Люди на Луне [litres] - Виталий Юрьевич Егоров Страница 36

При массе спускаемого аппарата «Зондов» 3100 кг и его внутреннем пространстве около 3,8 куб. м степень защиты от радиации сравнима с 8 см алюминия, что в десять раз больше, чем у Lunar Orbiter, но меньше, чем у Apollo.

Сейчас у Луны летает автоматическая станция LRO, на борту которой установлен радиационный телескоп CRaTER (Cosmic Ray Telescope for the Effects of Radiation). Его микродозиметр, закрытый слоем, эквивалентным 1,6 мм алюминия, за пять с половиной лет в период солнечного минимума показал усредненное облучение 0,035 рад в сутки. Из них не менее 15 % – воздействие солнечных вспышек.

При этом перелет на Луну и обращение на высокой эллиптической орбите показали более высокие значения: 0,05 рад. Сам телескоп показал изменение радиационного воздействия с 0,033 до 0,013 рад в сутки от солнечного минимума к солнечному максимуму.

Индийско-болгарский дозиметр RADOM совершил полет к Луне на борту космического аппарата Chandrayaan-1. Он проводил замеры в радиационных поясах, при перелете и на окололунной орбите. В межпланетном пространстве его измерения показали 0,03 рад в сутки, а на окололунной орбите – 0,025 рад в сутки.

НА ЛУНЕ

Без земной атмосферы и магнитного поля на поверхности Луны можно ожидать двукратное превышение уровня воздействия галактических космических лучей по сравнению с МКС, т. е. около 0,015 рад в сутки в период солнечного максимума. Фактический фон будет выше за счет вторичной радиации, выбиваемой из лунного грунта. «Луна-9» в 1966 году показала 0,03 рад, что оказалось на 25 % больше показателя, ожидаемого учеными. По данным же прибора CRaTER, который обращался на высоте 50–70 км над Луной, вторичная радиация от лунной поверхности дает до 10 % облучения. Для сравнения: дозиметр RADOM на борту Chandrayaan-1 оценил вклад вторичного излучения поверхности Луны в 23 %.

ПОЛЕТ НА МАРС

Радиация в межпланетном пространстве на пути к Марсу в недавнее время изучалась дважды. На американском марсоходе Curiosity размещен радиационный телескоп RAD, который измерял потоки космических лучей в полете с Земли на Марс в 2012 году и продолжает измерять их на Красной планете. Полет марсохода проходил в теплозащитном корпусе, необходимом для посадки в марсианской атмосфере, поэтому степень экранирования радиационного датчика примерно соответствовала защите внутри космического корабля и в среднем составляла 15–20 г на кв. см, что равно слою примерно 6–7 см алюминия. Средний уровень воздействия космической радиации в полете на Марс по кремниевому датчику RAD составил 0,032 рад (1,8 миллизиверта) в сутки, второй датчик показал более высокое облучение – 0,046 рад в сутки.

Альтернативные измерения спустя четыре года после марсохода провели во время полета европейско-российского исследовательского аппарата ExoMars («ЭкзоМарс») в 2016 году. Российско-болгарский прибор «Люлин-МО», установленный на ExoMars, также экранировался слоем, эквивалентным 3,5 см алюминия. По данным его кремниевых детекторов, облучение во время полета составляет 0,037 рад (2 миллизиверта) в сутки.

Для сравнения: норма для жителя Земли около 2,5 миллизиверта в год. Для современных астронавтов и космонавтов считается допустимым облучение за всю их карьеру в размере 1 зиверт. Получается, согласно данным RAD и «Люлин-МО», для космонавтов возможен однократный полет до Марса и обратно, суммарной длительностью около 350 суток в случае экранирования корабля слоем в 3,5–7 см алюминия.

Результаты измерений кремниевых детекторов RAD и «Люлин-МО» различаются примерно на 15 %, что связано с солнечной активностью и разницей в экранирующем слое. По данным RAD, основное воздействие оказывали галактические космические лучи, вклад же солнечных протонов высокой энергии в накопленную дозу не выше 5 %.

Исследования радиации в межпланетном пространстве около Луны и на пути к Марсу показывают повышенное радиационное воздействие в период снижения солнечной активности. Данное наблюдение объясняется так называемой солнечной модуляцией галактического космического излучения. Причина солнечной модуляции в том, что потоки солнечного ветра и солнечной радиации, а также солнечное магнитное поле во время повышения солнечной активности становятся более серьезным препятствием для летящих извне Солнечной системы тяжелых заряженных частиц галактического происхождения.

Солнечная модуляция галактического излучения на примере сравнения количества солнечных пятен (показатель солнечной активности, в нижней части графика) и оценка уровня облучения лунной поверхности по данным моделей и показаниям приборов CRaTER и ACE. NASA

Кроме того, марсианские детекторы наблюдали явления, аналогичные Форбуш-эффекту, который физики обнаружили в 1937 году в ходе наземных измерений. Форбуш-эффект – это кратковременное, порядка суток, снижение потоков космического излучения при усилении скорости солнечного ветра во время солнечных вспышек.

Датчики марсианских аппаратов показали, что экранирование в несколько сантиметров алюминия способно поглощать энергию солнечных частиц, а уровень галактической радиации снижается только благодаря Солнцу. Выходит, что высокая солнечная активность способствует снижению суммарно накопленного облучения от галактического излучения за время полета внутри корабля современного типа.

Эффект солнечной модуляции был известен NASA в 1960-е. Полеты астронавтов на Луну совершались в 20-й цикл солнечной активности, который начался в 1964 году, достиг максимума в 1968-м и завершился в 1976-м. То есть большинство пилотируемых полетов на Луну произошло в период повышенной солнечной активности, что дополнительно снизило степень воздействия космической радиации галактического происхождения.

Измерения космического излучения в межпланетном пространстве показали, что уже при небольшом экранировании детекторов алюминием толщиной в 2–5 см воздействие солнечных вспышек занимает лишь небольшую долю в общей накопленной дозе. Хотя некоторые наиболее «бурные» события на Солнце могли бы нанести серьезный вред. Так, моделирование наиболее мощных солнечных вспышек, зарегистрированных за все время наблюдений – в августе 1972 года и октябре 1989-го, показало, что даже внутри корабля экипаж мог получить за двое суток облучение в 150–280 рад, что в сотни раз больше полученного экипажами Apollo за весь полет и сравнимо с полной дозой марсохода Curiosity, полученной на пути от Земли к Марсу. Правда, в этих моделях учитывали корабль в виде алюминиевой сферы с обшивкой толщиной 2 см. Как правило, корабли, включая Apollo, и модули космических станций имеют экранирование толще в несколько раз. А вот для космонавтов в скафандрах такие вспышки могут представлять серьезную опасность. К счастью, они происходят довольно редко – в среднем раз в десятилетие.

Солнечное излучение и заряженные частицы радиационных поясов эффективно экранируются доступными средствами. Так, измерения прибора «Люлин-5» на МКС показали, что облучение космонавта внутри станции при пересечении нижнего радиационного пояса в области Бразильской аномалии сильно меняется в зависимости от уровня защиты. Материал толщиной 165 мм, близкий человеческому телу по экранирующему свойству (полиуретан), снизил втрое воздействие радиации нижнего пояса Ван Аллена: с 0,015 рад в час до 0,005 рад.