В последние годы в мире наблюдается оживление интереса к пилотируемым полётам. Наиболее привлекательными направлениями на ближайшие десятилетия считают Луну и Марс.

Воздействие космической радиации на космонавта за алюминиевым экраном с поверхностной плотностью 10 г/см². Слева показано влияние ста протонов с энергией 100 МэВ, справа — всего десяти протонов, но с десятикратной энергией. Траектория движения исходных протонов отмечена синим цветом, а порождённые ими вторичные частицы — красным (нейтроны), жёлтым (гамма-фотоны) и цианом (электроны). Зелёные точки обозначают взаимодействие излучения с материей. Рисунок Михаила Добындэ/Сколтех.

Серьёзную угрозу для здоровья космонавтов в любом длительном космическом полёте представляет космическая радиация, проникающая из межзвёздного пространства и выбрасываемая из солнечной короны. При этом экранировать корабль (с помощью специальных материалов, электростатическим щитом и пр.) от внешних воздействий можно лишь в определённых пределах, иначе масса космического корабля увеличится настолько, что его запуск станет экономически невозможным.

Выпускник аспирантуры Сколтеха Михаил Добындэ и специалисты из Немецкого научного центра геофизических исследований GFZ, Потсдамского университета, Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Массачусетского технологического института предложили не бороться с космической погодой, а, наоборот, попытаться под неё подстроиться. Исследователи смоделировали уровень радиации внутри космического корабля, используя в расчётах 28 типов опасных частиц межзвёздного происхождения и 10 типов частиц, выбрасываемых Солнцем во время солнечных вспышек. Все они представляют собой положительно заряженные ионы. Разница лишь в том, что из других галактик в Солнечную систему могут проникать потенциально более тяжёлые и опасные частицы. О том, какую угрозу несёт галактическое излучение, говорит тот факт, что сам корабль может стать радиоактивным в результате ядерной реакции, вызванной мощным столкновением частиц с атомами материала обшивки. С этой точки зрения солнечное излучение — скорее друг космонавта, чем враг. Дело в том, что заряженные солнечные частицы, от которых достаточно просто экранировать корабль, дают полезный эффект: они способны ослаблять куда более опасное галактическое излучение.

Напомним, что солнечная активность меняется в соответствии с одиннадцатилетним циклом, в течение которого наступает пик, когда она достигает своего максимума. Опираясь на этот факт, исследователи пришли к выводу, что пилотируемые полёты на Марс лучше планировать на середину 2030-х годов. Согласно результатам выполненного ими моделирования*, в этот период ожидается не только удачное взаимное расположение планет, но и благоприятная солнечная активность, которая нейтрализует действие опасного излучения, проникающего в Солнечную систему из межзвёздного пространства. При использовании для защиты корабля алюминиевых экранов толщиной 10 см продолжительность полёта может достигать четырёх лет без превышения нормативов по радиационной безопасности.

Результаты моделирования радиационной защиты, по просьбе редакции, комментирует директор ИКИ РАН Анатолий Алексеевич Петрукович:

«Проблема космической радиации — одна из определяющих при возможном полёте человека на Марс. Ситуация усугубляется тем, что радиация в дальнем космосе сильно отличается от таковой на низкой околоземной орбите, где дополнительную защиту даёт магнитное поле Земли, и опыта нахождения и выживания человека в таких условиях у современной космонавтики нет.

Более того, наука до сих пор не пришла к единому мнению о составе и степени вредности радиации в дальнем космосе, и данное исследование — очередной шаг в этой дискуссии.

Действительно, в годы солнечного максимума потоки галактической радиации ослабевают, а солнечной — увеличиваются. Однако проблема в том, что заранее силу солнечной активности в максимуме цикла предсказать крайне сложно, а готовиться к полёту надо начинать за много лет. Есть вопросы и к степени защиты, которую может дать оболочка космического корабля (можно ли прикрыться баками с горючим?), не вполне ясна степень вредности тяжёлых ядер для биологических субстанций.

Пока основная цель исследований — нащупать какую-то комбинацию различных методов защиты, которая бы свела риск к приемлемому. Не исключено, однако, что финальное резюме будет пессимистическим и полёт придётся отложить до лучших времён, когда будет возможно радикально сократить сроки перелёта».

По информации пресс-службы Сколтеха.

Комментарии к статье

* Результаты исследования опубликованы на канале «Space Weather», V. 19 (9), 2021.

№10, 2021