Comment protéger un vaisseau spatial du rayonnement solaire. Fond de rayonnement naturel

Même si les vols interplanétaires étaient une réalité, les scientifiques disent de plus en plus que de plus en plus de dangers attendent le corps humain d'un point de vue purement biologique. Les experts appellent le rayonnement cosmique dur l'un des principaux dangers. Sur d'autres planètes, par exemple, sur le même Mars, ce rayonnement sera tel qu'il accélérera considérablement l'apparition de la maladie d'Alzheimer.

"rayonnement cosmique constitue une menace très importante pour les futurs astronautes. La possibilité que l'exposition aux rayonnements spatiaux puisse entraîner des problèmes de santé tels que le cancer est reconnue depuis longtemps », déclare Kerry O'Banion, Ph.D., neuroscience au University of Rochester Medical Center. "Nos expériences ont également établi de manière fiable que le rayonnement dur provoque également une accélération des changements dans le cerveau associés à la maladie d'Alzheimer."

Selon les scientifiques, tout l'espace extra-atmosphérique est littéralement imprégné de rayonnement, tandis que l'épaisse atmosphère terrestre en protège notre planète. L'effet des radiations sur eux-mêmes peut déjà être ressenti par les participants aux vols de courte durée vers l'ISS, bien qu'officiellement ils soient en orbite basse, où le dôme protecteur de la gravité terrestre fonctionne toujours. Le rayonnement Le rayonnement est particulièrement actif aux moments où des éruptions se produisent sur le Soleil avec des émissions ultérieures de particules de rayonnement.

Les scientifiques disent que la NASA travaille déjà en étroite collaboration sur diverses approches liées à la protection des humains contre le rayonnement cosmique. Pour la première fois, le département spatial a commencé à financer la "recherche sur les rayonnements" il y a 25 ans. Désormais, une partie importante des initiatives dans ce domaine est liée à la recherche sur la manière de protéger les futurs marsonautes des rayonnements agressifs sur la planète rouge, où il n'y a pas de dôme atmosphérique tel que sur Terre.

Déjà, les experts disent avec une très forte probabilité que les radiations martiennes provoquent maladies oncologiques. Il y a des volumes de rayonnement encore plus importants à proximité des astéroïdes. Rappelons que la NASA prévoit une mission sur un astéroïde avec la participation d'une personne pour 2021, et sur Mars - au plus tard en 2035. Un vol vers Mars et retour avec un séjour là-bas peut prendre environ trois ans.

Selon la NASA, il est maintenant prouvé que le rayonnement cosmique provoque, en plus du cancer, également des maladies. du système cardio-vasculaire, musculo-squelettique et endocrinien. Désormais, des spécialistes de Rochester ont identifié un autre vecteur de danger : dans le cadre de la recherche, il a été constaté que de fortes doses de rayonnement cosmique provoquent des maladies associées à la neurodégénérescence, en particulier, activent des processus qui contribuent au développement de la maladie d'Alzheimer. En outre, les experts ont étudié comment le rayonnement cosmique affecte le centre système nerveux la personne.

Sur la base d'expériences, des spécialistes ont établi que les particules radioactives dans l'espace ont dans leur structure des noyaux d'atomes de fer, qui ont une capacité de pénétration phénoménale. C'est pourquoi il est étonnamment difficile de se défendre contre eux.

Sur Terre, les chercheurs ont effectué des simulations de rayonnement cosmique au laboratoire national américain de Brookhaven à Long Island, où se trouve un accélérateur de particules spécial. Au cours des expériences, les chercheurs ont déterminé la période pendant laquelle la maladie survient et progresse. Cependant, alors que les chercheurs menaient des expériences sur des souris de laboratoire, les exposaient à des doses de rayonnement comparables à celles que les humains recevraient lors d'un vol vers Mars. Après les expériences, presque toutes les souris ont subi des perturbations dans le fonctionnement du système cognitif du cerveau. Il y avait aussi des violations dans le travail du système cardiovasculaire. Dans le cerveau, des foyers d'accumulation de bêta-amyloïde, une protéine qui est un signe certain de l'imminence de la maladie d'Alzheimer, ont été identifiés.

Les scientifiques disent qu'ils ne savent pas encore comment lutter contre les radiations spatiales, mais ils sont convaincus que les radiations sont le facteur qui mérite la plus grande attention lors de la planification des futurs vols spatiaux.

L'espace est radioactif. Il est tout simplement impossible de se cacher des radiations. Imaginez que vous vous tenez au milieu d'une tempête de sable et qu'un tourbillon de petits cailloux tourne constamment autour de vous, ce qui vous fera mal à la peau. Voici à quoi ressemble le rayonnement cosmique. Et ce rayonnement fait beaucoup de mal. Mais le problème est que, contrairement aux cailloux et aux morceaux de terre, les rayonnements ionisants ne rebondissent pas sur la chair humaine. Cela la traverse comme un boulet de canon dans un immeuble. Et ce rayonnement fait beaucoup de mal.

La semaine dernière, des scientifiques du centre médical de l'Université de Rochester ont publié les résultats d'une étude montrant qu'une exposition à long terme aux rayonnements galactiques, auxquels les astronautes voyageant vers Mars peuvent être exposés, peut augmenter le risque de maladie d'Alzheimer.

En lisant les reportages des médias sur cette étude, j'ai commencé à devenir curieux. Nous envoyons des gens dans l'espace depuis plus d'un demi-siècle. Nous avons l'opportunité de suivre toute une génération d'astronautes - alors que ces personnes vieillissent et meurent. Et nous surveillons constamment la santé de ceux qui volent dans l'espace aujourd'hui. Travaux scientifiques, telles que celles réalisées à l'Université de Rochester, sont réalisées sur des animaux de laboratoire tels que des souris et des rats. Ils sont conçus pour nous aider à préparer l'avenir. Mais que sait-on du passé ? Les radiations ont-elles affecté des personnes qui sont déjà allées dans l'espace ? Comment cela affecte-t-il ceux qui sont actuellement en orbite ?

Il existe une différence essentielle entre les astronautes d'aujourd'hui et les astronautes du futur. La différence est la Terre elle-même.

Le rayonnement cosmique galactique, parfois appelé rayonnement cosmique, est précisément ce qui préoccupe le plus les chercheurs. Il est composé de particules et de morceaux d'atomes qui pourraient provenir de la formation d'une supernova. La majeure partie de ce rayonnement, environ 90%, est constituée de protons extraits des atomes d'hydrogène. Ces particules traversent la galaxie presque à la vitesse de la lumière.

Et puis ils frappent la Terre. Notre planète possède quelques mécanismes de défense qui nous protègent des effets du rayonnement cosmique. Premièrement, le champ magnétique terrestre repousse certaines particules et en bloque complètement certaines. Les particules qui franchissent cette barrière commencent à entrer en collision avec les atomes de notre atmosphère.

Si vous jetez une grande tour Lego dans les escaliers, elle se brisera en petits morceaux qui s'envoleront à chaque nouvelle marche. Approximativement la même chose se produit dans notre atmosphère et avec le rayonnement galactique. Les particules entrent en collision avec les atomes et se désagrègent pour former de nouvelles particules. Ces nouvelles particules heurtent à nouveau quelque chose et s'effondrent à nouveau. À chaque pas, ils perdent de l'énergie. Les particules ralentissent et s'affaiblissent progressivement. Au moment où ils "s'arrêtent" à la surface de la Terre, ils n'ont plus la puissante réserve d'énergie galactique qu'ils avaient auparavant. Ce rayonnement est beaucoup moins dangereux. Un petit morceau de Lego frappe beaucoup plus faiblement qu'une tour assemblée à partir d'eux.

Pour tous les astronautes que nous avons envoyés dans l'espace, les barrières de protection de la Terre ont beaucoup aidé, du moins en partie. Francis Cucinotta m'en a parlé. Il est le directeur scientifique du programme de la NASA pour étudier les effets des radiations sur les humains. C'est juste le gars qui peut vous dire à quel point les radiations sont nocives pour les astronautes. Selon lui, à l'exception des vols Apollo vers la Lune, une personne est présente dans l'espace dans les limites du champ magnétique terrestre. La Station spatiale internationale, par exemple, est au-dessus de l'atmosphère, mais toujours profondément dans la première couche de défense. Nos astronautes ne sont pas entièrement exposés au rayonnement cosmique.

De plus, sous une telle influence, ils sont assez peu de temps. Le plus long vol dans l'espace a duré un peu plus d'un an. Et c'est important, car les dommages causés par les radiations ont un effet cumulatif. Vous risquez beaucoup moins lorsque vous passez six mois sur l'ISS que lorsque vous partez (jusqu'à présent en théorie) pour un voyage de plusieurs années sur Mars.

Mais ce qui est intéressant et plutôt dérangeant, m'a dit Cucinotta, c'est que même avec tous ces mécanismes de défense, nous voyons comment les radiations affectent les astronautes.

Une chose très désagréable est la cataracte - des changements dans le cristallin de l'œil, le rendant trouble. Parce que moins de lumière pénètre dans l'œil à travers une lentille trouble, les personnes atteintes de cataracte peuvent voir pire. En 2001, Cucinotta et ses collègues ont étudié les données d'une étude en cours sur la santé des astronautes et sont arrivés à prochaine conclusion. Les astronautes qui ont été exposés à une dose de rayonnement plus élevée (parce qu'ils ont effectué plus de vols dans l'espace ou en raison de la nature de leurs missions*) étaient plus susceptibles de développer des cataractes que ceux qui avaient une dose de rayonnement plus faible.

Il existe probablement aussi un risque accru de cancer, bien qu'il soit difficile de quantifier et d'analyser précisément un tel risque. Le fait est que nous n'avons pas de données d'épidémiologistes sur le type de rayonnement auquel les astronautes sont exposés. On connaît le nombre de cas de cancer après les bombardements atomiques d'Hiroshima et de Nagasaki, mais ce rayonnement n'est pas comparable au rayonnement galactique. En particulier, Cucinotta est plus préoccupé par les ions VHF - des particules hautement atomiques à haute énergie.

Ce sont des particules très lourdes et elles se déplacent très rapidement. A la surface de la Terre, nous ne ressentons pas leurs effets. Ils sont désherbés, ralentis et mis en pièces par les mécanismes de défense de notre planète. Cependant, les ions VHF peuvent causer plus de dommages et des dommages plus variés que les rayonnements avec lesquels les radiologues sont familiers. Nous le savons parce que les scientifiques comparent les échantillons de sang des astronautes avant et après le voyage dans l'espace.

Cucinotta appelle cela une vérification pré-vol. Les scientifiques prélèvent un échantillon de sang d'un astronaute avant de se lancer en orbite. Lorsqu'un astronaute est dans l'espace, les scientifiques divisent le sang qu'ils prélèvent et l'exposent à divers degrés de rayonnement gamma. C'est comme les radiations nocives que nous rencontrons parfois sur Terre. Puis, lorsque l'astronaute revient, ils comparent ces échantillons de sang aux rayons gamma avec ce qui lui est réellement arrivé dans l'espace. "Nous voyons deux à trois fois la différence entre les différents astronautes", m'a dit Cucinotta.

Comme déjà mentionné, dès que les Américains ont commencé leur programme spatial, leur scientifique James Van Allen a fait une découverte assez importante. Le premier satellite artificiel américain qu'ils ont lancé en orbite était beaucoup plus petit que le satellite soviétique, mais Van Allen a pensé à y attacher un compteur Geiger. Ainsi, la déclaration faite à la fin du XIXe siècle a été officiellement confirmée. scientifique exceptionnel Nikola Tesla l'hypothèse que la Terre est entourée d'une ceinture de rayonnement intense.

Photographie de la Terre par l'astronaute William Anders

pendant la mission Apollo 8 (archive NASA)

Tesla, cependant, était considéré comme un grand excentrique, et même fou par la science académique, de sorte que ses hypothèses sur la charge électrique géante générée par le Soleil sont longtemps restées secrètes, et le terme "vent solaire" n'a suscité que des sourires. Mais grâce à Van Allen, les théories de Tesla ont été relancées. Avec le dépôt de Van Allen et d'un certain nombre d'autres chercheurs, il a été constaté que les ceintures de rayonnement dans l'espace commencent à 800 km au-dessus de la surface de la Terre et s'étendent jusqu'à 24 000 km. Étant donné que le niveau de rayonnement y est plus ou moins constant, le rayonnement entrant devrait approximativement être égal au rayonnement sortant. Sinon, il s'accumulerait jusqu'à «cuire» la Terre, comme dans un four, ou se dessécherait. À cette occasion, Van Allen a écrit : « Les ceintures de rayonnement peuvent être comparées à un vaisseau qui fuit, qui est constamment réapprovisionné par le Soleil et se jette dans l'atmosphère. Une grande partie des particules solaires déborde du vaisseau et éclabousse, en particulier dans les zones polaires, entraînant des aurores, des orages magnétiques et d'autres phénomènes similaires.

