Поиск - новости науки и техники

Космос как угроза

Что ждет экипажи межпланетных кораблей

Казалось бы, почти 60 лет как человек впервые полетел в космос, около 20 как «обживает» околоземное пространство на МКС, а проблемы безопасности экипажей все равно остаются. Судить об этом можно хотя бы по тому, что в последнее время эти вопросы дважды обсуждал Совет по космосу, действующий под эгидой РАН. На последнем заседании с докладом «Человек в экстремальных условиях» выступил постоянный автор «Поиска», директор НИИ ядерной физики им. Д.В.Скобельцына при МГУ профессор Михаил ПАНАСЮК (на снимке). Мы попросили Михаила Игоревича прояснить, о каких экстремальных условиях идет речь.
– За несколько лет до полета Юрия Гагарина было известно, что внутри магнитного поля Земли – своеобразного щита, укрывающего планету от космической радиации, энергичных заряженных частиц солнечного и галактического происхождения, – существуют радиационные пояса, представляющие опасность для человека. Перед стартом гагаринского «Востока» в 1961 году на орбиту, по которой должен был лететь корабль, запустили несколько автоматических станций с аппаратурой, в том числе сделанной в МГУ, для измерения космической радиации. Нужно было понять, чем она грозит человеку. Данные проанализировали и пришли к заключению, что полет не опасен. Хотя дозы радиации оказались несколько выше, чем на поверхности Земли, угрозы они не представляли.
Освоение космоса продолжалось. Люди создавали орбитальные станции, космонавты работали на них месяцами и даже более года. Однако сиюминутного и серьезного воздействия радиации на их здоровье не обнаруживалось. Все дело в том, что МКС летает под радиационными поясами и опасность представляет лишь район над Южной Атлантикой, где магнитное поле Земли ослаблено и траектории захваченных частиц опускаются низко над Землей, так что орбитальная станция их «задевает». Что касается солнечных частиц, то магнитный барьер планеты предотвращает их проникновение на высоты МКС, и только во время очень мощных солнечных вспышек они могут создать угрозу экипажу. Но галактические космические лучи, обладая громадными энергиями, проходят сквозь магнитное поле, однако их потоки достаточно малы, чтобы возникли опасные дозы радиации. Так что полеты человека на орбите МКС на высоте 400 км относительно безопасны. Тем не менее к радиационной безопасности пилотируемых полетов на малых высотах нужно относиться внимательно – это связано, в первую очередь, с их продолжительностью и нашей возможностью предсказать солнечные события.
– Что собой представляют солнечные лучи и насколько они опасны?
– Наше светило генерирует энергичные частицы во время взрывов, происходящих внутри звезды. Для сравнения. Мощность взрыва средней по мощности атомной бомбы – 1012-1014 Дж. А энергия солнечных вспышек – 1024 Дж. и более. В миллиарды раз мощнее атомной бомбы! Гигантские вспышки, сопровождающиеся генерацией протонов с энергиями в сотни мегаэлектронвольт и гигаэлектронвольт, случаются достаточно редко – в годы максимальной солнечной активности или на ее спаде. И никакая защита космического аппарата для них не преграда. Проблема еще и в том, что специалисты не знают, когда они могут произойти. Их прогноз – задача сверхактуальная. Особенно это важно для полетов на Луну и Марс, на длительное время, когда вероятность таких явлений увеличивается, а естественной магнитной защиты нет.


