Добавь сайт в закладки! Инструкция по ссылке.
Результаты Artemis I показали, что целенаправленное экранирование наиболее уязвимых органов может значительно уменьшить дозу радиации примерно на 60% для события уровня солнечной буря 1972 года и почти на 40% для более сильного события 1989 года
Одной из основных угроз для пилотируемых миссий за пределами магнитосферы Земли продолжает оставаться ионизирующее излучение. Особенно опасными являются солнечные протонные события (Solar Particle Events, SPE) — краткосрочные выбросы высокоэнергетических частиц, которые могут за очень короткое время значительно увеличить дозу, получаемую астронавтом. Полное экранирование всего космического аппарата представляет собой сложную задачу из-за его массы, поэтому международная группа ученых рассмотрела альтернативный подход: защищать не весь корабль, а прямо самые чувствительные ткани человека.
Для эксперимента использовался жилет AstroRad, разработанный компаниями StemRad и Lockheed Martin. Его основная задача заключается не в создании равномерного защитного слоя вокруг всего тела, а в концентрации материала над органами и тканями, наиболее восприимчивыми к радиации: красным костным мозгом, лёгкими, желудком, кишечником, грудью и репродуктивными органами. Основой защитного слоя служит полиэтилен высокой плотности (HDPE), содержащий водород. Чтобы сделать толстый слой материала более гибким, инженеры разделили его на шестиугольные сегменты различного размера. Вес тестовой версии составил примерно 26 кг.
Испытание прошло во время беспилотной миссии Artemis I в 2022 году. В кабине Orion находились два антропоморфных «фантома» — Helga и Zohar, сделанные из материалов, имитирующих человеческие ткани. Внутри и на поверхности каждого находились активные и пассивные дозиметры, Zohar дополнительно был одет в AstroRad, в то время как Helga оставалась без персональной защиты. Во время полёта к Луне и обратно не произошло крупных солнечных протонных событий, поэтому непосредственно измерить влияние жилета на солнечной буре не удалось.
Вместо этого авторы использовали данные, полученные в процессе прохождения корабля Orion через внутренний радиационный пояс Ван Аллена. На их основе была разработана и протестирована модель переноса излучения с использованием метода Монте-Карло. Расчёт воспроизвёл измеренные дозы с высокой точностью, после чего исследователи заменили спектр радиации пояса на спектры двух исторических солнечных событий — мощной бури августа 1972 года и более жесткого 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 менее эффективной 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 останавливаются относительно небольшим количеством материала, в то время как более энергичные частицы проникают глубже.
Эффект для отдельных органов оказался особенно заметным. 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 составили 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 общий риск.
Авторы сопоставили 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 временная мера во время солнечной бури, позволяя снизить дозу в течение самых опасных часов или дней.
Кроме того, данный подход имеет практическое преимущество перед радиационным убежищем внутри корабля. Orion может использовать специально экранированную зону, куда экипаж должен переместиться во время сильной солнечной вспышки. Однако такое укрытие ограничивает мобильность астронавтов. AstroRad обеспечивает сопоставимое снижение дозы в рассматриваемых сценариях, но позволяет человеку оставаться в рабочей зоне корабля и продолжать выполнять необходимые задачи. При этом сам эксперимент не подтверждает эффективность жилета во время реальной солнечной бури: ключевые результаты были получены именно экстраполяцией измерений Artemis I с помощью проверенной компьютерной модели.
Следующее ограничение — масса. Версия AstroRad, использованная на Artemis I, весила около 26 кг. После анализа полученных данных разработчики уже смогли уменьшить массу конструкции примерно до 16 кг без значительной потери защитных свойств. В дальнейшем команда рассматривает возможность создания ещё более лёгких вариантов, а также возможность изготовления элементов радиационной защиты непосредственно в космосе из доступных материалов.
Таким образом, исследование впервые продемонстрировало на данных реального полёта за пределы низкой околоземной орбиты, что персональная носимая радиационная защита может значительно снизить дозу от крупных солнечных протонных событий, даже находясь внутри уже экранированного космического корабля. Для будущих экспедиций к Луне и Марсу AstroRad рассматривается не как замена корабельной защиты, а как дополнительный уровень, который позволяет пережить солнечную бурю с меньшим радиационным риском и при этом не прерывать работу экипажа.
ИсточникПоделись видео: