Cómo proteger una nave espacial de la radiación solar. Fondo de radiación natural

Incluso si los vuelos interplanetarios fueran una realidad, los científicos dicen cada vez más que cada vez más peligros aguardan al cuerpo humano desde un punto de vista puramente biológico. Los expertos llaman a la radiación cósmica dura uno de los principales peligros. En otros planetas, por ejemplo, en el mismo Marte, esta radiación será tal que acelerará significativamente la aparición de la enfermedad de Alzheimer.

"radiación cósmica representa una amenaza muy importante para los futuros astronautas. Hace tiempo que se reconoce la posibilidad de que la exposición a la radiación espacial pueda conducir a problemas de salud como el cáncer", dice Kerry O'Banion, Ph.D., neurociencia en el Centro Médico de la Universidad de Rochester. "Nuestros experimentos también establecieron de forma fiable que la radiación fuerte también provoca una aceleración de los cambios en el cerebro asociados con la enfermedad de Alzheimer".

Según los científicos, todo el espacio exterior está literalmente impregnado de radiación, mientras que la espesa atmósfera de la Tierra protege a nuestro planeta de ella. El efecto de la radiación sobre sí mismos ya lo pueden sentir los participantes en vuelos de corta duración a la ISS, aunque formalmente se encuentran en órbita baja, donde aún funciona la cúpula protectora de la gravedad terrestre. La radiación de radiación es especialmente activa en aquellos momentos en los que se producen erupciones en el Sol con las consiguientes emisiones de partículas de radiación.

Los científicos dicen que la NASA ya está trabajando de cerca en varios enfoques relacionados con la protección de los humanos de la radiación cósmica. Por primera vez, el departamento espacial comenzó a financiar la "investigación de radiación" hace 25 años. Ahora, una parte significativa de las iniciativas en esta área están relacionadas con la investigación sobre cómo proteger a los futuros marsonautas de la fuerte radiación en el Planeta Rojo, donde no existe una cúpula atmosférica como en la Tierra.

Ya, los expertos dicen con una probabilidad muy alta que la radiación marciana provoca enfermedades oncológicas. Hay volúmenes de radiación aún mayores cerca de los asteroides. Recuerde que la NASA planea una misión a un asteroide con la participación de una persona para 2021 y a Marte, a más tardar en 2035. Un vuelo a Marte y de regreso con una estadía allí puede llevar unos tres años.

Según la NASA, ahora se ha demostrado que la radiación cósmica provoca, además de cáncer, también enfermedades. del sistema cardiovascular, musculoesqueléticos y endocrinos. Ahora, especialistas de Rochester identificaron otro vector de peligro: como parte de la investigación, se encontró que altas dosis de radiación cósmica provocan enfermedades asociadas con la neurodegeneración, en particular, activan procesos que contribuyen al desarrollo de la enfermedad de Alzheimer. Además, los expertos estudiaron cómo la radiación cósmica afecta el sistema central sistema nervioso persona.

Con base en experimentos, los especialistas han establecido que las partículas radiactivas en el espacio tienen en su estructura núcleos de átomos de hierro, que tienen una capacidad de penetración fenomenal. Por eso es sorprendentemente difícil defenderse de ellos.

En la Tierra, los investigadores realizaron simulaciones de radiación cósmica en el Laboratorio Nacional American Brookhaven en Long Island, donde se encuentra un acelerador de partículas especial. Durante los experimentos, los investigadores determinaron el período de tiempo durante el cual ocurre y progresa la enfermedad. Sin embargo, mientras los investigadores realizaron experimentos en ratones de laboratorio, exponiéndolos a dosis de radiación comparables a las que recibirían los humanos durante un vuelo a Marte. Después de los experimentos, casi todos los ratones sufrieron alteraciones en el funcionamiento del sistema cognitivo del cerebro. También hubo violaciones en el trabajo del sistema cardiovascular. En el cerebro, se han identificado focos de acumulación de beta-amiloide, una proteína que es un signo seguro de la enfermedad de Alzheimer inminente.

Los científicos dicen que aún no saben cómo combatir la radiación espacial, pero confían en que la radiación es el factor que merece la mayor atención al planificar futuros vuelos espaciales.

El espacio es radiactivo. Es simplemente imposible esconderse de la radiación. Imagina que estás parado en medio de una tormenta de arena, y un remolino de pequeños guijarros gira constantemente a tu alrededor, lo que dañará tu piel. Así es como se ve la radiación cósmica. Y esta radiación hace mucho daño. Pero el problema es que, a diferencia de los guijarros y los pedazos de tierra, la radiación ionizante no rebota en la carne humana. La atraviesa como una bala de cañón a través de un edificio. Y esta radiación hace mucho daño.

La semana pasada, científicos del Centro Médico de la Universidad de Rochester publicaron los resultados de un estudio que muestra que la exposición a largo plazo a la radiación galáctica, a la que pueden estar expuestos los astronautas que viajan a Marte, puede aumentar el riesgo de enfermedad de Alzheimer.

Al leer los informes de los medios sobre este estudio, comencé a tener curiosidad. Llevamos más de medio siglo enviando gente al espacio. Tenemos la oportunidad de seguir a toda una generación de astronautas, a medida que estas personas envejecen y mueren. Y estamos monitoreando constantemente la salud de aquellos que vuelan al espacio hoy. trabajos cientificos, como las realizadas en la Universidad de Rochester, se realizan en animales de laboratorio como ratones y ratas. Están diseñados para ayudarnos a prepararnos para el futuro. Pero, ¿qué sabemos del pasado? ¿Ha afectado la radiación a personas que ya han estado en el espacio? ¿Cómo afecta a los que están en órbita en este momento?

Hay una diferencia clave entre los astronautas de hoy y los astronautas del futuro. La diferencia es la Tierra misma.

