Для полета на Луну, к Марсу, а возможно — и к другим планетам, нужны не только ракеты и корабли, но и защита экипажа от космической радиации
Действительно ли дальний космос так враждебен, как защититься от радиации в космосе и на сколько лет сократится жизнь человека после полета к Марсу — об этом рассказал заведующий отделом радиационной безопасности пилотируемых космических полетов Института медико-биологических проблем (ИМБП РАН), кандидат физико-математических наук Вячеслав Шуршаков.
Радиация повсюду
Чтобы получить дозу радиации, необязательно работать на атомной электростанции или летать в космос, — на Земле есть естественная радиация. Работая, отдыхая, просто сидя дома, все люди получают дозу около одного миллизиверта (мЗв) в год. А если неудачно выбрать место для отпуска, то этот показатель может вырасти в разы. Например, в Бразилии есть пляжи с радиоактивным песком, где уровень радиации в десять раз выше среднего наземного фона.
Конечно, есть профессии, напрямую связанные с радиацией, и дозы на такой работе несравнимо больше. Работник атомной станции получает до 20 мЗв в год. Космонавт за год на Международной космической станции (МКС) набирает около 220 единиц. За всю карьеру космонавт, согласно нормативам, может получить 1 тыс. мЗв. Таким образом, человек может провести на низкой околоземной орбите максимум четыре с небольшим года.
Помешает ли радиация долететь до Марса?
Сможет ли человек долететь до Марса и не погибнуть от космической радиации? Такое путешествие возможно, но только один раз. "Строго говоря, к Марсу, если взять эти нормативы, космонавт может слетать только туда и обратно. За полет к Красной планете наберется такая доза, что посылать туда человека больше будет нельзя", — отметил Вячеслав Шуршаков.
Радиация в дальнем космосе отличается от той, что мы получаем на Земле. Космос переполнен галактическим излучением: это ядра атомов практически всех элементов таблицы Менделеева, разогнанные до околосветовых скоростей. За счет большой массы эти частицы прошивают защиту любого космического корабля — проникают даже сквозь десять метров воды. От этой радиации никуда не деться. Но, как отметил Вячеслав Шуршаков, у нее есть одно достоинство: ее уровень меняется очень медленно, без скачков.
Помимо галактического излучения, на космические экипажи в дальнем космосе будет влиять еще один тип радиации — солнечное протонное излучение, которое резко увеличивается во время вспышек на Солнце. Это бывает нечасто — в среднем раз в 11 лет. "Вспышки опасны своей внезапностью: то протонного излучения нет, то его становится в сотни или даже в тысячу раз больше", — уточнил Вячеслав Шуршаков, добавив, что предсказать начало таких событий практически невозможно, и сегодня над этой проблемой работает несколько институтов.
В то же время, пояснил ученый, когда начинают фиксировать повышение солнечной протонной радиации, есть время от начала события до того момента, когда частицы дойдут от Солнца до МСК или космического корабля. Максимальная концентрация протонов возникает спустя примерно 20 часов после вспышки. Этого времени хватит, чтобы предупредить экипаж об опасности, и люди успеют укрыться в радиационном убежище.
Для наблюдения за солнечными протонными событиями используются данные с патрульных приборов, которые регистрируют усиление потока протонов. Эти приборы установлены на спутниках на геостационарной орбите. "В Советском Союзе эти приборы были широко представлены, потом в России их вообще не было, сейчас эта патрульная система опять начинает возрождаться, создавая предпосылки для нашей независимости от зарубежных патрульных данных. Но на данный момент мы пользуемся информацией с американского спутника GOES (Geostationary Operational Environmental Satellite)", — рассказал Вячеслав Шуршаков.
Он также отметил, что в августе 1972 года, когда американцы летали на Луну, произошло мощнейшее солнечное протонное событие. Миссии "Аполлона", к счастью, проходили весной и в конце зимы. Астронавтам повезло: если бы они были на Луне во время вспышек, то могли погибнуть, получив очень большую дозу радиации.
Чем опасна космическая радиация
Ученые выяснили, что, кроме болезней, радиация сокращает среднюю продолжительность жизни: примерно на три года при допустимой дозе 1 тыс. мЗв. Таким образом, всего один полет к Марсу может стоить экипажу как минимум нескольких лет жизни. Тяжелые заряженные частицы галактического излучения (ядра углерода, кислорода, железа) могут повредить центральную нервную систему человека — у космонавта может ухудшиться память, координация, он будет хуже выполнять операторские функции.
По мнению Вячеслава Шуршакова, знаний о космической радиации и существующих технологий недостаточно. "Как специалист сейчас я не могу дать согласие на полет человека к Марсу, потому что есть большая неопределенность в эффектах от космической радиации. Если подходить к вопросу консервативно, то можно сказать, что дней 100 еще можно в дальнем космосе полетать. Но мы до сих пор не знаем, что может произойти с человеком при более длительном воздействии галактической радиации", — пояснил ученый.
