По-далече в Зоната, по-близо към небето

САЩ изследват космическата радиация за пътешествия към Марс.

В САЩ се замислиха за радиационната безопасност при междупланетните пилотирани полети, по-конкретно към Марс.

Още по пътя към Луната космическите пътешественици ги чака поясът на Ван Алън, в който продължителното пребиваване е смъртно опасно за здравето.

Американците няколко пъти са пресичали този пояс – в рамките на лунната програма „Аполо“. Освен това високоенергийните космически лъчи могат да настигнат пътешествениците във всяка част от пътя от Земята към Марс и НАСА прави всичко възможно за повишаване на безопасността на астронавтите.

В края на 20-те и началото на 30-те години на XXI век астронавтите се готвят да посетят Марс. Полетът към Червената планета ще отнеме около 500 дни. За това време пътешествениците ще се наложи да се сблъскат с високоенергийните космически лъчи. Независимо от ниската интензивност на тези лъчи, тяхната енергия може да достигне много големи стойности, опасни за живота на астронавтите.

Важен фактор също е и продължителното въздействие на радиацията върху кораба (и астронавтите в него). Всичко това повдига определени изисквания към траекторията на полета, конструкционните материали за космическите апарати, скафандрите и системите за радиационна защита.

Земята е защитена от космическата радиация от магнитосферата с нейния радиационен пояс. Тази област от пространство около планетата се характеризира с особена геометрия – в нея заредените частици (например протони и електрони) взаимодействат със слънчевия вятър и магнитното поле на Земята. Радиационният пояс спасява планетата от пагубната слънчева радиация. Радиационни пояси имат и нашите съседи по Слънчева система, например планетите гиганти – Сатурн, Юпитер, Нептун.

Тази област от пространство около Земята се нарича още пояс на Ван Алън, в чест на американския физик, оглавяващ групата учени, открили го през 1958 година. Пилотиран кораб за първи път е пресякъл пояса Ван Алън през юни 1969 година, когато трима астронавти в рамките на мисията Аполо 11 се отправили към Луната.

Излъчването не оказало съществено влияние върху астронавтите, тъй като космическият кораб достатъчно бързо прелетял през пояса и продължил пътя през пространство с относително невисоко ниво на радиация. Освен това конструкцията на стените на модула на кораба, в който се намирали астронавтите, предвиждала специална защита от космически лъчи.

За времето на пътешествието на Луната американците получили доза радиация от 1,6 до 11,4 милигрея, което е много по-малко от максимално допустимата доза (50 милигрея), установена в САЩ за тези, които работят с радиоактивност.

Специалистите са единни в мнението, че кратковременното пребиваване в пояса Ван Алън (със съответната защита) като цяло не е опасно за здравето. Но в изследване, публикувано в сп. Space Weather, се съобщава, че моментът на старта на пилотираната мисия на Марс се пада в отслабена магнитна активност на Слънцето, което може да повиши прогнозираното ниво на радиация с няколко процента.

Отчитайки предполагаемата продължителност на космическото пътешествие, това е свързано с превишаване на допустимата доза излъчване и полетът на астронавти към Марс при съвременното ниво на осигуряване на радиационна безопасност да се окаже невъзможен.

От друга страна, експериментът „Матрьошка Р“, проведен на борда на МКС, показал, че дозите радиация, получени от вътрешните органи на космонавтите на орбита, са в пъти по-малки от смятаното преди.

Опитите на МКС започнали през 2004 година и се провеждали с манекени, в които били монтирани датчици за йонизирано лъчение. Моделите били изработени от полиуретан – материал, поглъщащ радиацията приблизително по същия начин, както и човешкото тяло.

„Този резултат е важен за планиране на продължителни полети – значи може да се лети далече и дълго. Макар че като цяло дозите радиация са високи и остава въпросът как да се снижат, за да не се рискува здравето на космонавтите“, отбелязва изследователят Вячеслав Шуршаков от Института за медико-биологични проблеми на Руската академия на науките.

Учените доказали, че въздействието на радиацията върху вътрешните органи са значително по-слаби, отколкото съобщили дозиметрите. „при излизане в Открития космос дозата е с 15% по-ниска, а вътре в станцията – два пъти по-малка от това, което показва индивидуалният дозиметър в нагръдния джоб на космонавта“, отбелязва експертът.

Но като цяло Шуршаков е съгласен, че дори с отчитане на тези данни е възможна дозата лъчение за пътешествениците на Марс да е прекалено висока и специалистите да трябва да търсят пътища за снижаването ѝ или за намаляването на срока на полета. Освен това учените провели изследването на борда на МКС, който едва докосва края на радиационни пояс на Земята и като цяло е защитен от космическа радиация.

Макар бъдещите космически мисии да не предлагат дълго пребиваване на астронавти в пределите на пояса на Ван Алън, дългосрочните пътешествия не изключват тяхното попадане в сходни радиационни условия.

Новият многоцелеви космически кораб Orion, чийто първи полет трябва да се състои на 4 декември 2014 година, ще носи на борда си два датчика BIRD (Battery-operated Independent Radiation Detector), разработени от физическия факултет на Хюстънския университет.

Очаква се Orion да се повдигне над орбитата на МКС и да попадне в зоната на радиационния пояс. Информацията, която ще съберат датчиците, е изключително важна за планиране на бъдещите мисии и проекти на космически кораби.

Датчиците измерват радиационното лъчение в хода на полета на кораба – зарядът, енергията и посоката на движение на частиците. Освен това датчиците са способни да регистрират и високоенергийни неутрални частици, като например неутрони и фотони. Тази информация ще се сравни с телеметричните данни на кораба, което ще позволи да се определи нивото на радиация на различни участъци от траекторията на полета. BIRD приличат на обикновени флашки и са снабдени с USB.

Захранването на устройствата се осъществява от батерии. Датчиците се състоят от два детектора Timepix. Самите Timepix са разработени в Института по експериментална и приложна физика на Чешкия технически университет в Прага въз оснавата на датчиците Medipix 2, използвани в ЦЕРН и тествани на ускорител, чиито лъчи частици имитирали високоенергийни космически лъчи.

Във всеки случай до предполагаемото изпращане на мисия на Марс НАСА има достатъчно време, за да защити своите астронавти от въздействието на радиацията.