La radiación cósmica galáctica, a veces llamada radiación cósmica, es precisamente lo que más preocupa a los investigadores. Está formado por partículas y fragmentos de átomos que podrían provenir de la formación de una supernova. La mayor parte de esta radiación, alrededor del 90%, consiste en protones extraídos de átomos de hidrógeno. Estas partículas vuelan a través de la galaxia casi a la velocidad de la luz.

Y luego golpean la Tierra. Nuestro planeta tiene un par de mecanismos de defensa que nos protegen de los efectos de la radiación cósmica. Primero, el campo magnético de la Tierra repele algunas partículas y bloquea completamente algunas. Las partículas que superan esta barrera comienzan a chocar con los átomos de nuestra atmósfera.

Si arrojas una gran torre de Lego por las escaleras, se romperá en pequeños pedazos que saldrán volando en cada nuevo escalón. Aproximadamente lo mismo sucede en nuestra atmósfera y con la radiación galáctica. Las partículas chocan con los átomos y se deshacen para formar nuevas partículas. Estas nuevas partículas golpean algo nuevamente y se desmoronan nuevamente. Con cada paso pierden energía. Las partículas se ralentizan y se debilitan gradualmente. En el momento en que "se detienen" en la superficie de la Tierra, ya no tienen la poderosa reserva de energía galáctica que tenían antes. Esta radiación es mucho menos peligrosa. Una pequeña pieza de Lego golpea mucho más débil que una torre ensamblada a partir de ellos.

Para todos los astronautas que enviamos al espacio, las barreras protectoras de la Tierra ayudaron mucho, al menos en parte. Francis Cucinotta me habló de esto. Es el director científico del programa de la NASA para estudiar los efectos de la radiación en los humanos. Este es solo el tipo que puede decirle cuán dañina es la radiación para los astronautas. Según él, a excepción de los vuelos de Apolo a la Luna, una persona está presente en el espacio dentro de los límites del campo magnético de la Tierra. La Estación Espacial Internacional, por ejemplo, está por encima de la atmósfera, pero aún en lo profundo de la primera capa de defensa. Nuestros astronautas no están completamente expuestos a la radiación cósmica.

Además, bajo tal influencia son bastante poco tiempo. El vuelo más largo al espacio duró poco más de un año. Y esto es importante, porque el daño de la radiación tiene un efecto acumulativo. Te arriesgas mucho menos cuando pasas seis meses en la ISS que cuando vas (hasta ahora en teoría) en un viaje de varios años a Marte.

Pero lo que es interesante y bastante inquietante, me dijo Cucinotta, es que incluso con todos estos mecanismos de defensa, estamos viendo cómo la radiación afecta a los astronautas.

Algo muy desagradable son las cataratas: cambios en el cristalino del ojo que hacen que se nuble. Debido a que entra menos luz al ojo a través de un cristalino opaco, las personas con cataratas pueden ver peor. En 2001, Cucinotta y sus colegas estudiaron datos de un estudio en curso sobre la salud de los astronautas y llegaron a próxima conclusión. Los astronautas que estuvieron expuestos a una dosis más alta de radiación (porque realizaron más vuelos al espacio o por la naturaleza de sus misiones*) tenían más probabilidades de desarrollar cataratas que aquellos que tenían una dosis de radiación más baja.

Probablemente también exista un mayor riesgo de cáncer, aunque es difícil cuantificar y analizar con precisión dicho riesgo. El caso es que no tenemos datos de epidemiólogos sobre a qué tipo de radiación están expuestos los astronautas. Conocemos el número de casos de cáncer tras el bombardeo atómico de Hiroshima y Nagasaki, pero esta radiación no es comparable a la radiación galáctica. En particular, Cucinotta está más preocupado por los iones VHF, partículas altamente atómicas de alta energía.

Estas son partículas muy pesadas y se mueven muy rápido. En la superficie de la Tierra, no experimentamos sus efectos. Son eliminados, ralentizados y despedazados por los mecanismos de defensa de nuestro planeta. Sin embargo, los iones VHF pueden causar más daño y daño más variado que la radiación con la que están familiarizados los radiólogos. Sabemos esto porque los científicos comparan muestras de sangre de astronautas antes y después del viaje espacial.

Cucinotta llama a esto una verificación previa al vuelo. Los científicos toman una muestra de sangre de un astronauta antes de lanzarlo a la órbita. Cuando un astronauta está en el espacio, los científicos dividen la sangre que extraen y la exponen a diversos grados de radiación gamma. Es como la radiación dañina que a veces encontramos en la Tierra. Luego, cuando el astronauta regresa, comparan estas muestras de sangre de rayos gamma con lo que realmente le sucedió en el espacio. “Vemos de dos a tres veces la diferencia en diferentes astronautas”, me dijo Cucinotta.

Como ya se mencionó, tan pronto como los estadounidenses comenzaron su programa espacial, su científico James Van Allen hizo un descubrimiento bastante importante. El primer satélite artificial estadounidense que pusieron en órbita era mucho más pequeño que el soviético, pero Van Allen pensó en colocarle un contador Geiger. Así, se confirmó oficialmente la afirmación realizada a finales del siglo XIX. destacado científico Nikola Tesla la hipótesis de que la Tierra está rodeada por un cinturón de intensa radiación.

Fotografía de la Tierra por el astronauta William Anders

durante la misión Apolo 8 (archivo de la NASA)

Tesla, sin embargo, fue considerado un gran excéntrico, e incluso loco por la ciencia académica, por lo que sus hipótesis sobre la carga eléctrica gigante generada por el Sol han estado en secreto durante mucho tiempo, y el término "viento solar" no provocó más que sonrisas. Pero gracias a Van Allen, las teorías de Tesla fueron revividas. Con la presentación de Van Allen y varios otros investigadores, se descubrió que los cinturones de radiación en el espacio comienzan a 800 km sobre la superficie de la Tierra y se extienden hasta 24.000 km. Dado que el nivel de radiación allí es más o menos constante, la radiación entrante debería ser aproximadamente igual a la saliente. De lo contrario, se acumularía hasta "hornear" la Tierra, como en un horno, o se secaría. En esta ocasión, Van Allen escribió: “Los cinturones de radiación se pueden comparar con un recipiente con fugas, que se repone constantemente desde el Sol y fluye hacia la atmósfera. Una gran parte de las partículas solares desborda la nave y salpica, especialmente en las zonas polares, dando lugar a auroras, tormentas magnéticas y otros fenómenos similares.