Le rayonnement des ceintures de Van Allen dépend du vent solaire. De plus, ils semblent focaliser ou concentrer ce rayonnement en eux-mêmes. Mais comme ils ne peuvent concentrer en eux que ce qui vient directement du Soleil, une autre question reste ouverte : quelle quantité de rayonnement y a-t-il dans le reste du cosmos ?

Orbites des particules atmosphériques dans l'exosphère(dic.academic.ru)

La Lune n'a pas de ceintures de Van Allen. Elle n'a pas non plus d'atmosphère protectrice. Il est ouvert à tous les vents solaires. Si pendant l'expédition lunaire il y avait une forte éruption solaire, alors le flux colossal de rayonnement incinérerait à la fois les capsules et les astronautes sur la partie de la surface lunaire où ils passaient leur journée. Ce rayonnement n'est pas seulement dangereux - il est mortel !

En 1963, des scientifiques soviétiques ont déclaré au célèbre astronome britannique Bernard Lovell qu'ils ne savaient pas comment protéger les astronautes des effets mortels du rayonnement cosmique. Cela signifiait que même les coques métalliques beaucoup plus épaisses des véhicules russes ne pouvaient pas faire face aux radiations. Comment, alors, le métal le plus fin (presque comme une feuille) utilisé dans les capsules américaines pourrait-il protéger les astronautes ? La NASA savait que c'était impossible. Les singes de l'espace sont morts moins de 10 jours après leur retour, mais la NASA ne nous en a jamais parlé vraie raison leur mort.

Singe astronaute (archive RGANT)

La plupart des gens, même connaisseurs de l'espace, ignorent l'existence de radiations mortelles pénétrant dans ses étendues. Curieusement (et peut-être juste pour des raisons que l'on peut deviner), dans "l'Encyclopédie illustrée de la technologie spatiale" américaine, l'expression "rayonnement cosmique" n'apparaît pas une seule fois. Et en général, les chercheurs américains (en particulier ceux associés à la NASA) contournent ce sujet à un kilomètre de distance.

Pendant ce temps, Lovell, après avoir discuté avec des collègues russes qui connaissaient parfaitement le rayonnement cosmique, a envoyé les informations dont il disposait à l'administrateur de la NASA, Hugh Dryden, mais il les a ignorées.

L'un des astronautes qui aurait visité la Lune, Collins, n'a mentionné le rayonnement cosmique que deux fois dans son livre :

"Au moins, la Lune était bien en dehors des ceintures de Van Allen de la Terre, ce qui signifiait une bonne dose de rayonnement pour ceux qui étaient là et une dose mortelle pour ceux qui s'attardaient."

"Ainsi, les ceintures de rayonnement de Van Allen qui entourent la Terre et la possibilité d'éruptions solaires nécessitent une compréhension et une préparation afin de ne pas exposer l'équipage à des doses accrues de rayonnement."

Alors, que signifie « comprendre et préparer » ? Cela signifie-t-il qu'au-delà des ceintures de Van Allen, le reste de l'espace est exempt de rayonnement ? Ou la NASA avait-elle une stratégie secrète pour se cacher des éruptions solaires après que la décision finale sur l'expédition ait été prise ?

La NASA a affirmé qu'elle pouvait simplement prédire les éruptions solaires et a donc envoyé des astronautes sur la Lune lorsque les éruptions n'étaient pas prévues et que le danger de rayonnement pour eux était minime.

Pendant qu'Armstrong et Aldrin travaillaient dans l'espace

à la surface de la lune, Michael Collins

était en orbite (archive NASA)

Cependant, d'autres experts affirment: "Il est seulement possible de prédire la date approximative du futur rayonnement maximal et sa densité."

Le cosmonaute soviétique Leonov est néanmoins allé dans l'espace extra-atmosphérique en 1966 - cependant, dans une combinaison de plomb super lourde. Mais après seulement trois ans astronautes américains sauté à la surface de la lune, et en aucun cas dans des combinaisons spatiales super lourdes, bien au contraire ! Peut-être qu'au fil des ans, les spécialistes de la NASA ont réussi à trouver une sorte de matériau ultraléger qui protège de manière fiable contre les radiations ?

Cependant, les chercheurs découvrent soudainement qu'au moins Apollo 10, Apollo 11 et Apollo 12 se sont déclenchés précisément pendant ces périodes où le nombre de taches solaires et l'activité solaire correspondante approchaient d'un maximum. Le maximum théorique généralement accepté du 20e cycle solaire a duré de décembre 1968 à décembre 1969. Au cours de cette période, les missions Apollo 8, Apollo 9, Apollo 10, Apollo 11 et Apollo 12 auraient dépassé la zone de protection des ceintures de Van Allen et seraient entrées dans l'espace circumlunaire.

Une étude plus approfondie des graphiques mensuels a montré que les éruptions solaires uniques sont un phénomène aléatoire qui se produit spontanément sur un cycle de 11 ans. Il arrive également que pendant la période "basse" du cycle, un grand nombre d'épidémies se produisent en peu de temps, et pendant la période "élevée" - un très petit nombre. Mais ce qui est important, c'est que de très fortes épidémies peuvent survenir à tout moment du cycle.

Pendant l'ère Apollo, les astronautes américains ont passé au total près de 90 jours dans l'espace. Étant donné que le rayonnement des éruptions solaires imprévisibles atteint la Terre ou la Lune en moins de 15 minutes, la seule façon de s'en protéger serait à l'aide de conteneurs en plomb. Mais si la puissance de la fusée était suffisante pour soulever un tel surpoids, alors pourquoi a-t-il dû aller dans l'espace dans de fines capsules (littéralement 0,1 mm d'aluminium) à une pression de 0,34 atmosphères ?

Ceci malgré le fait que même une fine couche de revêtement protecteur, appelée "Mylar", selon l'équipage d'Apollo 11, s'est avérée si lourde qu'elle a dû être lavée d'urgence du module lunaire !

