อวกาศได้ โดยใส่ของเสียจากมนุษย์อวกาศในกระเบื้องที่เติมพลาสติกเพื่อใช้ช่วยปกป้องอันตรายจากรังสีอีกชั้น ส่วนน้ำซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับลูกเรืออยู่แล้วจะถูกเก็บในรูปแบบที่ใช้เป็นกำบังป้องกันรังสีได้ ทั้งในยานอวกาศและในแฮบิแทท แต่กลยุทธ์นี้ก็มีอุปสรรคอยู่โดยลูกเรือต้องใช้น้ำและเติมกลับคืนด้วยน้ำหมุนเวียนจากระบบพยุงชีพที่ล้ำหน้า
โพลีเอทิลีนซึ่งเป็นพลาสติกแบบเดียวกับขวดน้ำดื่มและถุงร้านชำเป็นอีกตัวเลือกที่มีศักยภาพในการใช้ป้องกันอันตรายจากรังสี เนื่องจากมีไฮโดรเจนอยู่สูงและมีราครค่อนข้างถูกในการผลิต แต่ก็ไม่แข็งแรงพอที่จะสร้างโครงสร้างใหญ่ๆ โดยเฉพาะยานอวกาศ ซึ่งต้องทะลวงผ่านความร้อนสูงและแรงมหาศาลระหว่างถูกปล่อย และการเติมโพลีเอทิลีนให้โครงสร้างโลหะจะเพิ่มมวลให้มากขึ้น ซึ่งหมายถึงต้องใช้ปริมาณเชื้อเพลิงระหว่างปล่อยยานมากขึ้นด้วย
ไชลา ธิบิวล์ท (Sheila Thibeault) นักวิจัยวัสดุจากศูนย์วิจัยแลงจ์ลีย์ (Langley Research Cente) ของนาซา ในแฮมป์ตัน เวอร์จิเนีย เผยว่ากำลังมองหาวัสดุที่ช่วยเป็นฉนวนป้องกันรังสีและยังใช้เป็นวัสดุหลักสำหรับโครงสร้างยานอวกาศได้ โดยวัสดุหนึ่งที่นาซากำลังพัฒนาอยู่และมีศักยภาพทั้งสองด้านคือท่อนาโน “ไฮโดนจิเนเตดโบรอน” หรือ BNNTs ซึ่งเป็นท่อนาโนขนาดจิ๋วที่สร้างขึ้นจากคาร์บอน โบรอนและไนโตรเจน โดยมีไฮโดรเจนที่กระจายไปตามช่องว่างที่เหลือระหว่างท่อนาโน ส่วนโบรอนก็ยังเป็นตัวดูดซับนิวตรอนที่ดี
โดยรวมวัสดุใหม่ BNNTs นี้ยังแข็งแรง ทนความร้อนสูง ซึ่งเป็นคุณสมบัติชั้นเยี่ยมสำหรับทำเป็นโครงสร้าง และนักวิจัยยังประสบความสำเร็จในการพัฒนาวัสดุนี้เป็นเส้นใย ซึ่งยืดหยุ่นพอที่จะถักทอเป็นชุดอวกาศ ช่วยให้มนุษย์มีอุปกรณ์ป้องกันรังสีในขณะออกไปเดินอวกาศ หรือออกไปอยู่สู่ภายนอกบนพื้นผิวดาวอังคารที่ทุรกันดาร แม้ยังอยู่ระหว่างการพัฒนาและทดสอบ แต่วัสดุนี้ก็โอกาสที่จะเป็นวัสดุสำคัญสำหรับโครงสร้างและวัสดุป้องกันรังสีสำหรับยานอวกาศ แฮบิแทท ยานขับสำรวจ และชุดอวกาศสำหรับใช้บนดาวอังคาร
ไม่เพียงแต่การปกป้องทางกายภาพที่กันไม่ให้อนุภาคพลังงานสูงเข้าถึงตัวมนุษย์อวกาศได้ แต่นักวิทยาศาสตร์ยังศึกษาความเป็นไปได้ที่จะสร้างสนามแรงที่เข้มพอจะป้องกันอนุภาคให้แก้แฮบิแททและยานอวกาศ เหมือนที่สนามแม่เหล้กโลกปกป้องเราจากอนุภาคพลังงานสูงภายนอก ตอนนี้นักวิทยาศาสตร์ยังพัฒนาได้ในระดับเล็ก และยังต้องศึกษาอีกมากเพื่อขยายสู่ขนาดที่ใหญ่ขึ้น