La radiación de los cinturones de Van Allen depende del viento solar. Además, parecen enfocar o concentrar esta radiación en sí mismos. Pero como solo pueden concentrar en sí mismos lo que llega directamente del Sol, queda abierta una pregunta más: ¿cuánta radiación hay en el resto del cosmos?

Órbitas de partículas atmosféricas en la exosfera(dic.academic.ru)

La Luna no tiene cinturones de Van Allen. Ella tampoco tiene una atmósfera protectora. Está abierto a todos los vientos solares. Si durante la expedición lunar se produjera una fuerte llamarada solar, entonces el colosal flujo de radiación incineraría tanto a las cápsulas como a los astronautas en la parte de la superficie lunar donde pasaban el día. Esta radiación no solo es peligrosa, ¡es mortal!

En 1963, los científicos soviéticos le dijeron al renombrado astrónomo británico Bernard Lovell que no sabían cómo proteger a los astronautas de los efectos mortales de la radiación cósmica. Esto significaba que ni siquiera las carcasas metálicas mucho más gruesas de los vehículos rusos podían hacer frente a la radiación. Entonces, ¿cómo podría el metal más delgado (casi como papel de aluminio) utilizado en las cápsulas estadounidenses proteger a los astronautas? La NASA sabía que era imposible. Los monos espaciales murieron menos de 10 días después de regresar, pero la NASA nunca nos dijo nada al respecto. verdadera razón su muerte

Mono astronauta (archivo RGANT)

La mayoría de las personas, incluso las más versadas en el espacio, desconocen la existencia de radiación mortal que penetra en sus extensiones. Por extraño que parezca (y quizás solo por razones que se pueden adivinar), en la "Enciclopedia ilustrada de tecnología espacial" estadounidense, la frase "radiación cósmica" no aparece ni una sola vez. Y, en general, los investigadores estadounidenses (especialmente los asociados con la NASA) pasan por alto este tema a una milla de distancia.

Mientras tanto, Lovell, después de hablar con colegas rusos que sabían perfectamente sobre la radiación cósmica, envió la información que tenía al administrador de la NASA, Hugh Dryden, pero este la ignoró.

Uno de los astronautas que supuestamente visitó la Luna, Collins, mencionó la radiación cósmica solo dos veces en su libro:

"Al menos la Luna estaba bien fuera de los cinturones de Van Allen de la Tierra, lo que significó una buena dosis de radiación para los que estaban allí y una dosis mortal para los que se quedaron".

“Por lo tanto, los cinturones de radiación de Van Allen que rodean la Tierra y la posibilidad de erupciones solares requieren comprensión y preparación para no exponer a la tripulación a mayores dosis de radiación”.

Entonces, ¿qué significa “comprender y preparar”? ¿Significa esto que más allá de los cinturones de Van Allen, el resto del espacio está libre de radiación? ¿O la NASA tenía una estrategia secreta para esconderse de las erupciones solares después de que se tomó la decisión final sobre la expedición?

La NASA afirmó que simplemente podía predecir las erupciones solares y, por lo tanto, envió astronautas a la Luna cuando no se esperaban erupciones y el peligro de radiación para ellos era mínimo.

Mientras Armstrong y Aldrin hacían trabajo espacial

en la superficie de la luna, Michael Collins

estaba en órbita (archivo de la NASA)

Sin embargo, otros expertos argumentan: "Solo es posible predecir la fecha aproximada de la futura radiación máxima y su densidad".

No obstante, el cosmonauta soviético Leonov viajó al espacio exterior en 1966, pero con un traje de plomo superpesado. Pero después de sólo tres años astronautas americanos saltó sobre la superficie de la luna, y de ninguna manera en trajes espaciales súper pesados, ¡sino todo lo contrario! ¿Quizás a lo largo de los años, los especialistas de la NASA han logrado encontrar algún tipo de material ultraligero que proteja de manera confiable contra la radiación?

Sin embargo, los investigadores descubren de repente que al menos el Apolo 10, el Apolo 11 y el Apolo 12 partieron precisamente durante esos períodos en los que el número de manchas solares y la actividad solar correspondiente se acercaban al máximo. El máximo teórico generalmente aceptado del vigésimo ciclo solar duró desde diciembre de 1968 hasta diciembre de 1969. Durante este período, las misiones Apolo 8, Apolo 9, Apolo 10, Apolo 11 y Apolo 12 supuestamente pasaron más allá de la zona de protección de los cinturones de Van Allen y entraron en el espacio circunlunar.

Un estudio más detallado de los gráficos mensuales mostró que las erupciones solares individuales son un fenómeno aleatorio que ocurre espontáneamente durante un ciclo de 11 años. También sucede que durante el período "bajo" del ciclo se produce una gran cantidad de brotes en un corto período de tiempo, y durante el período "alto", un número muy pequeño. Pero lo importante es que pueden darse brotes muy fuertes en cualquier momento del ciclo.

Durante la era Apolo, los astronautas estadounidenses pasaron un total de casi 90 días en el espacio. Dado que la radiación de las erupciones solares impredecibles llega a la Tierra o la Luna en menos de 15 minutos, la única forma de protegerse sería con la ayuda de contenedores de plomo. Pero si la potencia del cohete fuera suficiente para levantar tales sobrepeso, entonces, ¿por qué tuvo que ir al espacio en cápsulas delgadas (literalmente 0,1 mm de aluminio) a una presión de 0,34 atmósferas?

¡Esto es a pesar del hecho de que incluso una capa delgada de capa protectora, llamada "Mylar", según la tripulación del Apolo 11, resultó ser tan pesada que tuvo que ser lavada urgentemente del módulo lunar!