– Есть ли риск для космонавтов, часами работающих в открытом космосе?
– Вопрос непростой, поскольку опасность должна оцениваться в цифрах радиационного риска. Его можно вычислить и оценить, но это – дело космической медицины и биологии. Как физик скажу, что на орбите МКС радиация в среднем в десять раз больше, чем на поверхности Земли. Насколько мне известно, чтобы получить угрожающую для жизни дозу радиации, космонавт должен работать на низкоорбитальной станции около пяти лет. На Луне американские астронавты действительно рисковали жизнью, так как могли получить летальную дозу радиации. Это могло случиться и при запуске корабля «Аполлон» в 1972 году (отложенного по техническим причинам). Тогда на Солнце произошла очередная вспышка и дозы радиации от солнечных космических лучей достигли критического уровня. Хорошо, что это – большая редкость: наимощнейшие вспышки происходили только в 1991-м, 2003-м и 2005 годах. К сожалению, спрогнозировать очередной всплеск физикам пока не удается. Это удача, что ничего особенного не происходило на Солнце во время работы космонавтов в открытом космосе, – бог миловал.
– Чем страшны для людей галактические космические лучи?
– Хотя потоки ГКЛ малы, у человека они могут вызвать различные нежелательные и в том числе рискованные биологические эффекты. Тревожный звонок для специалистов прозвенел, когда астронавты на корабле «Аполлон» в конце 60-х годов полетели на Луну. В составе ГКЛ присутствуют очень тяжелые частицы – ядра разных элементов, железа, например. Хотя их мало, но, попадая в человека, они могут иметь нежелательные последствия. Поэтому специалисты насторожились, когда астронавт Басс Олдрин пожаловался, что ощущает световые вспышки в глазах. А дело в том, что для галактических частиц глаз послужил своего рода детектором, их регистрирующим. Эффект беспокоил астронавта, но особых сиюминутных негативных последствий не вызвал. Однако впоследствии в ходе наземных экспериментов радиобиологи обнаружили связь между воздействием тяжелых ядер высокой энергии и изменениями на клеточном уровне и даже в центральной нервной системе биообъектов. А это в плане отдаленных последствий опасно. Поэтому проблема радиационной безопасности полета человека в дальний космос актуальна, и не все здесь для специалистов очевидно.
– Вы – участник недавних советов РАН по космосу. Почему Академия уделяет особое внимание безопасности полетов?
– Сейчас специалисты ряда стран составляют планы полетов в дальний космос. Американцы планируют высадить двух астронавтов на спутнике Земли в 2024 году. И для России Луна – также цель номер один. Запуски автоматических научных аппаратов на Луну скоро последуют один за другим, а также пилотируемый полет и создание лунной научной обсерватории. Обсуждается и полет человека на Марс. Главный вопрос: как долговременное воздействие радиации отразится на здоровье экипажей? Например, полет на Красную планету займет не менее полутора лет. А недавние измерения доз радиации на автоматических аппаратах показали, что только во время прямого перелета к планете (менее года) они почти достигают критического уровня. Причем эти измерения проводились в условиях относительно спокойного Солнца. Очевидно, что мощная солнечная активность еще больше увеличит радиационные дозы. Поэтому полет на Марс опасен.
И для лунных экспедиций эта проблема остается, но, конечно, в силу относительно короткого времени перелета к нашему спутнику радиационные нагрузки будут, значительно меньше. Тем не менее специалистам надо ответить на вопрос и выработать рекомендации, сколько времени может находиться человек на лунной орбитальной станции или на ее поверхности, чтобы свести к минимуму радиационный риск. И здесь между специалистами возникла острая дискуссия. Проблема – в правильной оценке вероятности генерации солнечных энергичных частиц. На сегодняшний день общее мнение таково: рискованно посылать человека на Луну дольше, чем на месяц-полтора. Хотя года два-три назад американские коллеги полагали, что в зависимости от солнечной активности можно найти подходящий «коридор» и увеличить срок аж до года. Но сегодня пришли к выводу, что время экспедиции должно быть строго ограничено. И сейчас американские коллеги планируют полет на лунной орбитальной станции Gateway пока не дольше, чем недели на две.
К Марсу лететь еще опаснее, даже без учета солнечных вспышек. Никакая защита не позволяет уберечься от галактических лучей. Выход – в сокращении времени полета космического аппарата так, чтобы его скорость превысила вторую космическую (11,2 км/с). Но создание таких транспортных систем – дело будущего. Все эти сложные проблемы безопасности полетов обсуждает Совет РАН по космосу.
– Какими проектами в этой области располагает НИИЯФ?
– Главный конек нашего института – фундаментальные и прикладные исследования радиационных полей и их воздействия на вещество. Хотим понять, как они возникают, как происходит ускорение и гибель частиц в космосе. Наша цель – изучить механизмы их воздействия на космические аппараты и биообъекты, в том числе на людей, и научиться предсказывать появление вспышек солнечных протонов с тем, чтобы успеть подать сигнал космонавтам о их приближении и они могли укрыться от радиации, что для орбитальных лунных станций достаточно проблематично. Счет пойдет на минуты – так быстро происходит распространение в межпланетном пространстве самых энергичных частиц, летящих с околосветовыми скоростями. Для этого надо создать систему мониторинга радиации и оповещения в реальном времени в космосе. Что я имею в виду? Изменения потоков радиации солнечного происхождения бывают настолько быстротечными, что никакие прогностические модели не могут предсказать их появление. (Неожиданным для нас было внезапное, в течение минут, появление протонов огромной энергии от солнечной вспышки в сентябре 2017 года.) Поэтому, по нашему мнению, нужна система космических аппаратов, которые следили бы за изменениями радиационных потоков и в реальном времени передавали данные на Землю. Все равно что метеорологические буи, «рассыпанные» по Мировому океану для наблюдения за погодой. Замечу, что запущенные на орбиты около Земли и в межпланетное пространство спутники могут быть «малого» класса, включая и кубсаты (наноспутники), так как радиационная и сопутствующая аппаратура не требуют больших габаритов и весов. Создание системы оповещения о радиационной опасности в космосе (наш институт усиленно продвигает проект «Универсат-СОКРАТ»). Первые четыре спутника – кубсаты, созданные в рамках проекта, – будут запущены с космодрома Восточный.

Беседовал Юрий Дризе

Нет комментариев