Il semble que la NASA ait sélectionné des gars spéciaux pour les expéditions lunaires, cependant, ajustés aux circonstances, coulés non pas en acier, mais en plomb. Le chercheur américain du problème, Ralph Rene, n'était pas trop paresseux pour calculer la fréquence à laquelle chacune des expéditions lunaires supposées avoir eu lieu devait tomber sous l'activité solaire.

Soit dit en passant, l'un des employés faisant autorité de la NASA (un physicien distingué, soit dit en passant) Bill Modlin dans son ouvrage "Prospects for Interstellar Travel" a franchement rapporté : "Les éruptions solaires peuvent émettre des protons GeV dans la même gamme d'énergie que la plupart des particules cosmiques, mais beaucoup plus intense. Une augmentation de leur énergie avec un rayonnement accru est particulièrement dangereuse, car les protons du GeV pénètrent plusieurs mètres de matière ... Les éruptions solaires (ou stellaires) avec libération de protons constituent un danger très grave qui se produit périodiquement dans l'espace interplanétaire, ce qui fournit un dose de rayonnement de centaines de milliers de roentgens à quelques heures de distance du Soleil à la Terre. Une telle dose est mortelle et est des millions de fois supérieure à la dose admissible. La mort peut survenir après 500 roentgens en peu de temps.

Oui, les braves américains ont alors dû briller pire que la quatrième unité de puissance de Tchernobyl. "Les particules cosmiques sont dangereuses, elles viennent de toutes les directions et nécessitent au moins deux mètres de blindage dense autour de tout organisme vivant." Mais les capsules spatiales, dont la NASA fait la démonstration à ce jour, avaient un peu plus de 4 m de diamètre. Avec l'épaisseur de paroi recommandée par Modlin, les astronautes, même sans aucun équipement, ne seraient pas montés dedans, sans parler du fait qu'il n'y aurait pas assez de carburant pour soulever de telles capsules. Mais, de toute évidence, ni la direction de la NASA ni les astronautes qu'ils ont envoyés sur la Lune n'ont lu les livres de leur collègue et, étant dans une ignorance béate, ont surmonté toutes les épines sur le chemin des étoiles.

Cependant, peut-être que la NASA a vraiment développé une sorte de combinaisons spatiales ultra-durables pour eux, en utilisant un matériau ultra-léger (clairement, très classifié) qui protège contre les radiations ? Mais pourquoi n'a-t-il pas été utilisé ailleurs, comme on dit, à des fins pacifiques ? Eh bien, ils ne voulaient pas aider l'URSS avec Tchernobyl : après tout, la perestroïka n'avait pas encore commencé. Mais après tout, par exemple, en 1979 aux mêmes États-Unis, à la centrale nucléaire de Three Mile Island, un accident majeur s'est produit dans le bloc réacteur, ce qui a entraîné la fusion du cœur du réacteur. Alors pourquoi les liquidateurs américains n'ont-ils pas utilisé des combinaisons spatiales basées sur la technologie tant vantée de la NASA d'une valeur de pas moins de 7 millions de dollars pour éliminer cette mine nucléaire à action retardée sur leur territoire ? ..

Le texte ci-dessous doit être considéré comme l'opinion personnelle de l'auteur. Il n'a aucune information secrète (ou accès à celle-ci). Tout ce qui est indiqué, ce sont des faits provenant de sources ouvertes, plus un peu de bon sens ("analyse de canapé", si vous préférez).

La science-fiction - tous ces blasters et bancs dans l'espace dans de minuscules chasseurs monoplaces - a appris à l'humanité à sérieusement surestimer la bienveillance de l'univers envers les organismes protéiques chauds. Cela est particulièrement évident lorsque les auteurs de science-fiction décrivent des voyages vers d'autres planètes. Hélas, l'exploration de "l'espace réel" au lieu des quelques centaines de "kame" habituels sous la protection du champ magnétique terrestre sera une entreprise plus difficile qu'il n'y paraissait au profane il y a à peine dix ans.

Donc, voici ma thèse principale. Le climat psychologique et les conflits au sein de l'équipage sont loin d'être les principaux problèmes auxquels une personne sera confrontée lors de l'organisation de vols habités vers Mars.

Le principal problème d'une personne voyageant en dehors de la magnétosphère terrestre- un problème avec un "R" majuscule.

Qu'est-ce que le rayonnement cosmique et pourquoi nous n'en mourons pas sur Terre

Le rayonnement ionisant dans l'espace (en dehors des quelques centaines de kilomètres d'espace proche de la Terre que l'homme maîtrise réellement) se compose de deux parties.

Rayonnement du Soleil. C'est tout d'abord le "vent solaire" - un flux de particules qui "souffle" constamment dans toutes les directions depuis l'étoile et qui est extrêmement bon pour les futurs voiliers spatiaux, car il leur permettra de bien accélérer pour voyager au-delà système solaire. Mais pour les êtres vivants, l'essentiel de ce vent n'est pas particulièrement utile. Il est remarquable que nous soyons protégés des radiations dures par une épaisse couche de l'atmosphère, l'ionosphère (celle où se troue la couche d'ozone), ainsi que par le puissant champ magnétique de la Terre.

En plus du vent, qui se disperse plus ou moins uniformément, notre luminaire déclenche également périodiquement les soi-disant éruptions solaires. Ces dernières sont des éjections de la matière coronale du Soleil. Ils sont si graves qu'ils entraînent de temps en temps des problèmes pour les gens et la technologie même sur Terre, où le plus amusant, je le répète, n'est pas mal filtré.

Donc, nous avons l'atmosphère et le champ magnétique de la planète. Dans un espace déjà assez proche, à une distance de dizaines de milliers de kilomètres de la Terre, une éruption solaire (même faible, juste quelques Hiroshima), frappant un navire, est garantie de mettre son remplissage vivant hors d'action sans la moindre chance de survie. Pour empêcher cela aujourd'hui - au niveau actuel de développement des technologies et des matériaux - nous n'avons absolument rien à faire. Pour cette raison et uniquement pour cette raison, le voyage de plusieurs mois vers Mars devra être reporté jusqu'au moment où nous résoudrons ce problème, au moins partiellement. Il faudra aussi le prévoir pendant les périodes de soleil le plus calme et prier beaucoup tous les dieux techniques.