Parece que la NASA seleccionó tipos especiales para las expediciones lunares, sin embargo, ajustados a las circunstancias, no hechos de acero, sino de plomo. El investigador estadounidense del problema, Ralph Rene, no fue demasiado perezoso para calcular con qué frecuencia cada una de las expediciones lunares supuestamente realizadas tenía que caer bajo la actividad solar.

Por cierto, uno de los empleados autorizados de la NASA (un físico distinguido, por cierto) Bill Modlin en su trabajo "Perspectivas para el viaje interestelar" informó con franqueza: "Las erupciones solares pueden emitir protones GeV en el mismo rango de energía que la mayoría de las partículas cósmicas, pero mucho más intensa. Un aumento en su energía con radiación mejorada es de particular peligro, ya que los protones GeV penetran varios metros de material ... Las erupciones solares (o estelares) con la liberación de protones son un peligro muy serio que ocurre periódicamente en el espacio interplanetario, lo que proporciona un dosis de radiación de cientos de miles de roentgens en unas pocas horas de distancia del Sol a la Tierra. Tal dosis es letal y es millones de veces más alta que la dosis permitida. La muerte puede ocurrir después de 500 roentgens en un corto período de tiempo.

Sí, los valientes estadounidenses tuvieron que brillar peor que la cuarta unidad de energía de Chernobyl. "Las partículas cósmicas son peligrosas, vienen de todas las direcciones y requieren al menos dos metros de protección densa alrededor de cualquier organismo vivo". Pero las cápsulas espaciales, que la NASA demuestra hasta el día de hoy, tenían un poco más de 4 m de diámetro. Con el grosor de pared recomendado por Modlin, los astronautas, incluso sin ningún equipo, no se habrían subido a ellos, sin mencionar el hecho de que no habría suficiente combustible para levantar tales cápsulas. Pero, obviamente, ni el liderazgo de la NASA ni los astronautas que enviaron a la Luna leyeron los libros de su colega y, estando en una feliz ignorancia, superaron todas las espinas en el camino a las estrellas.

Sin embargo, ¿tal vez la NASA realmente desarrolló algún tipo de traje espacial ultraduradero para ellos, utilizando (claramente, muy clasificado) material ultraligero que protege contra la radiación? Pero, ¿por qué no se usó en ningún otro lugar, como dicen, con fines pacíficos? Bueno, no querían ayudar a la URSS con Chernobyl: después de todo, la perestroika aún no había comenzado. Pero después de todo, por ejemplo, en 1979 en los mismos EE. UU. En la planta de energía nuclear de Three Mile Island, ocurrió un gran accidente en el bloque del reactor, lo que provocó la fusión del núcleo del reactor. Entonces, ¿por qué los liquidadores estadounidenses no usaron trajes espaciales basados ​​en la muy promocionada tecnología de la NASA por valor de no menos de $7 millones para eliminar esta mina nuclear de acción retardada en su territorio?...

El siguiente texto debe considerarse como la opinión personal del autor. No tiene ninguna información secreta (o acceso a ella). Todo lo que se dice son hechos de fuentes abiertas, más un poco de sentido común ("análisis de sofá", si lo prefiere).

La ciencia ficción, todos esos blasters y bancos de banca en el espacio exterior en diminutos aviones de combate de un solo asiento, ha enseñado a la humanidad a sobrestimar seriamente la benevolencia del universo hacia los organismos proteicos cálidos. Esto es especialmente evidente cuando los escritores de ciencia ficción describen viajes a otros planetas. Por desgracia, la exploración del "espacio real" en lugar de los habituales varios cientos de "kame" bajo la protección del campo magnético de la Tierra será una empresa más difícil de lo que le parecía al profano hace solo una década.

Entonces, aquí está mi tesis principal. El clima psicológico y los conflictos dentro de la tripulación están lejos de ser los principales problemas a los que se enfrentará una persona a la hora de organizar vuelos tripulados a Marte.

El principal problema de una persona que viaja fuera de la magnetosfera terrestre- un problema con "R" mayúscula.

Qué es la radiación cósmica y por qué no morimos por ella en la Tierra

La radiación ionizante en el espacio (fuera de los pocos cientos de kilómetros del espacio cercano a la Tierra que el hombre realmente ha dominado) consta de dos partes.

Radiación del sol. Este es, en primer lugar, el "viento solar" - una corriente de partículas que "sopla" constantemente en todas direcciones desde la estrella y que es extremadamente buena para los futuros veleros espaciales, porque les permitirá acelerar bien para viajar más allá sistema solar. Pero para los seres vivos, la parte principal de este viento no es particularmente útil. Es notable que estamos protegidos de la radiación fuerte por una capa gruesa de la atmósfera, la ionosfera (aquella donde se forman los agujeros de ozono), así como el poderoso campo magnético de la Tierra.

Además del viento, que se dispersa de manera más o menos uniforme, nuestra luminaria también dispara periódicamente las llamadas erupciones solares. Estos últimos son eyecciones de la materia coronal del Sol. Son tan graves que de vez en cuando acarrean problemas para las personas y la tecnología incluso en la Tierra, donde lo más divertido, repito, no está mal apantallado.

Entonces, tenemos la atmósfera y el campo magnético del planeta. En un espacio ya bastante cercano, a una distancia de decenas de miles de kilómetros de la Tierra, una llamarada solar (incluso una débil, solo un par de Hiroshima), golpeando una nave, está garantizada para poner fuera de acción su relleno viviente. sin la menor posibilidad de supervivencia. Para evitar esto hoy, en el nivel actual de desarrollo de tecnologías y materiales, no tenemos absolutamente nada que hacer. Por eso y sólo por eso, el viaje de muchos meses a Marte tendrá que posponerse hasta el momento en que solucionemos este problema, al menos parcialmente. También habrá que planificarlo durante los períodos de sol más calmado y rezar mucho a todos los dioses técnicos.

