Сегодняшняя статья будет невероятно длинной, но всё же я рекомендую дочитать её тем людям, которые голословно утверждают, что никаких полётов на Луну не было, поскольку и быть их не могло из-за «чудовищной» радиации. При этом эти люди никаких фактов привести не могут. Просто где-то слышали не пойми что и всё. Поэтому мы сегодня попытаемся самыми простыми для понимания словами и наглядными примерами убедить хотя бы несколько человек в том, что они заблуждаются. Автор этой статьи понимает, что некоторых граждан убедить в чём-то невозможно в принципе, и поэтому не строит иллюзий относительно глобального просветительского эффекта в масштабах страны. Но даже прозрение одного человека, который поймёт, где правда, а где ложь, будет считаться приемлемым результатом. Итак, поехали...

Шесть экспедиций

Между 1969 и 1972 годами на Луне высадились шесть экспедиций, отправленных на наш спутник в рамках программы НАСА «Аполлон». Всего на поверхности Луны побывало 12 астронавтов, 4 из которых до сих пор живы. На сегодняшний день это единственные люди, которые совершили путешествие на другое космическое тело. И также это единственные люди, которые столкнулись с опасностями воздействия радиации в ходе полёта к другому космическому объекту.

Многие отрицатели миссий «Аполлон» используют именно радиационный аргумент, чтобы опровергнуть реальность лунных миссий. Эти сторонники теории заговора утверждают, что ионизирующее излучение межпланетного пояса и пояса Ван Аллена без всяких вариантов убили бы любого человека, покинувшего пределы низкой околоземной орбиты. И следовательно полёты на Луну являются мистификацией. Эти тезисы, конечно же, лишены каких-либо оснований. Однако стоит отметить, тем не менее, что опасность космической радиации – это реальность. И она на самом деле представляет собой проблему для будущих межпланетных путешествий.

Давайте же сегодня тщательно разберёмся, в чём же конкретно заключается эта опасность, и можно ли её избежать.

Три вида излучений

«Плохое» излучение в космосе имеет три основных источника: космические лучи, магнитное поле Земли и магнитное поле Солнца.

1. Космические лучи

Это межзвёздные и даже межгалактические частицы, исходящие из самых активных и агрессивных мест во Вселенной. Примерно 90 % это протоны с большой энергией, а 8 % — ядра гелия (альфа-частицы). Остальные 2% составляют электроны (бета-частицы) и разнообразные тяжёлые ядра. В дополнение к заряженным частицам космические лучи могут представлять собой нейтроны и другие частицы, такие как мюоны или позитроны, которые при столкновении с различными материалами оказывают вредное воздействие. Проникающая способность таких частиц в веществе зависит от их энергии и типа.

Космические лучи характеризуются чрезвычайно широким энергетическим диапазоном (10^9 – 10^20 эВ), поэтому их опасность для человека сильно колеблется. Но в любом случае мощность среднего потока космических лучей вблизи Земли очень мала. Для космонавтов, находящихся на низкой околоземной орбите, работающих на МКС, защитой от космических лучей является магнитное поле Земли.


2. Солнце

Наша звезда вносит свой вклад в межпланетное излучение частицами солнечного ветра и высокоэнергетическими фотонами (УФ, рентгеновские и гамма-лучи). Солнечный ветер состоит из относительно большого потока протонов, альфа-частиц и тяжёлых ионов, и средняя энергия этих частиц значительно ниже, чем у космических лучей. Однако не всегда. Иной раз наша звезда имеет дурную привычку выбрасывать очень опасные частицы во время так называемых «солнечных вспышек», которые обычно связаны с такими явлениями, как выбросы корональной массы.

Большинство частиц, образующихся в ходе этого процесса, представляют собой протоны, энергия и плотность которых сильно варьируются. Поэтому далеко не все подобные события могут повредить каким-то образом оборудованию или людям, осуществляющим пилотируемую миссию.

Примерно только 20% вспышек производят частицы, которые достигают системы Земля-Луна. Да, без надлежащей защиты космонавт, находящийся в межпланетном пространстве и подвергшийся облучению в результате такого события, вполне может получить смертельную дозу радиации. Что не означает, кстати, что его смерть наступит мгновенно.

К счастью для пилотируемых космических исследований, по-настоящему сильные события такой природы очень редки: только одно или максимум два происходят в течение одиннадцатилетнего цикла солнечной активности. Обычно это случается тогда, когда он близок к своему максимуму.

Во время выполнения программы «Аполлон» крупнейшая вспышка на Солнце произошла в августе 1972 года, прямо между миссиями «Аполлон-16» и «Аполлон-17». Хотя даже в том случае, если бы это случилось во время полёта, экспедиция, вероятно, прошла бы нормально.