Rayons cosmiques. Ces choses vilaines omniprésentes portent grande quantitéénergie (plus que le LHC est capable de pomper dans la particule). Ils viennent d'autres parties de notre galaxie. En pénétrant dans le bouclier de l'atmosphère terrestre, un tel faisceau interagit avec ses atomes et se brise en dizaines de particules moins énergétiques, qui génèrent en cascade des flux encore moins énergétiques (mais aussi dangereux) et, par conséquent, toute cette magnificence est perdue par pluie de rayonnement à la surface de la planète. Environ 15% du rayonnement de fond sur Terre provient des visiteurs de l'espace. Plus vous vivez au-dessus du niveau de la mer, plus la dose prise au cours de votre vie est élevée. Et cela se produit 24 heures sur 24.

Dans le cadre d'un exercice scolaire, essayez d'imaginer ce qui arrivera à un vaisseau spatial et à ses "éléments vivants" si un tel faisceau les frappe directement quelque part dans l'espace. Permettez-moi de vous rappeler qu'il faudra plusieurs mois pour voler vers Mars, un gros bateau devra être construit pour cela, et la probabilité du «contact» décrit ci-dessus (ou même plus d'un) est assez élevée. Le simple fait de le négliger lors de longs vols avec un équipage en direct, hélas, ne fonctionnera pas.

Quoi d'autre?

En plus du rayonnement qui atteint la Terre depuis le Soleil, il y a aussi ce rayonnement solaire que la magnétosphère de la planète repousse, ne laisse pas passer et, surtout, s'accumule*. Rencontrez des lecteurs. C'est la ceinture de rayonnement terrestre (ERB). Il est la ceinture de Van Allen, comme on l'appelle à l'étranger. Les cosmonautes devront le franchir à toute vapeur, pour ne pas recevoir une dose mortelle de radiations en quelques heures seulement. Un nouveau contact avec cette ceinture - si, contrairement au bon sens, nous décidions de renvoyer des astronautes de Mars sur Terre - pourrait facilement les achever.

* Une proportion importante des particules de la ceinture de Van Allen acquiert une vitesse dangereuse déjà dans la ceinture elle-même. C'est-à-dire qu'il nous protège non seulement des radiations de l'extérieur, mais qu'il améliore également ces radiations accumulées.

Jusqu'à présent, nous avons parlé de l'espace extra-atmosphérique. Mais il ne faut pas oublier que Mars (contrairement à la Terre) n'a presque pas de champ magnétique **, et que l'atmosphère est raréfiée et morte, donc les gens seront exposés à ces facteurs négatifs non seulement en vol.

**Bon, prends un peu- dans la région du pôle sud.

D'où la conclusion. Très probablement, les futurs colons ne vivront pas à la surface de la planète (comme on nous l'a montré dans le film épique "Mission to Mars"), mais en profondeur sous elle.

Comment être?

Tout d'abord, apparemment, ne vous faites pas d'illusions sur une résolution rapide (d'ici une douzaine ou deux ou trois ans) de tous ces problèmes. Pour éviter la mort de l'équipage de maladie des radiations, nous devrons soit ne pas l'envoyer du tout là-bas et explorer l'espace à l'aide de machines intelligentes (au fait, ce n'est pas la décision la plus stupide), soit c'est très cool de travailler dur, car, si j'ai raison, alors envoyer des gens sur Mars avec la création d'une colonie permanente est une tâche pour un pays (au moins les États-Unis, au moins la Russie, au moins la Chine) dans le prochain demi-siècle, voire plus, est complètement insupportable. Un navire pour une telle mission coûterait l'équivalent de la construction et de l'entretien complet de deux ISS (voir ci-dessous).

Et oui, j'ai oublié de dire : les pionniers de Mars seront évidemment des « kamikazes », puisque nous réussirons très probablement à ne leur offrir ni voyage de retour ni une vie longue et confortable sur Mars dans le demi-siècle à venir.

À quoi pourrait théoriquement ressembler une mission vers Mars si nous disposions de toutes les ressources et technologies de l'ancienne Terre pour cela ? Comparez ce qui suit avec ce que vous avez vu dans film culte"Martien".

Mission vers Mars. Version conditionnellement réaliste

Premièrement, l'humanité devra tendre fort et construire un cyclopéen vaisseau spatial avec une puissante protection anti-radiation, qui peut partiellement compenser la charge de rayonnement infernale sur l'équipage en dehors du champ magnétique terrestre et assurer la livraison de colons plus ou moins vivants vers Mars - dans un sens.

A quoi ressemblerait un tel navire ?

Il s'agit d'un gros colosse de plusieurs dizaines (ou mieux de plusieurs centaines) de mètres de diamètre, muni de son propre champ magnétique(électroaimants supraconducteurs) et des sources d'énergie pour l'entretenir (réacteurs nucléaires). Les dimensions énormes de la structure permettent de la remplir de l'intérieur avec des matériaux absorbant les radiations (par exemple, il peut s'agir de mousse de plastique doublée de plomb ou de récipients scellés contenant de l'eau ordinaire ou "lourde"), qui pendant des décennies (!) devra être transporté en orbite et monté autour d'une capsule de survie relativement petite, où nous placerons ensuite les astronautes.

En plus de sa taille et de son coût élevé, le vaisseau martien doit être sacrément fiable et, surtout, complètement autonome en termes de contrôle. Pour faire revivre l'équipage, la chose la plus sûre à faire serait de les mettre dans un coma artificiel et de les refroidir un peu (seulement quelques degrés) pour ralentir leurs processus métaboliques. Dans cet état, les personnes a) seront moins sensibles aux radiations, b) occupent moins d'espace et sont moins chères à protéger de toutes les mêmes radiations.

De toute évidence, en plus du navire, nous avons besoin d'une intelligence artificielle capable de livrer le navire en toute confiance sur l'orbite de Mars, de décharger les colons à sa surface sans s'endommager ni endommager la cargaison, puis, sans la participation de personnes, ramener les astronautes à la conscience (déjà sur Mars). Jusqu'à présent, nous n'avons pas de telles technologies, mais il y a un certain espoir qu'une telle IA, et surtout, les ressources politiques et économiques pour construire le navire décrit, apparaîtront avec nous, disons, plus près du milieu du siècle.

