США исследуют космическую радиацию для путешествий к Марсу

В США задумались о радиационной безопасности при межпланетных пилотируемых полетах, в частности, к Марсу. Уже на пути к Луне космических путешественников ждет пояс Ван Аллена, долгое пребывание в котором смертельно опасно для здоровья. Американцы несколько раз пересекали этот пояс — в рамках лунной программы Apollo. Между тем высокоэнергетические космические лучи могут настичь путешественников на любом участке пути от Земли к Марсу, и НАСА делает все возможное для повышения безопасности астронавтов.

В конце 2020-х — начале 2030-х годов астронавты собираются посетить Марс. Полет на Красную планету займет около 500 суток. За это время путешественникам придется столкнуться с высокоэнергетическими космическими лучами. Несмотря на низкую интенсивность таких лучей, их энергия может достигать очень больших значений, опасных для жизни астронавтов.

Важным фактором также является продолжительность воздействия радиации на корабль (и астронавтов в нем). Все это выдвигает определенные требования к траекториям полета, конструкционным материалам космических аппаратов, скафандрам и системам радиационной защиты.

От космической радиации Землю защищает магнитосфера с ее радиационным поясом. Эта область пространства вокруг Земли характеризуется особой геометрией; в ней заряженные частицы (например, протоны и электроны) взаимодействуют с солнечным ветром и магнитным полем Земли. Радиационный пояс спасает планету от губительной солнечной радиации. Радиационные пояса есть и у наших соседей по Солнечной системе, например, у планет-гигантов — у Сатурна, Юпитера, Нептуна.

В англоязычных странах эту область пространства вокруг Земли называют поясом Ван Аллена, в честь американского физика, возглавлявшего группу ученых, открывших его в 1958 году. Пилотируемый корабль пересек пояс Ван Аллена и в июле 1969 года, когда три астронавта в рамках миссии Apollo 11 направлялись к Луне.

Излучение не оказало заметного влияния на астронавтов, поскольку космический корабль достаточно быстро пролетел через пояс и продолжил путь в пространстве с относительно невысоким уровнем радиации. Кроме того, конструкция стенок модуля корабля, внутри которого находились астронавты, предусматривала специальную защиту от космических лучей. За время путешествия на Луну американцы получили дозу радиации от 1,6 до 11,4 миллигрея, что намного меньше максимально допустимой дозы радиации (50 миллигрей), установленной в США для тех, кто работает с радиоактивностью.

Специалисты сходятся во мнении, что кратковременное пребывание в поясе Ван Алена (с соответствующей защитой) в целом для здоровья человека неопасно. Однако в исследовании, опубликованном в журнале Space Weather, сообщается, что на момент запуска пилотируемой миссии на Марс придется ослабление магнитной активности Солнца, что может повысить прогнозируемый уровень радиации на несколько процентов.

Учитывая предполагаемую длительность космического путешествия, это чревато превышением допустимой дозы излучения, и полет астронавтов на Марс при современном уровне обеспечения радиационной безопасности окажется невозможным.

Модель внутреннего и внешнего радиационных поясов Земли

Хотя будущие космические миссии не предполагают долгого пребывания астронавтов в пределах пояса Ван Аллена, долговременные путешествия не исключают их попадания в схожие радиационные условия.

Новый многоразовый космический корабль Orion, первый тестовый полет которого должен состояться 4 декабря 2014 года, на своем борту будет нести два датчика BIRD (Battery-operated Independent Radiation Detector), разработанных сотрудниками физического факультета Хьюстонского университета.

Orion, как ожидается, поднимется выше орбиты МКС и попадет в зону радиационного пояса Земли. Информация, которую соберут датчики, крайне важна для планирования будущих миссий и проектов космических кораблей.

Датчики измерят радиационное излучение в ходе полета корабля: заряд, энергию и направление движения частиц. Кроме того, датчики способны регистрировать и высокоэнергетические нейтральные частицы, такие как, например, нейтроны и фотоны. Эту информацию сравнят с телеметрическими данными корабля, что позволит определить уровни радиации на различных участках траектории полета. BIRD похожи на обычные флеш-накопители и оснащены интерфейсом USB.

В любом случае до предполагаемой отправки миссии на Марс у НАСА достаточно времени, чтобы надежно обезопасить своих астронавтов от воздействия радиации.

Источник