В дополнение к частицам Солнце во время вспышек также может испускать и значительное количество рентгеновских и гамма-лучей. Структура космического корабля, как правило, намного эффективнее блокирует эти электромагнитные излучения, чем в том случае, когда речь идёт о частицах. Тем не менее полностью остановить этот поток очень сложно.

3. Магнитное поле Земли

Последний источник излучения, о котором следует упомянуть, — это магнитосфера Земли. Магнитное поле нашей планеты защищает нас от энергичных частиц космических лучей и Солнца, но при этом задерживает некоторые из этих частиц в определённых областях. Эти области называются радиационными поясами Ван Аллена. Они представляют собой основной источник опасности для пилотируемых полётов на низкие и средние орбиты. Состоят пояса Ван Аллена из двух электронных и одного протонного пояса. Их размер и форма зависят от солнечной активности. Внутренний пояс, состоящий из низкоэнергетических электронов (1-5 МэВ), обычно имеет пик на высоте 2000-5000 км и простирается до 12000 км в космос. Внешний электронный пояс намного шире и состоит из гораздо более энергичных частиц (0,1-10 МэВ), максимальная плотность которых достигается на высоте около 25 000 км. К счастью, практически все пилотируемые миссии на НОО проходят под этими электронными поясами.

Магнитное поле Земли также захватывает протоны со средней энергией до 10 МэВ в зону, простирающуюся от верхних слоёв атмосферы до магнитопаузы (36 000–67 000 км), с пиком на 13 000 км, совпадающую, таким образом, с внутренним электронным поясом. Эти протоны пояса Ван Аллена особенно опасны в так называемой Южно-Атлантической аномалии (ЮАА), расположенной на 35º южной широты и 35º западной долготы. В этом регионе плотность протонов на низкой околоземной орбите (НОО) намного превышает плотность, обнаруженную в остальных земного шара. На самом деле подсчитано, что большая часть доз облучения, полученных космонавтами на низкой орбите, приходится на ЮАА, поскольку любой корабль, находящийся на НОО с наклонением орбиты более 30º (как в случае с МКС) проходит через неё не менее пяти раз в сутки.

Итак, мы выяснили, что наиболее опасными с точки зрения межпланетной радиации являются солнечные вспышки и земные радиационные пояса.


В чём измеряется доза радиации?

Но прежде, чем продолжить, давайте освежим в памяти информацию о единицах, используемых для измерения поглощённой дозы облучения, получаемой космонавтами во время космического полета.

Первоначально наиболее используемой единицей измерения поглощённой дозы был рад. Он определяется как доза ионизирующего излучения, необходимая для того, чтобы вызвать поглощение 0,01 Дж (джоуля) энергии одним килограммом материи. Эта единица в настоящее время считается устаревшей, и учёные в какой-то момент предпочли использовать единицу, признанную во всём мире, грей (1 Гр = 100 рад). Проблема этих единиц с точки зрения пилотируемых полётов состоит в том, что они не учитывают разное воздействие радиации в зависимости от характера поражаемого материала. Ведь очевидно, что 1 кг железа это не то же самое, что 1 кг человеческого тела. Кроме того, воздействие одной и той же дозы радиации на живых существ различается в зависимости от конкретной облучаемой ткани. Есть области нашего тела, которые гораздо более чувствительны к ионизирующему излучению, чем другие. Например – костный мозг или желудок.

По этой причине была введена еще одна единица эквивалентной эффективной дозы (или просто эффективной дозы), бэр, которая представляет собой способ выражения дозы в радах, умноженной на поправочный коэффициент, зависящий от типа ткани человеческого организма. Бэр был очень популярен в 60-х и 70-х годах, но поскольку он пропорционален раду, было решено всё же заменить его на другую единицу – зиверт. (1 Зв = 100 бэр). Зиверт является гораздо более эффективной единицей, когда речь идёт об измерении биологического повреждения, возникающего от той или иной дозы радиации.

Важно понимать, что опасность излучения зависит не только от его энергии и природы (протоны, гамма-лучи и т. д.) но и от времени воздействия. Если космонавт за всю жизнь получит 0,25 Зв (25 бэр), маловероятно, что у него разовьётся рак или радиационное поражение. Однако если он получит такую дозу менее чем за 30 дней, риск развития какого-либо вида онкологии резко возрастёт.

Считается, что доза более 6 Зв (600 бэр), полученная в течение всей жизни (70 лет) приведёт к заболеванию раком с вероятностью почти 100 %. И если время воздействия такой высокой дозы резко сократить, скажем, до одного часа, шансы на выживание человека практически равны нулю. Мгновенные дозы более 30 Зв вызывают смерть любого человека в период от 0 до 48 часов, хотя в этом случае смерть, конечно, будет вызвана не раком.