La bonne nouvelle est que le "ferry" martien pour les colons pourrait bien être réutilisable. Il devra faire la navette comme une navette entre la Terre et la destination finale, livrant des groupes de "charges vives" à la colonie pour remplacer ceux qui sont partis "de causes naturelles" personnes. Pour la livraison de marchandises "non vivantes" (nourriture, eau, air et équipement), la radioprotection n'est pas particulièrement nécessaire, il n'est donc pas nécessaire de faire d'un supership un camion martien. Il est nécessaire uniquement pour la livraison de colons et, éventuellement, de semences de plantes / d'animaux de ferme juvéniles.

Deuxièmement, il est nécessaire d'envoyer à l'avance des équipements et des approvisionnements en eau-nourriture-oxygène sur Mars pour un équipage de 6 à 12 personnes pendant 12 à 15 ans (en tenant compte de tous les cas de force majeure). Ceci en soi est une tâche non triviale, mais supposons que nous ne soyons pas limités en ressources pour le résoudre. Supposons que les guerres et les bouleversements politiques de la Terre se soient calmés et que la mission martienne travaille dans à l'unisson toute la planète.

Les véhicules envoyés sur Mars, comme vous l'avez peut-être déjà deviné, sont des robots entièrement autonomes dotés d'une intelligence artificielle et alimentés par des réacteurs nucléaires compacts. Ils devront creuser méthodiquement un tunnel profond sous la surface de la planète rouge pendant une dizaine ou un an et demi. Puis - dans quelques années encore - un petit réseau de tunnels, dans lequel seront traînés des blocs de survie et des fournitures pour une future expédition, puis tout cela sera assemblé hermétiquement dans un village sous-martien autonome.

Une habitation de type mètre semble être la solution optimale pour deux raisons. Premièrement, il protège les astronautes des rayons cosmiques déjà présents sur Mars même. Deuxièmement, en raison de l'activité "marsothermique" résiduelle des intestins, il fait un degré ou deux plus chaud sous la surface de la planète qu'à l'extérieur. Cela sera utile aux colons à la fois pour économiser de l'énergie et pour faire pousser des pommes de terre sur leurs propres excréments.

clarifions point important: vous devrez construire une colonie dans l'hémisphère sud, là où le champ magnétique résiduel est encore préservé sur la planète.

Idéalement, les astronautes n'auront pas du tout à remonter à la surface (soit ils ne verront pas Mars "en direct", soit ils le verront une fois - lors de l'atterrissage). Tous les travaux en surface devront être effectués par des robots, dont les colons devront gérer les actions depuis leur bunker tous. courte vie(vingt ans avec de la chance).

Troisièmement, nous devons parler de l'équipage lui-même et des méthodes de sa sélection.

Le schéma idéal de ce dernier serait de rechercher sur toute la Terre des jumeaux génétiquement identiques (monozygotes), dont l'un vient de se transformer en donneur d'organes (par exemple, ayant "par chance" eu un accident de voiture). Cela semble extrêmement cynique, mais ne laissez pas cela vous empêcher de lire le texte jusqu'au bout.

Que nous apporte un jumeau donneur ?

Le jumeau mort donne à son frère (ou sa sœur) l'opportunité de devenir le parfait colon sur Mars. Le fait est que la moelle osseuse rouge du premier, livrée sur la planète rouge dans un récipient en outre protégé des radiations, peut être transfusée à un astronaute jumeau. Cela augmente les chances d'y survivre avec le mal des rayons, la leucémie aiguë et d'autres troubles très susceptibles d'arriver au colon au cours des années de la mission.

Alors, à quoi ressemble la procédure de sélection des futurs colons ?

Nous sélectionnons plusieurs millions de jumeaux. Nous attendons qu'il arrive quelque chose à l'un d'eux et faisons une offre à l'autre. Un vivier est recruté parmi, disons, cent mille candidats potentiels. Maintenant, à l'intérieur de ce pool, nous effectuons la sélection finale pour compatibilité psychologique et aptitudes.

Naturellement, pour élargir l'échantillon, il faudra sélectionner les astronautes sur toute la Terre, et non dans un ou deux pays.

Pourtant, bien sûr, une certaine technologie pour identifier les candidats particulièrement résistants aux radiations aiderait beaucoup. On sait que certaines personnes sont beaucoup plus résistantes aux radiations que d'autres. Il peut sûrement être détecté à l'aide de certains marqueurs génétiques. Si nous complétons l'idée avec des jumeaux avec cette méthode, ensemble, ils devraient augmenter considérablement le taux de survie des colons martiens.

De plus, il serait utile d'apprendre à transfuser des personnes avec de la moelle osseuse en apesanteur. Ce n'est pas la seule chose à inventer spécifiquement pour ce projet, mais, heureusement, nous avons encore le temps, et l'ISS est toujours suspendue en orbite terrestre, comme si spécifiquement pour tester de telles technologies.

PS. Je dois faire une réserve spéciale que je ne suis pas un adversaire fondamental du voyage spatial et je crois que tôt ou tard "l'espace sera à nous". La seule question est le prix de ce succès, ainsi que le temps que l'humanité consacrera à développer les technologies nécessaires. Je pense sous l'influence la science-fiction et culture de masse beaucoup d'entre nous sont plutôt négligents dans le sens où ils comprennent les difficultés qui devront être surmontées en cours de route. Pour dégriser un peu cette partie« cosmo-optimistes» et ce texte est écrit.

En partie, je vais vous dire quelles autres options nous avons en termes d'exploration spatiale humaine à long terme.

où μ est le coefficient massique d'atténuation des rayons X, cm2/g, X/ ρ - épaisseur de masse de la protection g/cm 2 . Si plusieurs couches sont considérées, alors plusieurs termes avec un signe moins sont sous l'exposant.

Le débit de dose absorbée de rayonnement des rayons X par unité de temps N déterminé par l'intensité du rayonnement je et coefficient d'absorption massique μ FR

N = μ EN I

Pour les calculs, les coefficients d'atténuation et d'absorption de masse pour différentes valeurs Les énergies des rayons X sont prises selon les coefficients d'atténuation de masse des rayons X du NIST.

Le tableau 1 montre les paramètres utilisés et les résultats des calculs pour la dose de rayonnement absorbée et équivalente du blindage.

