Космонавт-ликвидатор
Однако нельзя сказать, что проблем радиационной безопасности на той высоте, на которой сейчас летит МКС, нет. Во-первых, это так называемая бразильская, или южноатлантическая, магнитная аномалия в Южной Атлантике. Здесь магнитное поле Земли, кажется, падает, и вместе с ним нижняя полоса излучения оказывается ближе к поверхности. И МКС снова его касается, летя в этом районе.
Во-вторых, человеку в космосе угрожает галактическое излучение, поток заряженных частиц, который устремляется со всех сторон и с огромной скоростью, порожденный взрывами сверхновых или активностью пульсаров, квазаров и других звездных тел. Некоторые из этих частиц удерживаются магнитным полем Земли (которое является одним из факторов образования радиационных поясов), а другая часть теряет энергию при столкновении с молекулами газа в атмосфере. Что-то достигает поверхности Земли, поэтому небольшой радиоактивный фон присутствует на нашей планете абсолютно повсюду. В среднем человек, живущий на Земле, не имеющий отношения к источникам излучения, получает дозу 1 миллизиверт (мЗв) в год. Космонавт на МКС зарабатывает 0,5-0,7 мЗв. Ежедневно!
Радиационные пояса Радиационные пояса Земли — это области магнитосферы, где накапливаются заряженные частицы высокой энергии. Внутренняя полоса состоит в основном из протонов, внешняя — из электронов. В 2012 году спутник НАСА обнаружил еще один пояс, который находится между двумя известными.
«Можно провести интересное сравнение, — говорит Вячеслав Шуршаков, заведующий отделом радиационной защиты космонавтов Института медико-биологических проблем РАН, кандидат физико-математических наук. — Годовая допустимая доза для работника атомной электростанции считается равной 20 мЗв — в 20 раз больше, чем доза, которую получает нормальный человек. Для специалистов аварийного реагирования, этих специально обученных людей, максимальная годовая доза составляет 200 мЗв. Это уже в 200 раз больше обычной дозы и .. практически столько же, сколько космонавт, проработавший на МКС год».
В настоящее время в медицине установлен предел максимальной дозы, который нельзя превышать в течение жизни человека, чтобы избежать серьезных проблем со здоровьем. Это 1000 мЗв или 1 Зв. Так что даже сотрудник АЭС с ее нормативами может спокойно работать пятьдесят лет, ни о чем не беспокоясь. С другой стороны, астронавт выйдет за рамки всего через пять лет. Но даже после четырех лет полета и заработка 800 мЗв, ему вряд ли разрешат новый годичный полет, поскольку будет угроза превышения лимита.
«Еще один фактор риска радиации в космосе, — поясняет Вячеслав Шуршаков, — это активность Солнца, в частности, так называемые выбросы протонов. После изгнания в течение короткого времени космонавт на МКС может получить дополнительно 30 мЗв. Хорошо, что солнечные протонные события происходят нечасто — 1-2 раза за 11-летний цикл солнечной активности. Плохо, что эти процессы происходят стохастически, в случайном порядке и их сложно предсказать. Я не помню, чтобы мы были заранее предупреждены нашей наукой о скором освобождении. Обычно это не так. Дозиметры на МКС внезапно показывают усиление фона, мы вызываем экспертов по Солнцу и получаем подтверждение: да, у нашей звезды аномальная активность. Именно из-за таких внезапных событий, связанных с протонами на Солнце, мы никогда не знаем точно, какую дозу астронавт принесет с собой во время полета».
Помешает ли радиация долететь до Марса?
Сможет ли человек полететь на Марс и не умереть от космического излучения? Такое путешествие возможно, но только один раз. «Строго говоря, если взять эти нормы, космонавт сможет летать только на Марс и обратно. Для полета на Красную планету будет такая доза, что уже не удастся отправить туда человека», — сказал Вячеслав. Шуршаков.
Радиация в глубоком космосе отличается от того, что мы получаем на Земле. Космос переполняется галактическим излучением: это ядра атомов почти всех элементов таблицы Менделеева, разгоняющиеся до скоростей, близких к световым. Благодаря своей большой массе эти частицы пробивают защиту любого космического корабля: они проникают даже на десять метров воды. От этого излучения никуда не деться. Но, как отметил Вячеслав Шуршаков, у него есть одно преимущество — его уровень меняется очень медленно, без скачков.