Rayos cósmicos. Estas omnipresentes cosas malvadas llevan gran cantidad energía (más de la que el LHC es capaz de bombear a la partícula). Vienen de otras partes de nuestra galaxia. Entrando en el escudo de la atmósfera terrestre, tal rayo interactúa con sus átomos y se rompe en decenas de partículas menos energéticas, cuya cascada genera corrientes de energía aún menos energética (pero también peligrosa) y, como resultado, toda esta magnificencia es derramada por lluvia de radiación en la superficie del planeta. Aproximadamente el 15% de la radiación de fondo en la Tierra proviene de visitantes del espacio. Cuanto más alto viva sobre el nivel del mar, mayor será la dosis atrapada durante su vida. Y sucede durante todo el día.

Como ejercicio escolar, trate de imaginar lo que sucederá con una nave espacial y sus "cosas vivas" si un rayo de este tipo los golpea directamente en algún lugar del espacio exterior. Permítanme recordarles que tomará varios meses volar a Marte, se tendrá que construir un barco fuerte para esto, y la probabilidad del "contacto" descrito anteriormente (o incluso más de uno) es bastante alta. Simplemente descuidarlo durante vuelos largos con una tripulación en vivo, por desgracia, no funcionará.

¿Qué otra cosa?

Además de la radiación que llega a la Tierra procedente del Sol, también existe esa radiación solar que la magnetosfera del planeta repele, no deja entrar y, lo más importante, acumula*. Conoce a los lectores. Este es el Cinturón de Radiación de la Tierra (ERB). Es el cinturón de Van Allen, como se le llama en el extranjero. Los cosmonautas tendrán que superarlo a todo vapor, para no recibir una dosis letal de radiación en apenas unas horas. Volver a contactar con este cinturón, si, contrariamente al sentido común, decidimos devolver a los astronautas de Marte a la Tierra, podría acabar con ellos fácilmente.

* Una proporción significativa de las partículas del cinturón de Van Allen adquiere una velocidad peligrosa ya en el propio cinturón. Es decir, no solo nos protege de las radiaciones del exterior, sino que también potencia esta radiación acumulada.

Hasta ahora, hemos estado hablando del espacio exterior. Pero no debemos olvidar que Marte (a diferencia de la Tierra) casi no tiene campo magnético **, y la atmósfera está enrarecida y muerta, por lo que las personas estarán expuestas a estos factores negativos no solo durante el vuelo.

**Está bien, toma un poco- en la región del polo sur.

De ahí la conclusión. Lo más probable es que los futuros colonos no vivan en la superficie del planeta (como se nos mostró en la película épica "Misión a Marte"), sino en las profundidades. Bajo ella.

¿Cómo ser?

En primer lugar, aparentemente, no se hagan ilusiones sobre una resolución rápida (dentro de una docena o dos o tres años) de todos estos problemas. Para evitar la muerte de la tripulación por enfermedad por radiación, tendremos que no enviarlo allí y explorar el espacio con la ayuda de máquinas inteligentes (por cierto, no es la decisión más estúpida), o es genial trabajar duro, porque, si tengo razón, entonces enviar personas a Marte con la creación de una colonia permanente es una tarea para un país (al menos Estados Unidos, al menos Rusia, al menos China) en el próximo medio siglo, o incluso más, es completamente insoportable. Un barco para tal misión costaría el equivalente a construir y mantener completamente un par de ISS (ver más abajo).

Y sí, se me olvidaba decirlo: los pioneros de Marte serán evidentemente "terroristas suicidas", ya que lo más probable es que no logremos proporcionarles ni un viaje de regreso ni una vida larga y cómoda en Marte durante el próximo medio siglo.

¿Cómo podría verse teóricamente una misión a Marte si tuviéramos todos los recursos y tecnologías de la vieja Tierra para esto? Compara lo siguiente con lo que viste en pelicula de culto"Marciano".

Misión a Marte. Versión condicionalmente realista

En primer lugar, la humanidad tendrá que esforzarse mucho y construir un ciclópeo astronave con una poderosa protección contra la radiación, que puede compensar parcialmente la carga de radiación infernal en la tripulación fuera del campo magnético de la Tierra y garantizar la entrega de más o menos colonos vivos a Marte, de una manera.

¿Cómo sería un barco así?

Se trata de un coloso corpulento de decenas (o mejor centenas) de metros de diámetro, provisto de su propio campo magnético(electroimanes superconductores) y fuentes de energía para mantenerlo (reactores nucleares). Las enormes dimensiones de la estructura permiten llenarla desde el interior con materiales absorbentes de radiación (por ejemplo, puede ser plástico espumado revestido de plomo o recipientes sellados con agua simple o “pesada”), que durante décadas (!) tendrá que ser transportado a la órbita y montado alrededor de una cápsula de soporte vital relativamente pequeña, donde luego colocaremos a los astronautas.

Además del tamaño y el alto costo, la nave marciana debe ser muy confiable y, lo que es más importante, completamente autónoma en términos de control. Para mantener viva a la tripulación, lo más seguro sería ponerlos en un coma artificial y enfriarlos un poco (solo un par de grados) para ralentizar sus procesos metabólicos. En este estado, las personas a) serán menos sensibles a la radiación, b) ocuparán menos espacio y será más barato protegerse de la misma radiación.

Obviamente, además de la nave, necesitamos inteligencia artificial que pueda llevar con confianza la nave a la órbita de Marte, descargar a los colonos en su superficie sin dañarse a sí misma ni a la carga en el proceso, y luego, sin la participación de personas, devolver a los astronautas a la conciencia (ya en Marte). Hasta ahora, no tenemos tales tecnologías, pero hay alguna esperanza de que dicha IA y, lo que es más importante, los recursos políticos y económicos para construir el barco descrito, aparezcan con nosotros, digamos, más cerca de la mitad del siglo.

