Чтобы защититься от ионизирующего излучения во время полета на Марс, лучше всего отправиться в период наибольшей солнечной активности.
Такой вывод сделали физики, изучившие разные варианты экранирования космического корабля и возможную радиационную обстановку по пути к Красной планете. Также удалось установить максимальную безопасную продолжительность экспедиции.
Специалисты Сколковвого института науки и технологий, Потсдамского центра имени Гельмгольца, Калифорнийского университета и Массачусетского технологического института подготовили научную работу с неожиданными результатами. опубликована в журнале Space Weather, текст находится в открытом доступе.
Два главных источника ионизирующего излучения в междузвездном пространстве — это высокоэнергетические частицы, которые извергает Солнце. SEP), и галактические космические лучи (GCRИнтенсивность каждого типа космического излучения тесно связана с активностью нашей звезды. При высокой активности последней опасное излучение попадает в солнечную систему меньше. Это объясняется давлением вещества, выбрасываемого звездой, на окружающее пространство, из-за чего вокруг нее создается своеобразный кокон (гелиосфера).
Этот барьер эффективно отклоняет или ослабляет высокоэнергетические частицы, поступающие из глубокого космоса — нашей или других галактик. Тем не менее в период максимальной активности Солнце сильнее облучает любой объект внутри гелиосферы. Особенно сильно страдает такой близкий объект, как незащищенный магнитным полем и атмосферой космический корабль на пути к Марсу. Конечно, речь идёт не только о фотонах видимого или инфракрасного излучения, которые хорошо согревают и вообще можно использовать для генерации электричества. Солнце испускает альфа-частицы, протоны, электроны и даже ионы некоторых химических элементов.
Даже с высокой энергией, состоящей из различных частиц, этот коктейль менее опасен, чем галактические космические лучи. GCRИмеют куда большую энергию и способны причинить более серьёзный вред. Поэтому полеты в межпланетном пространстве во время минимума солнечной активности, когда внешние границы гелиосферы задерживают меньше внешнего излучения, небезопасны. Следовательно, нужно определить максимальную безопасную длительность экспедиции к Марсу именно в периоды повышенной солнечной активности.
Авторы нового исследования для ответа на поставленный вопрос применили компьютерное моделирование аналога человека — сфер диаметром 25 сантиметров, покрытых алюминиевой оболочкой и наполненных водой. Такая простая модель традиционно используется в подобных работах и подтвердила свою эффективность в практике. Преимущество такой модели заключается в возможности одновременного оценивания нескольких показателей радиационной защиты: эффективности экранирования аппарата оболочкой, эффективности «самоэкранирования» человека (как хорошо частицы разных энергий замедляются внешними тканями тела) и энергетики, а также глубины проникновения оставшихся незадержанными частиц.
Виртуального «фантома человека» помещали в симуляцию условий облучения в межпланетном пространстве, используя данные наблюдений солнечной активности с 1997 по 2014 год. Оказалось, что минимум ионизирующего излучения проникает на опасную глубину в человеческое тело при поверхностной плотности обшивки корабля около 30 граммов на сантиметр квадратный. Увеличение экранирования приводит к увеличению вторичной радиации (в основном нейтронного потока), что повышает общую дозу для космонавтов или астронавтов.
Основная часть проникающего сквозь экранирование излучения даже при высокой активности Солнца – галактические космические лучи. Таким образом, сравнительно легкая обшивка корабля для путешествия на Марс гарантированно защитит экипаж от опасного облучения. Дополнительные меры могут потребоваться только во время сильных солнечных вспышек. Но благодаря нескольким космическим аппаратам, следящим за Солнцем, такие события можно оперативно обнаруживать и предупреждать экспедицию заранее.
Симуляция в разных моделях показала, что безопасная продолжительность экспедиции на Марс может составить 3,8 года. Взглянув на то, что даже тонкая атмосфера Красной планеты хорошо защищает от космической радиации, с высадкой доступны и четырехлетние полеты. Такое заключение учитывает максимальную дозу облучения астронавта за всю карьеру в один зиверт — лимит, установленный космическими агентствами Европы, Канады и России. Американское NASAВ данный момент рассматривается возможность увеличения допустимых значений (которые сейчас различаются в зависимости от возраста и пола, но не превосходят 0,4 зиверта), так как текущие нормативы не подходят для проведения длительных космических миссий к другим планетам.