Насколько опасна радиация при межпланетном перелете?

Космос – очень неприветливое место для жизни. Там нет привычного для дыхания воздуха, невесомость приводит к атрофированию кожи, костей и мышц, организм человека подвергается повышенным дозам излучения в форме высокоэнергетических заряженных частиц. Они могут вызвать повреждение или даже гибель клеток в организме, уничтожая атомы и молекулы. Но каковы эти источники излучения и насколько опасна доза, которую космонавты получат при, например, полугодичном перелете к Марсу?

Чтобы ответить на этот вопрос проведем сравнение с шестимесячным пребыванием человека на МКС. Контроль уровня излучения на низкой орбите осуществляют спутники наблюдения за окружающей средой Земли. Это позволяет ежедневно иметь полное представление о космическом излучении на высотах МКС. Зная какую дозу радиации, станция получает каждый день, можно примерно представить суммарную дозу, которую накапливают космонавты за полгода.

Так откуда же все это берется?

Основная и преобладающая часть исходит от Солнца. Однако есть еще космические лучи, попадающие в Солнечную систему из других регионов Галактики, хотя их воздействие ничтожно мало. Магнитное поле Земли (и в какой-то степени слабое магнитное поле межпланетного пространства) отклоняет их в сторону. Из расчетов известно, что облучение на МКС за счет космических лучей – лишь шесть джоулей энергии в течение шести месяцев. Это эквивалент средней дозы, которую получает житель нашей планеты до 45 лет.

Но для полетов за пределы Земли, где нет защитного магнитного поля, космические лучи становятся серьезной опасностью. Миссия Curiosity предоставила данные, что дозы существенно выше, чем ожидалось. Если люди отправились в круговой полет на Марс, то они накопили бы радиации в четыре раза больше, чем рассчитанная предельная доза для космонавтов за всю жизнь. И это произошло бы именно за счет космических лучей.

Основным источником радиационного воздействия на МКС считается небольшой участок у побережья Южной Америки, называемый Южно-Атлантической аномалией. Этот регион странным образом имеет очень слабое магнитное поле. Это важно, т.к. это означает, что в этой области происходит недостаточное отклонение заряженных частиц, исходящих от Солнца и внутреннего радиационного пояса Ван Аллена – одного из двух радиационных слоев, окружающих Землю, находящихся на высотах 1-60 тыс. км. Эти радиационные пояса представляют серьезную проблему для пилотируемых космических миссий. Всего лишь несколько землян пролетали через них –это было в экспедициях Аполлонов. К счастью, быстрое их прохождение помогло уменьшить общую дозу.

В то время как везде отклонение заряженных частиц происходит намного выше орбиты станции, Южно-Атлантическая аномалия позволяет им проникать значительно ниже, чем высота МКС (330-435 км). Таким образом радиация будет оказывать влияние на станцию несколько минут в день или около того. Именно поэтому конструкторам пришлось принять во внимание такой факт и существенно повысить уровень радиационной защиты.

Последний источник радиации на МКС– геомагнитные бури. Всем хорошо известно полярное сияние. Его можно наблюдать на Северном и Южном полюсе, когда высокоэнергетические электроны от Солнца достигают верхних слоев атмосферы в месте, где замыкаются магнитные поля. Обычно космонавты могут издали видеть и наслаждаться этими впечатляющими и красивыми вспышками, но орбита станции рассчитана таким образом, чтобы никогда не проходить через эту зону. Но иногда, во время геомагнитных бурь, вызванных повышенной солнечной активностью, полярное сияние возникает в более низких широтах, и станция проходит прямо через него.

Это происходило несколько раз за последние полгода, по крайней мере два случая зафиксированы как очень серьезные. Чтобы в таком случае не получить большую дозу излучения, космонавты перемещаются в специальные экранированные места и остаются там, до прекращения геомагнитной бури. Но полностью защититься даже в таких местах не удается, поэтому вопрос, как уберечь экипаж от солнечной активности (вспышки и корональные выбросы массы) очень актуален для будущих пилотируемых полетов.

Если принять все эти явления во внимание при вычислениях суммарной дозы, полученной МКС за шесть месяцев, то она равняется 300 джоулям, что фактически граничит со смертельными уровнями. На Земле человек получает 0,07 джоулей за аналогичный период.

Конечно, долговременное воздействие очень отличается от короткого интенсивного всплеска. Только люди, которые потратили бы шесть месяцев, находясь в открытом космосе, фактически получат эту летальную дозу, однако МКС защищает их. На практике это экранирование сводит полученную дозу за сутки до уровней, которые мы получаем на Земле за год, но это по-прежнему, почти в 365 раз выше. Это сравнение явно указывает на первостепенную проблему при организации пилотируемого полета за пределы Земли.