La buena noticia es que el "ferry" marciano para los colonos bien puede ser reutilizable. Tendrá que viajar como un transbordador entre la Tierra y el destino final, entregando grupos de "carga viva" a la colonia para reemplazar a los que se han ido "de causas naturales" gente. Para la entrega de carga "no viva" (alimentos, agua, aire y equipo), la protección contra la radiación no es particularmente necesaria, por lo que no es necesario convertir una supernave en un camión marciano. Se necesita únicamente para la entrega de colonos y, posiblemente, semillas de plantas/animales de granja juveniles.

En segundo lugar, es necesario enviar equipos y suministros de agua, alimentos y oxígeno a Marte con anticipación para una tripulación de 6 a 12 personas durante 12 a 15 años (teniendo en cuenta todas las causas de fuerza mayor). Esto en sí mismo no es una tarea trivial, pero supongamos que no tenemos recursos limitados para resolverlo. Supongamos que las guerras y los trastornos políticos de la Tierra han disminuido y la misión marciana está trabajando en al unisono todo el planeta.

Los vehículos que se envían a Marte, como ya habrán adivinado, son robots totalmente autónomos con inteligencia artificial y alimentados por reactores nucleares compactos. Tendrán que cavar metódicamente un túnel profundo bajo la superficie del planeta rojo en el transcurso de una docena o un año y medio. Luego, en unos pocos años más, una pequeña red de túneles, en la que se arrastrarán bloques de soporte vital y suministros para una futura expedición, y luego todo esto se ensamblará herméticamente en una aldea submarciana autónoma.

Una vivienda tipo contador parece ser la solución óptima por dos motivos. En primer lugar, protege a los astronautas de los rayos cósmicos que ya se encuentran en Marte. En segundo lugar, debido a la actividad "marsotérmica" residual de los intestinos, hace uno o dos grados más bajo la superficie del planeta que afuera. Esto será útil para los colonos tanto para ahorrar energía como para cultivar papas con sus propias heces.

aclaremos punto importante: tendrás que construir una colonia en el hemisferio sur, donde el campo magnético residual aún se conserva en el planeta.

Idealmente, los astronautas no tendrán que ir a la superficie en absoluto (no verán a Marte "en vivo" en absoluto, o lo verán una vez, durante el aterrizaje). Todo el trabajo en la superficie tendrá que ser realizado por robots, cuyas acciones los colonos deberán gestionar desde su búnker todos ellos. corta vida(veinte años con buena suerte).

En tercer lugar, necesitamos hablar sobre la tripulación en sí y los métodos de su selección.

El esquema ideal de este último sería buscar por toda la Tierra... gemelos genéticamente idénticos (monocigóticos), uno de los cuales acaba de convertirse en donante de órganos (por ejemplo, habiendo tenido "afortunadamente" un accidente automovilístico). Suena extremadamente cínico, pero no dejes que eso te impida leer el texto hasta el final.

¿Qué nos aporta un gemelo donante?

El gemelo muerto le da a su hermano (o hermana) la oportunidad de convertirse en el perfecto colono de Marte. El hecho es que la médula ósea roja del primero, al ser entregada al planeta rojo en un contenedor protegido adicionalmente de la radiación, puede ser transfundida a un gemelo astronauta. Esto aumenta las posibilidades de sobrevivir con enfermedad por radiación, leucemia aguda y otros problemas que es muy probable que le ocurran al colono durante los años de la misión.

Entonces, ¿cómo es el procedimiento de selección para futuros colonos?

Seleccionamos varios millones de gemelos. Esperamos hasta que algo le suceda a uno de ellos y hacemos una oferta al restante. Se recluta un grupo de, digamos, cien mil candidatos potenciales. Ahora, dentro de este grupo, llevamos a cabo la selección final para compatibilidad psicológica y aptitud.

Naturalmente, para ampliar la muestra habrá que seleccionar astronautas de toda la Tierra, y no de uno o dos países.

Aún así, por supuesto, una cierta tecnología para identificar candidatos que son especialmente resistentes a la radiación ayudaría mucho. Se sabe que algunas personas son mucho más resistentes a la radiación que otras. Seguramente se puede detectar usando algunos marcadores genéticos. Si complementamos la idea con gemelos con este método, juntos deberían aumentar significativamente la tasa de supervivencia de los colonos marcianos.

Además, sería útil aprender a transfundir personas con médula ósea en gravedad cero. Esto no es lo único que se inventará específicamente para este proyecto, pero, afortunadamente, todavía tenemos tiempo y la ISS todavía está suspendida en la órbita de la Tierra, como si fuera específicamente para probar tales tecnologías.

PD. Debo hacer una reserva especial de que no soy un opositor fundamental de los viajes espaciales y creo que tarde o temprano "el espacio será nuestro". La única pregunta es el precio de este éxito, así como el tiempo que la humanidad dedicará a desarrollar las tecnologías necesarias. Creo que bajo la influencia ciencia ficción y cultura de masas muchos de nosotros somos bastante descuidados en el sentido de comprender las dificultades que habrá que superar en el camino. Para sobriar un poco esta parte« cosmo-optimistas» y este texto está escrito.

Por partes, les diré qué otras opciones tenemos en términos de exploración espacial humana a largo plazo.

donde μ es el coeficiente de atenuación de rayos X de masa, cm2/g, X/ ρ - espesor de masa de la protección g/cm 2 . Si se consideran varias capas, varios términos con un signo menos están debajo del exponente.

La tasa de dosis absorbida de radiación de rayos X por unidad de tiempo norte determinado por la intensidad de la radiación yo y coeficiente de absorción de masa μ ES

N = μ ES I

Para los cálculos, la atenuación de masa y los coeficientes de absorción para valores diferentes Las energías de rayos X se toman de acuerdo con los coeficientes de atenuación de masa de rayos X del NIST.

La Tabla 1 muestra los parámetros utilizados y los resultados del cálculo de la dosis de radiación absorbida y equivalente del blindaje.