Радиационное убежище, шлем из полиэтилена и другие методы защиты
Проблема защиты человека в дальнем космосе от влияния радиации на сегодняшний день прорабатывается плохо, считает Вячеслав Шуршаков. Он подчеркнул, что если Россия планирует космические полеты дальше околоземной орбиты, то надо заниматься исследованиями и разработками в этой области.
Есть несколько вариантов радиационной защиты в дальнем космосе. Во-первых, можно обустроить радиационные убежища, то есть защищать не весь корабль, а отдельный отсек. Лучше всего для этого подходят вода и пластики. "Тут секрет такой: хорошо защищают вещества из атомов легких химических элементов. Они хорошо замедляют нейтроны", — объяснил ученый.
У американцев, к примеру, спальные места на МКС расположены в модуле, со всех сторон обложенном полиэтиленовыми плитами толщиной примерно 5 см. А алюминий, из которого сделан корпус космического корабля, плохо защищает от радиации. Из-за космических частиц начинается реакция и излучаются нейтроны, которые поражают человека.
В длительных космических миссиях, отметил Вячеслав Шуршаков, необходима защита уязвимых мест на теле. Критически важна система кроветворения, следовательно, надо закрыть область таза. Также тяжелые частицы воздействуют на гиппокамп — отдел мозга, участвующий в процессах запоминания. "Возникает простая идея — защитить голову специальным шлемом, сделанным из чего-то типа полиэтилена. На наш взгляд, нужно иметь специальные средства, которые позволят даже в небольшом корабле или станции защитить космонавтов", — сказал ученый.
Американский космический корабль "Орион"
Источник изображения: © AP Photo/Chris O'Meara
Вячеслав Шуршаков также отметил, что индивидуальные системы защиты сейчас разрабатывают в США и Израиле. Например, при первом полете американского корабля "Орион" к Луне планируется поместить внутрь мужской и женский манекены в специальных костюмах, чтобы выяснить уровень облучения. В России работы в этом направлении не ведутся.
Гибернация и киборгизация как защита от радиации
Ученые обдумывают и другие, футуристические способы защиты: гибернацию (искусственный сон) и киборгизацию. Во сне биологические процессы замедляются — сейчас пытаются понять, как космическое излучение влияет на человека в состоянии гибернации. При подготовке к космическим полетам или экспедициям в Антарктику раньше удаляли проблемные зубы, аппендикс.
"Тут возникает мысль, что человека можно "доработать" для полета в космос, например, заменить ему хрусталик глаза на искусственный. Американские специалисты заметили, что чем дольше летал астронавт, тем больше у него возникает очагов катаракт", — пояснил Вячеслав Шуршаков.
Также необходимо учитывать индивидуальную радиочувствительность космонавтов. Перед полетом можно облучать кровь предполагаемых членов экипажа в пробирке, смотреть на реакцию и отбирать в команду с учетом индивидуальной сопротивляемости.
А что с Луной?
Если путь к Марсу для человека пока закрыт, то как обстоит дело с Луной? По словам Вячеслава Шуршакова, во время миссий к естественному спутнику Земли дозы радиации приемлемы. Согласно опубликованным данным по лунным экипажам США, десятидневная миссия эквивалентна полету на орбите Земли в течение 20 суток: общая доза составит примерно 12 мЗв.
По пути к Луне космический корабль должен будет пройти через радиационные пояса Земли. Чтобы избежать сильного облучения, нужно правильно построить траекторию полета — через самые тонкие области поясов. Маршрут "Аполлонов" был проложен именно так.
"Также есть риск мощного солнечного протонного события, но если планировать двухнедельную экспедицию, то опасность мала. А для постоянного пребывания на Луне, конечно, необходима серьезная защита. Остается галактическое излучение. Его трудно уменьшить, но оно не имеет резких перепадов", — сказал Шуршаков.
Исходя из сегодняшних знаний о космической радиации, специалисты ИМБП РАН допускают полет к Луне длительностью от нескольких недель до двух месяцев. "Миссия на Луну вполне реальна. Получается, мы опять вынуждены идти на риск — наблюдать за состоянием здоровья первопроходцев. Когда мы сможем проводить на Луне полгода-год, может быть, окажется, что можно организовывать миссии и к Марсу", — отметил ученый.
В целом научное сообщество смотрит с оптимизмом на планы по подготовке миссий на Луну и в дальний космос. "Человечество не останется в своей колыбели. Надо сейчас раздвигать горизонты, лететь к Луне. Нужно шаг за шагом, применяя новые технологии, покорять Вселенную. Надо осознавать сложности, опасности космоса, но я верю, что человек их преодолеет", — сказал Вячеслав Шуршаков.
Подготовила Милена Синева
