Воздействие солнечной радиации в межпланетном пространстве представляет собой значительную трудность для пилотируемых космических полетов. Перелет на Марс занимает продолжительное время, а точный прогноз крупных солнечных явлений на данный момент невозможен. Однако исследователи разработали метод быстрого предупреждения экипажа о наступлении подобного события, позволяющий космонавтам подготовиться к воздействию пиковой дозы радиации. Оказывается, в решении этой задачи может быть использован прибор, уже функционирующий на Марсе.
По данным российского Института медико-биологических проблем, где следят за здоровьем космонавтов, на Международной космической станции годовая доза составляет около 220 миллизивертов. Отечественные космические медики «разрешают» космонавту провести на орбите в общей сложности около четырех лет за всю карьеру.
Аналогичный предел определяют и специалисты из NASA: не более 600 миллизивертов за весь период пребывания в космосе. Несколько лет назад в космонавтике считались целых четыре зиверта за всю жизнь.
Согласно расчетам, полет к Марсу и обратное путешествие, занимающие шесть-девять месяцев, приведут к тому, что космонавт получит 930 миллизивертов, и это без учета времени, затраченного на работу на поверхности планеты. Учитывая разреженную атмосферу и слабое магнитное поле Марса, российские радиобиологи оценивают уровень радиации на планете сопоставимым с таковым на Международной космической станции.
Данные показатели также указывают на отсутствие значительных солнечных явлений во время полета, а именно вспышек и корональных выбросов массы. Последние представляют собой извержение и выброс большого объема солнечной плазмы в окружающее пространство, что приводит к возникновению солнечно-протонного шторма. В ходе такого шторма от звезды с огромной энергией в направлении Земли движутся протоны, электроны и даже гелиевые ядра.
Это может представлять значительную угрозу для здоровья. Медицинские работники не исключают даже возможность возникновения острого лучевого синдрома, однако в любом случае считают весьма вероятными отдаленные последствия, такие как: развитие онкологических заболеваний, дисфункция центральной нервной системы и ухудшение двигательных способностей.
Врачи считают, что для космонавтов следует разрабатывать специализированные скафандры, позволяющие оперативно надеть их в случае необходимости, а на Марсе понадобятся убежища, преимущественно расположенные под землей, поскольку грунт обеспечивает эффективную естественную защиту от радиационного воздействия.
Чтобы у космонавтов была возможность подготовиться и надеть необходимое оборудование или найти укрытие, группа ученых из Германии, США и Китая поделилась результатами своего исследования в опубликованной недавно статье, доступной на сервере препринтов Корнелльского университета (США).
По мнению исследователей, экипаж должен немедленно среагировать на сообщение о превышении уровня радиации на 25 процентов по сравнению с фоновым. Этот порог может быть зафиксирован детектором оценки радиации (Radiation assessment detector, RAD), установленным на борту марсохода Curiosity.
Он приступил к работе всего через несколько дней после вылета с Земли, в декабре 2011 года, и теперь уже более двух десятилетий наблюдает за уровнем радиации на Марсе. Прибор регулярно проводит измерения каждые 15 минут, и накопленные за эти годы данные сформировали наглядный график, демонстрирующий все «события солнечных энергетических частиц». В ходе перелета в межпланетном пространстве их было пять, а за время работы на планете – 16.
Ученые изучили все имеющиеся данные измерений, собранные за пять дней, предшествующих каждому событию. Анализ показал, что прибор с высокой точностью указывает на начало солнечного шторма, фиксируя увеличение дозы на 25%, до того, как шторм достигнет пика. Продолжительность времени, доступного для принятия мер защиты, варьируется: иногда это два-три часа, а иногда – всего несколько минут.
К счастью, интенсивность потока солнечных частиц влияет на время его нарастания до пика, что дает космонавтам больше времени для подготовки к защите. В отдельных ситуациях, согласно расчетам, пребывание в укрытии или специальном костюме может затянуться более чем на три или даже на четыре дня.
Анализ, проведенный в рамках данного исследования, показал, что устройство RAD критически важно для пилотируемого космического корабля, направляющегося к Марсу или обратно на Землю. Необходимо предусмотреть, чтобы при обнаружении увеличения уровня радиации на 25 процентов по сравнению с нормой, прибор выдавал соответствующий сигнал.