Tabla 1. Características de la radiación de rayos X, coeficientes de atenuación en Al y absorción en el cuerpo, espesor del blindaje, resultado del cálculo de la dosis de radiación absorbida y equivalente por día*

*Nota - el espesor de los trajes de protección y espaciales LM-5 "Krechet", "XA-25" y "XA-15" en equivalente de aluminio, que corresponde a 5,6, 1,3, 0,9 y 0,6 mm de lámina de aluminio; el espesor de la protección “ХО-25”, “Orlan-M” y A7L de sustancia equivalente de tejido, que corresponde a 2,3, 1,9 y 1,5 mm de equivalente de tejido.

Esta tabla se utiliza para estimar la dosis de radiación por día para otros valores de la intensidad de la radiación de rayos X, multiplicando por el coeficiente de la relación entre el valor tabular del flujo y el promedio deseado por día. Los resultados del cálculo se muestran en la fig. 3 y 4 como una escala de dosis de radiación absorbida.

El cálculo muestra que el módulo lunar con un escudo de 1,5 g/cm 2 (o 5,6 mm Al) absorbe completamente los rayos X suaves y duros del Sol. Para la llamarada más poderosa del 4 de noviembre de 2003 (a partir de 2013 y registrada desde 1976), la intensidad de su emisión de rayos X en el pico fue de 28 10−4 W/m 2 para radiación suave y 4 10−4 W/ m 2 para radiación dura. Durante el día, la intensidad media será, respectivamente, de 10 W/m 2 día y de 1,3 W/m 2 . La dosis de radiación para la tripulación por día es de 8 rad o 0,08 Gy, que es segura para los humanos.

La probabilidad de eventos como el 4 de noviembre de 2003 se define como 30 minutos en 37 años. O igual a ~1/650000 h−1. Esta es una probabilidad muy baja. A modo de comparación, la persona promedio pasa ~300.000 horas fuera de casa en toda su vida, lo que corresponde a la posibilidad de ser testigo presencial del evento de rayos X del 4 de noviembre de 2003 con una probabilidad de 1/2.

Para determinar los requisitos de radiación de un traje espacial, consideramos las erupciones de rayos X en el Sol, cuando su intensidad aumenta en un factor de 50 para radiación suave y 1000 veces para radiación dura con respecto al fondo promedio diario de máxima actividad solar. Según la fig. 4, la probabilidad de tales eventos es de 3 brotes en 30 años. La intensidad para la radiación de rayos X suaves será igual a 4,3 W/m 2 día y para los duros - 0,26 W/m 2 .

Requisitos de radiación y parámetros del traje lunar.

En un traje en la superficie lunar, aumentan las dosis equivalentes de radiación de rayos X.

Al usar el traje espacial "Krechet" para valores tabulares de intensidad de radiación, la dosis de radiación será de 5 mrad/día. La protección contra la radiación de rayos X la proporcionan 1,2-1,3 mm de lámina de aluminio, lo que reduce la intensidad de la radiación en ~e9=7600 veces. Cuando se utiliza una lámina de aluminio de menor espesor, las dosis de radiación aumentan: para 0,9 mm Al - 15 mrad/esencia, para 0,6 mm Al - 120 mrad/esencia.

Según el OIEA, este fondo de radiación se reconoce como una condición normal para los humanos.

Con un aumento de la potencia de radiación del Sol a un valor de 0,86 W/m 2 por día, la dosis de radiación para proteger 0,6 mm Al es de 1,2 rad/esencia, lo que se sitúa en el límite de las condiciones normales y peligrosas para la salud humana.

Traje lunar “Krechet”. Vista de la escotilla de mochila abierta a través de la cual el astronauta ingresa al traje espacial. En el marco de la Unión Soviética programa lunar era necesario crear un traje espacial que permitiera durante bastante tiempo trabajar directamente en la luna. Tenía el nombre de "Krechet" y se convirtió en el prototipo de los trajes espaciales "Orlan", que se utilizan hoy en día para trabajar en espacios abiertos. Peso 106 kg.

La dosis de radiación aumenta en un orden de magnitud cuando se utiliza la protección de una sustancia equivalente al tejido (polímeros como mylar, capron, fieltro, fibra de vidrio). Por lo tanto, para el traje Orlan-M, con una protección de 0,21 g/cm 2 de una sustancia equivalente a un tejido, la intensidad de la radiación disminuye en ~e3=19 veces y la dosis de radiación de rayos X para el tejido óseo del cuerpo será 1,29 rad/esencia. Para protección 0,25 g/cm 2 y 0,17 g/cm 2 , respectivamente, 1,01 y 1,53 rad/esencia.

La tripulación del Apolo 16 John Young (comandante), Thomas Mattingly (piloto del módulo de comando) y Charles Duke (piloto del módulo lunar) con un traje espacial A7LB. Es difícil ponerse un traje espacial así por su cuenta.

Eugene Cernan con traje A7LB, misión Apolo 17.

A7L: el principal tipo de traje espacial utilizado por los astronautas de la NASA en el programa Apolo hasta 1975. Vista con una sección de ropa exterior. Prendas de abrigo incluidas: 1) tejido de fibra de vidrio ignífugo de 2 kg de peso, 2) aislamiento térmico al vacío de pantalla (EVTI) para proteger a una persona del sobrecalentamiento cuando está en el Sol y de la pérdida excesiva de calor en la superficie no iluminada de la Luna, es un paquete de 7 capas de películas delgadas de Mylar y nailon con una superficie aluminizada brillante, el velo más delgado de fibras de dacrón se coloca entre las capas, el peso fue de 0,5 kg; 3) una capa antimeteoritos de nailon con un revestimiento de neopreno (de 3 a 5 mm de espesor) y con un peso de 2 a 3 kg. La capa interior del traje estaba hecha de tela duradera, plástico, tela recubierta de caucho y caucho. La masa de la capa interior es ~20 kg. El kit incluía un casco, guantes, botas y refrigerante. El peso del conjunto de traje espacial A7L para actividades extravehiculares es de 34,5 kg.