Tableau 1. Caractéristiques du rayonnement X, coefficients d'atténuation en Al et d'absorption dans le corps, épaisseur de blindage, résultat du calcul de la dose de rayonnement absorbée et équivalente par jour *

*A noter - l'épaisseur des protections LM-5 et combinaisons spatiales "Krechet", "XA-25" et "XA-15" en équivalent aluminium, ce qui correspond à 5,6, 1,3, 0,9 et 0,6 mm de tôle aluminium ; l'épaisseur de la protection "ХО-25", "Orlan-M" et A7L de substance équivalent tissu, ce qui correspond à 2,3, 1,9 et 1,5 mm d'équivalent tissu.

Ce tableau est utilisé pour estimer la dose de rayonnement par jour pour d'autres valeurs de l'intensité du rayonnement X, en multipliant par le coefficient du rapport entre la valeur tabulaire du flux et la moyenne souhaitée par jour. Les résultats du calcul sont présentés dans la fig. 3 et 4 comme échelle de dose de rayonnement absorbée.

Le calcul montre que le module lunaire avec un écran de 1,5 g/cm 2 (ou 5,6 mm Al) absorbe complètement les rayons X mous et durs du Soleil. Pour l'éruption la plus puissante du 4 novembre 2003 (en date de 2013 et enregistrée depuis 1976), l'intensité de son émission de rayons X au pic était de 28 10−4 W/m 2 pour le rayonnement doux et de 4 10−4 W/ m 2 pour le rayonnement dur. En journée, l'intensité moyenne sera respectivement de 10 W/m 2 jour et 1,3 W/m 2 . La dose de rayonnement pour l'équipage par jour est de 8 rad ou 0,08 Gy, ce qui est sans danger pour l'homme.

La probabilité d'événements comme le 4 novembre 2003 est définie comme 30 minutes en 37 ans. Ou égal à ~1/650000 h−1. C'est une très faible probabilité. A titre de comparaison, une personne moyenne passe ~300 000 heures hors de chez elle au cours de sa vie, ce qui correspond à la possibilité d'être témoin oculaire de l'événement radiographique du 4 novembre 2003 avec une probabilité de 1/2.

Pour déterminer les besoins en rayonnement d'une combinaison spatiale, nous considérons les éruptions de rayons X sur le Soleil, lorsque leur intensité augmente d'un facteur 50 pour le rayonnement doux et 1000 fois pour le rayonnement dur par rapport au fond quotidien moyen d'activité solaire maximale. Selon la fig. 4, la probabilité de tels événements est de 3 épidémies en 30 ans. L'intensité pour les rayons X mous sera égale à 4,3 W/m 2 jour et pour les rayons durs - 0,26 W/m 2 .

Exigences de rayonnement et paramètres de la combinaison lunaire

Dans une combinaison sur la surface lunaire, les doses équivalentes de rayonnement des rayons X augmentent.

Lors de l'utilisation de la combinaison spatiale "Krechet" pour les valeurs tabulaires d'intensité de rayonnement, la dose de rayonnement sera de 5 mrad/jour. La protection contre les rayons X est assurée par 1,2-1,3 mm de tôle d'aluminium, réduisant l'intensité du rayonnement de ~e9=7600 fois. Lors de l'utilisation d'une épaisseur de tôle d'aluminium plus petite, les doses de rayonnement augmentent: pour 0,9 mm Al - 15 mrad / essence, pour 0,6 mm Al - 120 mrad / essence.

Selon l'AIEA, un tel fond de rayonnement est reconnu comme une condition normale pour l'homme.

Avec une augmentation de la puissance de rayonnement du Soleil à une valeur de 0,86 W / m 2 par jour, la dose de rayonnement pour protéger 0,6 mm Al est de 1,2 rad / essence, ce qui se situe à la frontière des conditions normales et dangereuses pour la santé humaine.

Costume lunaire "Krechet". Vue de la trappe ouverte du sac à dos par laquelle l'astronaute entre dans la combinaison spatiale. Dans le cadre de l'Union soviétique programme lunaire il fallait créer une combinaison spatiale qui permette pendant un temps assez long de travailler directement sur la lune. Il portait le nom de "Krechet" et devint le prototype des combinaisons spatiales "Orlan", qui sont aujourd'hui utilisées pour le travail en espace ouvert. Poids 106 kg.

La dose de rayonnement augmente d'un ordre de grandeur lors de l'utilisation de la protection d'une substance équivalente à un tissu (polymères tels que le mylar, le capron, le feutre, la fibre de verre). Ainsi, pour la combinaison Orlan-M, avec une protection de 0,21 g/cm 2 d'une substance équivalente à un tissu, l'intensité du rayonnement diminue de ~e3=19 fois et la dose de rayonnement des rayons X pour le tissu osseux du corps sera 1,29 rad/essence. Pour une protection 0,25 g/cm 2 et 0,17 g/cm 2 , respectivement 1,01 et 1,53 rad/essence.

L'équipage d'Apollo 16 John Young (commandant), Thomas Mattingly (pilote du module de commande) et Charles Duke (pilote du module lunaire) portant une combinaison spatiale A7LB. Il est difficile d'enfiler une telle combinaison spatiale tout seul.

Eugene Cernan en combinaison A7LB, mission Apollo 17.

A7L - le principal type de combinaison spatiale utilisé par les astronautes de la NASA dans le programme Apollo jusqu'en 1975. Vue avec une section de vêtements extérieurs. Vêtements d'extérieur inclus : 1) tissu en fibre de verre ignifuge pesant 2 kg, 2) isolation thermique sous vide (EVTI) pour protéger une personne de la surchauffe lorsqu'elle est au soleil et de la perte de chaleur excessive sur la surface non éclairée de la lune, est un paquet de 7 couches de films minces de Mylar et de nylon avec une surface aluminisée brillante, le voile le plus fin de fibres de dacron est posé entre les couches, le poids était de 0,5 kg; 3) une couche anti-météore en nylon avec un revêtement en néoprène (épaisseur 3–5 mm) et pesant 2–3 kg. La coque intérieure de la combinaison était faite de tissu durable, de plastique, de tissu caoutchouté et de caoutchouc. La masse de la coque intérieure est d'environ 20 kg. Le kit comprenait un casque, des gants, des bottes et du liquide de refroidissement. Le poids de la combinaison spatiale A7L pour les activités extravéhiculaires est de 34,5 kg

Avec une augmentation de l'intensité du rayonnement solaire à une valeur de 0,86 W / m 2 par jour, la dose de rayonnement pour la protection de 0,25 g / cm 2, 0,21 g / cm 2 et 0,17 g / cm 2 d'un tissu- substance équivalente est respectivement de 10,9, 12,9 et 15,3 rad/essence. Une telle dose équivaut à 500 à 700 procédures de rayons X de la poitrine humaine.Une dose unique de 10 à 15 rad affecte le système nerveux et le psychisme, le risque de leucémie sanguine augmente de 5% et un retard mental est observé dans le descendance des parents. Selon l'AIEA, un tel rayonnement de fond représente un très grave danger pour l'homme.

