Человечество не останется вечно на Земле

Размещено на http://www.allbest.ru/

Человечество не останется вечно на Земле

Так писал К. Циолковский. Человек уже побывал на Луне. Недалеко время, когда вновь возобновятся полёты на нашу спутницу, а затем, вероятно, и на Марс.

При дальних космических полётах возрастает роль галактических и солнечных космических лучей как радиационно-опасных факторов. Подсчитано, что при полёте на Марс именно ГКЛ становятся основной радиационной опасностью. Полёт на Марс длится порядка 6 месяцев, и интегральная - суммарная - доза радиации от ГКЛ и СКЛ за этот период в несколько раз выше дозы радиации на МКС за то же время.

Поэтому риск радиационных последствий, связанных с выполнением дальних космических миссий значительно возрастает.

Так, за год полёта на Марс, поглощённая доза, связанная с ГКЛ, составит 0.2-0.3³ (без защиты).

Её можно сравнить с дозой от одной из самых мощных вспышек прошлого столетия - августа 1972 г. Во время этого события она была в несколько раз меньше: ~0.05³.

Радиационную опасность, создаваемую ГКЛ, можно оценить и предсказать. Сейчас накоплен богатый материал по временным вариациям ГКЛ, связанным с солнечным циклом. Это позволило создать модель, на основе которой удаётся предсказать поток ГКЛ на любой заданный вперёд период времени.

Гораздо сложнее обстоят дела с СКЛ. Солнечные вспышки возникают случайным образом и даже не очевидно, что мощные солнечные события возникают в годы, обязательно близкие к максимуму активности. По крайней мере, опыт последних лет показывает, что они происходят и во времена затихшего светила.

Протоны солнечных вспышек несут реальную угрозу космическим экипажам дальних миссий. Взяв вновь в качестве примера вспышку августа 1972 г., можно показать, пересчитав потоки солнечных протонов в дозу радиации, что через 10 часов после начала события, она превысила летальное значение для экипажа космического корабля, если бы он оказался вне корабля на Марсе или, скажем, на Луне.

Но человек был на Луне и полетит туда вновь. Как защититься от воздействия солнечных протонов, которые, в отличие от Земли, бомбардируют нашу спутницу, не испытывая никаких преград.

Здесь уместно вспомнить полёты американского “Apollo” к Луне в конце 60-х - начале 70-х. В 1972 г., в августе, была такая же по мощности вспышка на Солнце, как и в октябре 1989 г. “Apollo-16” приземлился после своего лунного путешествия в апреле 1972 г., а следующий - “Apollo-17” стартовал в декабре. Повезло экипажу “Apollo-16”? Безусловно, да. Расчёты показывают, будь астронавты “Apollo” в августе 1972 г. на Луне, они бы подверглись облучению с дозой радиации в ~4³.

Это - очень много, чтобы спастись. Если… если быстро не возвратиться на Землю для экстренного лечения. Другой вариант - перейти в кабину лунного модуля “Apollo”. Здесь доза радиации уменьшилась бы в 10 раз. Для сравнения скажем, что защита МКС в 3 раза толще, чем лунного модуля “Apollo”. Обычно, толщину защиты оценивают в единицах, представляющих собой произведение плотности вещества r (г/см³) на его геометрическую толщину в см., т. е., в г/см².

Таким образом, удобно сравнивать длину пробега частицы, зависящей от разных веществ. В таблице приводятся типичные величины защиты для разных космических аппаратов и скафандров.

Табл. - Толщины защит космических аппаратов и скафандра космонавта:

Возможный сценарий неприятных последствий сверхмощной вспышки типа августа 1972 г. показан на рис. 1. Только убежище на Луне или жилой отсек на орбитальной станции может спасти космонавтов от губительного воздействия радиации такой вспышки.

Будущие исследователи Марса (ведь эта планета практически без магнитного поля и атмосферы) также должны заблаговременно позаботиться об укрытии в убежищах от космической радиации, обусловленной солнечными вспышками.

Из того, что сказано выше, следует, что свести риск радиационного поражения к нулю в течение такого длительного космического полёта, каким является путешествие на Марс, нельзя. Но можно его минимизировать. Каким образом это можно сделать? Во-первых, необходимо правильно спланировать полёт на Марс. Как известно, что во время максимума цикла солнечной активности поток ГКЛ будет меньше из-за солнечной модуляции. Поэтому старт надо выбирать именно в это время. Во-вторых, необходимо обеспечить надежную защиту корабля. Правильно выбранная защита, безусловно, значительно снизит радиационные дозы от СКЛ, даже во время сильных вспышек. Ну, а если конструкторы космического корабля предусмотрят специальный отсек-укрытие с более мощной защитой, это ещё больше снизит риск радиационного поражения. Но, в основном, только от относительно низко энергичной компоненты космических лучей - солнечной.