Помимо галактического излучения, космические экипажи в глубоком космосе будут поражены другим типом излучения: солнечным протонным излучением, которое резко возрастает во время солнечных вспышек. Это случается нечасто — в среднем раз в 11 лет. «Вспышки опасны своей быстротой: либо нет протонного излучения, то его становится в сотни, а то и в тысячи раз больше», — пояснил Вячеслав Шуршаков, добавив, что предсказать наступление таких событий практически невозможно, а сегодня их несколько институты работают над этой проблемой.
При этом, пояснил ученый, когда начинают регистрировать увеличение солнечного излучения протонов, есть время от начала события до момента, когда частицы достигают МСК или космического корабля от Солнца. Максимальная концентрация протонов наступает примерно через 20 часов после вспышки. Этого времени хватит, чтобы предупредить экипаж об опасности, и люди успеют спрятаться в радиационном убежище.
Для наблюдения солнечных протонных событий используются данные патрульных устройств, которые фиксируют увеличение потока протонов. Эти инструменты установлены на спутниках на геостационарной орбите. «В Советском Союзе эти устройства были широко представлены, тогда в России их вообще не было, сейчас эта система патрулирования начинает возрождаться, создавая условия для нашей независимости от данных зарубежных патрулей американский спутник GOES. (Геостационарный оперативный экологический спутник) », — сказал Вячеслав Шуршаков.
Он также отметил, что в августе 1972 года, когда американцы полетели на Луну, произошло мощное солнечное протонное событие. К счастью, миссии «Аполлона» проходили весной и в конце зимы. Астронавтам повезло: если бы они были на Луне во время вспышек, они могли бы погибнуть, получив очень большую дозу радиации.
Радиационное убежище, шлем из полиэтилена и другие методы защиты
Проблема защиты человека в глубоком космосе от воздействия радиации в настоящее время решена плохо, говорит Вячеслав Шуршаков. Он подчеркнул, что если Россия планирует космические полеты за околоземную орбиту, то необходимо заниматься исследованиями и разработками в этой области.
Есть несколько вариантов радиационной защиты дальнего космоса. Во-первых, можно оборудовать радиационные укрытия, то есть защитить не весь корабль, а отдельный отсек. Лучше всего для этого подходят вода и пластик. «Здесь секрет заключается в следующем: вещества атомов легких химических элементов хорошо защищают. Они хорошо замедляют нейтроны», — пояснил ученый.
У американцев, например, есть кровати на МКС в модуле, покрытом со всех сторон полиэтиленовыми листами толщиной около 5 см, а алюминий, из которого сделан корпус космического корабля, плохо защищает от радиации. Из-за космических частиц начинается реакция и испускаются нейтроны, которые заражают человека.
В длительных космических полетах, отметил Вячеслав Шуршаков, необходимо защищать уязвимые места тела. Кроветворная система имеет решающее значение, поэтому необходимо закрыть область малого таза. Кроме того, тяжелые частицы влияют на гиппокамп — часть мозга, участвующую в процессах запоминания. «Родилась простая идея: защитить голову специальным шлемом из чего-то вроде полиэтилена. На наш взгляд, нужны специальные средства, которые позволят защитить космонавтов даже на небольшом корабле или станции», — сказал он.
Американский космический корабль «Орион»
Вячеслав Шуршаков также отметил, что системы индивидуальной защиты сейчас разрабатываются в США и Израиле. Например, во время первого полета американского космического корабля «Орион» на Луну планируется разместить мужские и женские манекены в специальных костюмах для определения уровня радиации. В России работы в этом направлении не ведутся.
Гибернация и киборгизация как защита от радиации
Ученые рассматривают 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 летаргии. Во время подготовки к космическим полетам или экспедиции в Антарктиду проблемные зубы и аппендикс были ранее удалены.
«Здесь возникает мысль, что человека можно« модифицировать »для полета в космос, например, заменив хрусталик глаза на искусственный. Американские специалисты отметили, что чем дольше летает космонавт, тем больше появляется вспышек катаракты». — пояснил Вячеслав Шуршаков.
также необходимо учитывать индивидуальную радиочувствительность космонавтов. Перед полетом можно облучить кровь потенциальных членов экипажа в пробирке, понаблюдать за реакцией и подобрать команду исходя из индивидуальной выносливости.