Avec une intensité de rayonnement X de 4,3 W/m 2 par jour, la dose de rayonnement par jour est de 50 à 75 rad et provoque des maladies liées aux radiations.

Le cosmonaute Mikhail Tyurin dans une combinaison spatiale Orlan-M. La combinaison a été utilisée à la station MIR et à l'ISS de 1997 à 2009. Poids 112 kg. Orlan-MK (modernisé, informatisé) est actuellement utilisé sur l'ISS. Poids 120 kg.

La solution la plus simple consiste à réduire à 1 heure le temps qu'un astronaute passe sous les rayons directs du Soleil. La dose de rayonnement absorbée dans la combinaison Orlan-M diminuera à 0,5 rad. Une autre approche consiste à travailler à l'ombre de la station spatiale, auquel cas la durée de l'activité extravéhiculaire peut être considérablement augmentée, malgré le rayonnement X externe élevé. Dans le cas d'un séjour sur la surface lunaire bien au-delà de la base lunaire, un retour rapide et un abri ne sont pas toujours possibles. Vous pouvez utiliser l'ombre du paysage lunaire ou un parapluie de rayons X ...

Simple façon efficace la protection contre les rayons X du soleil est l'utilisation de tôle d'aluminium dans la combinaison. A 0,9 mm d'Al (épaisseur 0,25 g/cm2 en équivalent aluminium), la combinaison a une marge de 67 fois le fond moyen des rayons X. Avec une multiplication par 10 du bruit de fond à 0,86 W/m 2 par jour, la dose de rayonnement est de 0,15 rad/essence. Même avec une augmentation soudaine de 50 fois du flux de rayons X à partir du fond moyen jusqu'à une valeur de 4,3 W/m 2 par jour, la dose de rayonnement absorbée par jour ne dépassera pas 0,75 rad.

A 0,7 mm Al (épaisseur 0,20 g/cm 2 en équivalent aluminium), la protection conserve une marge de rayonnement de 35 fois. A 0,86 W/m 2 par jour, la dose de rayonnement ne sera pas supérieure à 0,38 rad/essence. À 4,3 W/m2 par jour, la dose de rayonnement absorbée ne dépassera pas 1,89 rad.

Comme le montrent les calculs, pour assurer la radioprotection, comme 0,25 g/cm 2 en équivalent aluminium, il faut un équivalent tissu de 1,4 g/cm 2 . Avec cette valeur de la protection de masse de la combinaison, son épaisseur augmentera plusieurs fois et réduira sa convivialité.

RÉSULTATS ET CONCLUSIONS

Dans le cas du rayonnement protonique, la protection équivalente aux tissus présente un avantage de 20 à 30 % sur l'aluminium.

En rayons X, la protection de la combinaison spatiale en équivalent aluminium est préférée aux polymères. Cette conclusion est conforme aux conclusions de David Smith et John Scalo.

Les combinaisons lunaires doivent avoir deux options de protection :

1) paramètre de protection de la combinaison en substance équivalente à un tissu contre le rayonnement protonique, non inférieur à 0,21 g/cm 2 ;
2) paramètre de protection de la combinaison en équivalent aluminium contre les rayons X, non inférieur à 0,20 g/cm 2 .

Lorsqu'elle est utilisée dans l'enveloppe extérieure d'une combinaison spatiale d'une surface de 2,5 à 3 m 2 de protection Al, la masse d'une combinaison spatiale à base d'Orlan-MK augmentera de 5 à 6 kg.

Pour une combinaison lunaire, la dose totale de rayonnement absorbée par le vent solaire et les rayons X du Soleil au cours de l'année d'activité solaire maximale sera de 0,19 rad/jour (la dose de rayonnement équivalente est de 8,22 mSv/jour). Une telle combinaison spatiale a une marge de sécurité contre les radiations de 4 fois pour le vent solaire et une marge de sécurité contre les radiations de 35 fois pour les rayons X. Aucune mesure de protection supplémentaire comme des parapluies en aluminium contre les radiations n'est nécessaire.

Pour la combinaison Orlan-M, respectivement, 1,45 rad/jour (dose équivalente de rayonnement - 20,77 mSv/jour). La combinaison spatiale a une marge de durabilité de rayonnement quadruple pour le vent solaire.

Pour la combinaison A7L (A7LB) de la mission Apollo, respectivement, 1,70 rad/jour (dose équivalente de rayonnement - 23,82 mSv/jour). La combinaison a 3 fois la durabilité du rayonnement pour le vent solaire.

Avec un séjour continu de 4 jours à la surface de la Lune dans des combinaisons spatiales Orlan ou A7L modernes, une personne reçoit une dose de rayonnement de 0,06 à 0,07 Gy, ce qui constitue un danger pour sa santé. Ceci est cohérent avec les conclusions de David Smith et John Scalo , que dans l'espace circumlunaire dans une combinaison spatiale moderne pendant 100 heures avec une probabilité de 10%, une personne recevra une dose de rayonnement dangereuse pour la santé et la vie supérieure à 0,1 Gray. Les combinaisons spatiales Orlan ou de type A7L nécessitent des mesures de protection supplémentaires contre les rayons X, comme des parapluies en aluminium contre les radiations.

La combinaison spatiale lunaire proposée à la base d'Orlan gagne une dose de rayonnement de 0,76 rad ou 0,0076 Gy en 4 jours. (Une heure à la surface de la lune en combinaison spatiale sous le vent solaire correspond à deux radiographies thoraciques.) Selon l'AIEA, le risque radiologique est reconnu comme une condition humaine normale.

La NASA teste une nouvelle combinaison spatiale pour la prochaine mission habitée sur la Lune en 2020.

En plus du risque de rayonnement du vent solaire et du rayonnement X du Soleil, il existe un flux. Plus à ce sujet plus tard.