Из какого материала может быть создана защита корабля? Наиболее распространённый в космических кораблях материал - алюминий в силу своего малого удельного веса и прочности. Расчёты показывают, что можно создать межпланетный корабль с разумным весом и достаточно эффективной защитой от СКЛ. Разрабатываются новые виды защитных материалов, которые в качестве защиты будут более эффективны, чем алюминий. К ним относятся, например, водородосодержащие пластики (например, типа полиэтилена). С помощью таких материалов можно создать защиту, которая при толщине 7 см. будет уменьшать дозу радиации на 30-35%.

Но и этого мало и следует либо увеличивать толщину защиты, либо уменьшать длительность полёта. И первое, и второе - нереально. Есть ещё один способ борьбы с этой проблемой. Это - медикаментозный. Вполне вероятно, что будущие марсианские пилоты будут снабжены эффективными противорадиационными препаратами.

И всё же: как уменьшить риск радиационного поражения при длительном космическом полёте от ГКЛ? Неужели нет никаких вариантов? На самом деле, ещё на заре космических полётов учёные и инженеры думали о технических средствах борьбы с радиацией. И в этом плане изучение возможности использования искусственных магнитных и электрических полей играло первостепенную роль.

Вспомните нашу планету с её магнитным полем. Именно магнитное поле не позволяет большой доле космических лучей достигнуть Земли. Ну, а если вокруг космического корабля создать искусственное магнитное поле?

Такие проекты есть. Посмотрите на рис. 2.

Тут изображён магнит с максимальной напряжённостью поля 70000 Гс. Внутри и вне этого магнита поле приближается к нулю (это обеспечивается специально разработанной конструкцией магнита). Поле такого магнита “отметёт” большую долю ГКЛ - как протонов, так и ядер. Расчёты показывают, что применение такого магнита позволит снизить в 3-4 раза дозу радиационного облучения за 2,5-летнюю экспедицию на Марс.

Это немало. Аналогичное снижение дозы возможно, конечно, и с использованием алюминиевой защиты. Но такая защита будет весить 800 тонн! Корабль с магнитной защитой - 30 тонн. Но как создать такое мощное магнитное поле? Это можно сделать только с использованием сверхпроводящих магнитов. Вы скажите - фантастика? Нет. Прообраз такого магнита уже создан, и он будет использован в эксперименте АMS - 02 для исследования космических лучей на борту Международной космической станции. Так что, казалось бы, от фантастической идеи до её реализации, путь не такой уж и большой.

Трансконтинентальные авиарейсы вблизи полюса.

Солнечные вспышечные протоны могут создать проблемы не только для космонавтов и самих спутников. Если бы мы полетели от поверхности Земли с дозиметром - прибором для измерения доз радиации - вверх (помните? - впервые это сделал В. Гесс, но только с электрометром в руках в 1912 г.), то увидели бы увеличение количества радиации: дозы будут возрастать примерно вдвое каждые 2.2 км. Вначале, до высот в 20-30 км., это в основном связано с частицами ШАЛ (см. рис. 3) и даже до больших высот, если нет высыпаний релятивистских электронов из радиационных поясов и СКЛ от солнечных вспышек.

экипаж внеатмосферный трансконтинентальный

На высотах орбитальных станций (~400 км.) дозы радиации превышают величины, наблюдающиеся на поверхности Земли, в ~200 раз! В основном за счёт частиц радиационных поясов.

Известно, что некоторые трассы межконтинентальных самолётов проходят вблизи северной полярной области. Эта область наименее защищена от вторжения энергичных частиц и поэтому во время солнечных вспышек опасность радиационного облучения экипажа и пассажиров возрастает. Солнечные вспышки увеличивают дозы радиации на высотах полётов самолётов в 20-30 раз.

В последнее время экипажи некоторых авиалиний информируются о начале наступления вторжения солнечных частиц. Одно из недавних мощных солнечных извержений, случившееся в ноябре 2003 г., заставило экипаж “Дельты” рейса Чикаго - Гонг-Конг свернуть с пути: лететь к пункту назначения более низкоширотным маршрутом. В результате было сожжено много лишнего горячего. А это немалые деньги. Это нельзя не принимать во внимание. Сейчас Европейский Союз принял даже новый закон для беременных женщин - пилотов самолётов - им запрещается налёт часов с суммарной дозой радиации более, чем 1-6 м³ в год.

А ряд исследовательских групп приступил к разработке моделей, которые позволят делать прогноз возрастания доз радиации на высотах полётов самолётов во время солнечных вспышек.

Размещено на Allbest.ru