Кто в зоне риска (как раз здесь о пилотах и часто летающих людях)
Не бойтесь заранее. Среди профессий, наиболее подверженных космическому радиоактивному излучению, лидируют бортпроводники и пилоты. Ну и пассажиры самолета, которые часто пользуются услугами авиакомпаний. Часто более 30 раз в год. Пассажир, конечно, не профессия, но не упомянуть его в этом контексте невозможно.
В связи с активным воздействием ионизирующего излучения на человека и системы организма в авиации введены специальные радиационные нормы для летного состава. Эти правила ограничивают полеты авиационного состава не более 80 летных часов в месяц, не более 240 летных часов в квартал (3 месяца) и не более 800 летных часов на человека в год. Это данные регламента ИКАО — Международной организации гражданской авиации.
Частицы, сводящие с ума
Радиационные проблемы для экипажей, направляющихся на Марс, начнутся уже на Земле. Корабль массой 100 и более тонн придется длительное время разгонять на низкую околоземную орбиту, и часть этой траектории будет проходить в пределах радиационных поясов. Это уже не часы, а дни и недели. Кроме того, выходит за пределы магнитосферы и галактическое излучение в первозданном виде, множество тяжелых заряженных частиц, влияние которых под «зонтиком» магнитного поля Земли ощущается не очень сильно.
«Проблема в том, — говорит Вячеслав Шуршаков, — что влияние частиц на важнейшие органы человеческого тела (например, нервную систему) сегодня мало изучено. Возможно, радиация заставит космонавта потерять память, вызвать поведенческие реакции.. аномальные, агрессивные. И весьма вероятно, что эти эффекты не связаны с дозой. Пока не будет накоплено достаточное количество данных о существовании живых организмов за пределами магнитного поля Земли, очень рискованно предпринимать длительные космические экспедиции».
Когда специалисты по радиационной защите предлагают конструкторам космических кораблей повысить биозащиту, они отвечают на, казалось бы, вполне рациональный вопрос: «В чем проблема? Кто-нибудь из космонавтов умер от лучевой болезни? »К сожалению, дозы облучения, полученные на борту даже не космических кораблей будущего, а обычной МКС, при соблюдении норм отнюдь не безвредны. По некоторым причинам советские космонавты никогда не жаловались на свое зрение — видимо, опасались за свою карьеру, но американские данные однозначно показывают, что космическое излучение увеличивает риск катаракты, помутнения хрусталика.Анализы крови космонавтов показывают увеличение хромосомных аберраций в лимфоцитах после каждого космического полета, который считается онкомаркером в медицине. В целом был сделан вывод, что получение допустимой дозы 1 Зв в течение жизни сокращает жизнь в среднем на три года.
Лунные риски Одним из «сильных» аргументов сторонников «лунного заговора» является утверждение, что пересечение радиационных поясов и пребывание на Луне, где нет магнитного поля, приведет к неминуемой гибели космонавтов от лучевой болезни. Американским астронавтам действительно приходилось пересекать радиационные пояса Земли: протонные и электронные. Но это произошло всего на несколько часов, и дозы, полученные экипажами Apollo во время миссий, оказались значительными, но сопоставимыми с дозами, полученными ветеранами МКС. «Конечно, американцам повезло, — говорит Вячеслав Шуршаков, — ведь во время их полета не произошло ни одного солнечного протонного события. Если бы это произошло, космонавты получили бы сублетальные дозы — не 30 мЗв, а 3 Зв.
Чем опасна космическая радиация
Ученые выяснили, что помимо болезней, радиация сокращает среднюю продолжительность жизни: примерно на три года при допустимой дозе 1000 мЗв. Таким образом, один полет на Марс может стоить экипажу как минимум нескольких лет жизни. Частицы, заряженные галактическим излучением (ядра углерода, кислорода, железа), могут повредить центральную нервную систему человека: у космонавта могут возникнуть проблемы с памятью, координацией и ему будет хуже выполнять функции оператора.
По словам Вячеслава Шуршакова, знаний о космическом излучении и существующих технологиях недостаточно. «Как специалист сейчас я не могу согласиться с пилотируемым полетом на Марс, потому что существует большая неопределенность в отношении эффектов космического излучения. Пока мы не знаем, что может случиться с человеком, подвергшимся более длительному воздействию галактического излучения». — пояснил ученый.