2 часов назад
1
Одной из главных угроз для пилотируемых полётов за пределы магнитосферы Земли остаётся ионизирующее излучение. Особенно опасны солнечные протонные события (Solar Particle Events, SPE) — кратковременные выбросы высокоэнергетических частиц, способные за часы существенно увеличить полученную астронавтом дозу. Полностью экранировать весь космический аппарат сложно из-за массы, поэтому международная команда учёных оценила альтернативный подход: защищать не весь корабль, а непосредственно наиболее чувствительные ткани человека.
Для эксперимента использовали жилет AstroRad, разработанный StemRad и Lockheed Martin. Его задача — не создать равномерный слой защиты вокруг всего тела, а сосредоточить материал над органами и тканями, наиболее чувствительными к радиации: красным костным мозгом, лёгкими, желудком, кишечником, грудью и репродуктивными органами. Основой защитного слоя служит водородсодержащий полиэтилен высокой плотности (HDPE). Чтобы сделать толстый слой материала гибким, инженеры разделили его на шестиугольные сегменты разного размера. Масса тестовой версии составила около 26 кг.
Проверка состоялась во время беспилотной миссии Artemis I в 2022 году. В кабине Orion находились два антропоморфных «фантома» — Helga и Zohar, изготовленные из материалов, имитирующих человеческие ткани. Внутри и на поверхности каждого располагались активные и пассивные дозиметры, Zohar дополнительно был облачён в AstroRad, тогда как Helga оставалась без персональной защиты. Во время полёта к Луне и обратно крупного солнечного протонного события не произошло, поэтому непосредственно измерить действие жилета на солнечной буре было невозможно.
Изображение сгенерировано: Nano Banana
Вместо этого авторы использовали данные, полученные при прохождении корабля Orion через внутренний радиационный пояс Ван Аллена. По ним была построена и проверена модель переноса излучения с помощью метода Монте-Карло. Расчёт воспроизвёл измеренные дозы с высокой точностью, после чего исследователи заменили спектр радиации пояса спектрами двух исторических солнечных событий — мощной бури августа 1972 года и более жёсткого по энергетическому составу события октября 1989 года.
Для сценария, соответствующего солнечной буре августа 1972 года, моделирование показало снижение эффективной дозы примерно на 60%: с 222,3 до 87,5 мЗв. Для события уровня октября 1989 года защита оказалась слабее из-за большей доли высокоэнергетических протонов, но всё равно составила около 38,5% — доза снижалась с 233,5 до 143,6 мЗв. Таким образом, эффективность AstroRad напрямую зависит от энергетического спектра солнечного события: низкоэнергетические протоны легче остановить относительно небольшим количеством материала, тогда как более энергичные частицы проникают глубже.
Особенно заметным оказался эффект для отдельных органов. В сценарии 1972 года расчётная доза для груди снижалась на 75%, для желудка — примерно на 66%, для толстой кишки — на 65%, для лёгких — на 61%. При событии уровня 1989 года соответствующие значения составляли около 55, 39, 39 и 40%. При этом мозг практически не выигрывал от такой защиты: снижение его дозы составило около 3%. Это соответствует принципу, заложенному в конструкцию AstroRad: материал не распределяется равномерно по телу, а концентрируется там, где радиационное поражение наиболее существенно влияет на суммарный риск.
Авторы сравнили полученный эффект с действующими ограничениями NASA. При отсутствии жилета событие уровня августа 1972 года давало бы экипажу Orion около 204 мЗв эффективной дозы, а сценарий октября 1989 года — около 219 мЗв. С AstroRad эти значения снижались соответственно до 85,3 и 138,2 мЗв, то есть оставались ниже установленного NASA порога в 250 мЗв для отдельного солнечного протонного события. С учётом фонового галактического космического излучения использование жилета могло бы сохранить эквивалент 59–193 дней допустимого времени пребывания в дальнем космосе для события 1972 года и 40–131 день для события 1989 года — в зависимости от фазы солнечного цикла.
При этом AstroRad не предназначен для постоянной защиты от галактических космических лучей. В отличие от солнечных протонных событий, они приходят практически непрерывно и содержат значительно более энергичные частицы, поэтому для их эффективного экранирования потребовалась бы гораздо большая масса материала. Жилет рассматривается именно как аварийная мера на время солнечной бури, позволяющая снизить дозу в течение наиболее опасных часов или дней.
Есть у подхода и практическое преимущество перед радиационным убежищем внутри корабля. Orion может использовать специально экранированную область, куда экипаж должен переместиться во время сильной солнечной вспышки. Однако такое укрытие ограничивает мобильность астронавтов. AstroRad обеспечивает сопоставимое снижение дозы в рассмотренных сценариях, но позволяет человеку оставаться в рабочей зоне корабля и продолжать выполнять необходимые операции. При этом сам эксперимент не доказывает эффективность жилета во время реальной солнечной бури: ключевые результаты получены именно экстраполяцией измерений Artemis I с помощью валидированной компьютерной модели.
Следующее ограничение — масса. Версия AstroRad, летавшая на Artemis I, весила около 26 кг. После анализа полученных данных разработчики уже смогли снизить массу конструкции примерно до 16 кг без существенной потери защитных свойств. В дальнейшем команда рассматривает ещё более лёгкие варианты, а также возможность изготавливать элементы радиационной защиты непосредственно в космосе из доступных материалов.
Так, исследование впервые показало на данных реального полёта за пределы низкой околоземной орбиты, что персональная носимая радиационная защита может существенно снизить дозу от крупных солнечных протонных событий даже внутри уже экранированного космического корабля. Для будущих экспедиций к Луне и Марсу AstroRad рассматривается не как замена корабельной защите, а как дополнительный уровень, позволяющий пережить солнечную бурю с меньшим радиационным риском и при этом не прекращать работу экипажа.
© iXBT
English (US) · 
Russian (RU) ·