Con un aumento de la intensidad de la radiación del Sol a un valor de 0,86 W/m 2 por día, la dosis de radiación por protección de 0,25 g/cm 2, 0,21 g/cm 2 y 0,17 g/cm 2 de un tejido- sustancia equivalente, respectivamente, es 10,9, 12,9 y 15,3 rad/esencia. Tal dosis es equivalente a 500-700 procedimientos de rayos X del tórax humano. Una dosis única de 10-15 rad afecta el sistema nervioso y la psique, el riesgo de leucemia en la sangre aumenta en un 5% y se observa retraso mental en el descendencia de los padres. Según el OIEA, esa radiación de fondo supone un peligro muy grave para los seres humanos.

Con una intensidad de radiación de rayos X de 4,3 W/m 2 por día, la dosis de radiación por día es de 50 a 75 rad y causa enfermedades por radiación.

El cosmonauta Mikhail Tyurin con un traje espacial Orlan-M. El traje se utilizó en la estación MIR y la ISS de 1997 a 2009. Peso 112 kg. Orlan-MK (modernizado, computarizado) se usa actualmente en la ISS. Peso 120 kg.

La salida más sencilla es reducir el tiempo que un astronauta pasa bajo los rayos directos del sol a 1 hora. La dosis absorbida de radiación en el traje Orlan-M disminuirá a 0,5 rad. Otro enfoque es trabajar a la sombra de la estación espacial, en cuyo caso la duración de la actividad extravehicular puede aumentar significativamente, a pesar de la alta radiación de rayos X externa. En el caso de permanecer en la superficie lunar mucho más allá de la base lunar, no siempre es posible un rápido regreso y refugio. Puedes usar la sombra del paisaje lunar o un paraguas de rayos X...

Simple manera efectiva La protección contra la radiación de rayos X del sol es el uso de láminas de aluminio en el traje. Con 0,9 mm Al (grosor 0,25 g/cm 2 en equivalente de aluminio), el traje tiene un margen de 67 veces el fondo de rayos X promedio. Con un aumento de 10 veces en el fondo a 0,86 W/m 2 por día, la dosis de radiación es de 0,15 rad/esencia. Incluso con un aumento repentino de 50 veces en el flujo de rayos X desde el fondo promedio hasta un valor de 4,3 W/m 2 por día, la dosis de radiación absorbida por día no excederá los 0,75 rad.

Con 0,7 mm Al (espesor 0,20 g/cm 2 en equivalente de aluminio), la protección retiene un margen de radiación de 35 veces. A 0,86 W/m 2 por día, la dosis de radiación no será superior a 0,38 rad/esencia. A 4,3 W/m2 por día, la dosis de radiación absorbida no superará los 1,89 rad.

Como muestran los cálculos, para garantizar la protección contra la radiación, como 0,25 g/cm 2 en equivalente de aluminio, se requiere un equivalente de tejido de 1,4 g/cm 2. Con este valor de protección de masa del traje, su grosor aumentará varias veces y disminuirá su usabilidad.

RESULTADOS Y CONCLUSIONES

En el caso de la radiación de protones, la protección equivalente al tejido tiene una ventaja sobre el aluminio en un 20-30%.

En rayos X, la protección del traje espacial en equivalente de aluminio es preferible a la de polímeros. Esta conclusión es consistente con los hallazgos de David Smith y John Scalo.

Los trajes lunares deben tener dos opciones de protección:

1) parámetro de protección del traje de sustancia equivalente a tejido frente a la radiación de protones, no inferior a 0,21 g/cm 2 ;
2) parámetro de protección del traje en aluminio equivalente a la radiación de rayos X, no inferior a 0,20 g/cm 2 .

Cuando se usa en la capa exterior de un traje espacial con un área de 2,5-3 m 2 de protección Al, la masa de un traje espacial basado en Orlan-MK aumentará en 5-6 kg.

Para un traje lunar, la dosis total absorbida de radiación del viento solar y los rayos X del Sol en el año de máxima actividad solar será de 0,19 rad/día (la dosis de radiación equivalente es de 8,22 mSv/día). Tal traje espacial tiene un margen de seguridad de radiación de 4 veces para el viento solar y un margen de seguridad de radiación de 35 veces para los rayos X. No se necesitan medidas de protección adicionales como sombrillas de aluminio contra la radiación.

Para el traje Orlan-M, respectivamente, 1,45 rad/día (dosis equivalente de radiación - 20,77 mSv/día). El traje espacial tiene un margen de durabilidad de radiación de 4 veces para el viento solar.

Para el traje A7L (A7LB) de la misión Apolo, respectivamente, 1,70 rad/día (dosis equivalente de radiación - 23,82 mSv/día). El traje tiene 3 veces la durabilidad de la radiación para el viento solar.

Con una estancia continua durante 4 días en la superficie de la Luna en los modernos trajes espaciales Orlan o A7L, una persona recibe una dosis de radiación de 0,06-0,07 Gy, lo que es un peligro para su salud. Esto es consistente con los hallazgos de David Smith y John Scalo. , que en el espacio exterior circunlunar en un traje espacial moderno durante 100 horas con una probabilidad del 10% una persona recibirá una dosis de radiación peligrosa para la salud y la vida por encima de 0,1 Gray. Los trajes espaciales Orlan o tipo A7L requieren medidas adicionales de protección contra rayos X, como sombrillas de aluminio contra la radiación.

El traje espacial lunar propuesto en la base de Orlan gana una dosis de radiación de 0,76 rad o 0,0076 Gy en 4 días. (Una hora en la superficie de la luna con un traje espacial bajo el viento solar corresponde a dos radiografías de tórax). Según el OIEA, el riesgo de radiación se reconoce como una condición humana normal.

La NASA está probando un nuevo traje espacial para la próxima misión tripulada a la luna de 2020.

Además del riesgo de radiación del viento solar y la radiación de rayos X del Sol, existe un flujo. Más sobre esto más adelante.