Обычный рентгеновский снимок даёт нам эквивалентную дозу 0,1 мЗв (0,02 бэр), в то время как в течение года все мы получаем около 2-5 мЗв (0,3-0,5 бэр) за счёт окружающих нас источников естественного излучения. В том числе и космических лучей, проходящие через атмосферу (в среднем по миру 2,4 мЗв/год).

Точно так же характер тканей, а также возраст и пол (предел эквивалентной дозы для женщин несколько ниже, чем для мужчин, из-за чувствительности тканей молочной железы) является ещё одним фактором при установлении пределов максимально возможных доз облучения для астронавтов НАСА.

Вероятность болезни

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что эффекты радиации носят в основном вероятностный характер. То есть у некоторых людей при воздействии одних и тех же эквивалентных доз облучения в течение одного и того же промежутка времени через некоторое время разовьётся рак. А у других – нет. Значения допустимых доз выбраны таким образом, чтобы вероятность развития рака на протяжении всей жизни астронавта не превышала 3%. Поэтому необходимо понимать, что, даже если мы останемся ниже рекомендованных доз, у астронавта на протяжении всей жизни может развиться рак из-за радиации, полученной во время пребывания в космосе. Хотя это будет маловероятно.

Космические лучи могут давать дозу 0,01 мГр в час, но на поверхности Луны эта величина уменьшается почти вдвое. Эта доза увеличивается во время минимумов солнечной активности, когда магнитное поле Солнца ослабевает, что способствует проникновению космических лучей в Солнечную систему. Дозы радиации во время особенно интенсивной солнечной бури могут сильно различаться, но обычно находятся в диапазоне 3-4 Зв (300-400 бэр). Это может показаться не впечатляющим, но давайте помнить, что время экспозиции также имеет значение. Космонавт, подвергшийся мгновенному облучению в 4 Зв во время солнечной бури, получил бы дозу, эквивалентную максимально допустимой за всю его карьеру.

А теперь, когда мы рассмотрели типы космической радиации и типичные дозы облучения давайте наконец поговорим о том, много ли «нахватали» радиации астронавты в ходе выполнения полётов по программе «Аполлон».

Сколько получили радиации астронавты?

Из того, что мы выяснили, можно сделать вывод, что если время облучения не очень велико, радиационные условия в межпланетном пространстве не особенно опасны по сравнению с дозами, получаемыми на НОО. За двумя исключениями: радиационные пояса Аллена и солнечные вспышки. В первом случае миссии «Аполлон» пересекли эти районы очень быстро, всего за несколько часов (30 минут в случае с внутренним протонным поясом, самым опасным), поэтому поглощённая доза была просто мизерной. А вот что касается солнечных вспышек, тот тут астронавтам «Аполлонов», конечно очень повезло. Хотя вероятность такого события в ходе полётов оценивалась невысоко. Но риск всё же был, конечно.

В 1960-х годах характеристики радиационных поясов еще не были хорошо известны, но НАСА осознавало их опасность для пилотируемых полётов. На самом деле космическое агентство США вовсе не недооценивало опасность поясов Ван Аллена и солнечных частиц. Оно придавало этому вопросу огромное значение.

Для измерения радиации в ходе полётов «Аполлонов» использовались самые разные дозиметры и датчики. На каждом корабле был установлен специальный прибор для измерения радиации при пересечении радиационных поясов, так называемый прибор VABD (дозиметр пояса Ван Аллена). Кроме того, каждый космонавт имел персональный дозиметр радиации (PRD) для измерения накопленной дозы. Это устройство носили в карманах лётных костюмов и в открытом космосе. У него был небольшой экран, который показывал кумулятивную дозу в любой момент времени, и каждые 12 часов астронавты должны были записывать и сообщать показания дозы в Хьюстон. В дополнение к PRD космонавты носили три пассивных дозиметра, распределённых по разным участкам их одежды (грудь, лодыжка и бедро) для анализа после полета. Экипажи также имели в своём распоряжении портативный радиационный измеритель RSM (Radiation Survey Meter), который регулярно использовался для проверки уровня радиации в различных частях корабля. Как мы видим, НАСА с самого начала считало, что радиация имеет большое значение.





Космическая радиация. Предельная доза

НАСА установило предел радиации для миссий «Аполлон» продолжительностью около десяти дней на уровне 400 рад (4 Гр) для поглощённых доз в коже и 50 рад (0,5 Гр) во внутренних органах (кроветворных). Это были просто чудовищные дозы по сравнению с сегодняшними стандартами. Главным образом такие значения были приняты потому, что долговременные эффекты радиации, особенно вызванные энергичными частицами, еще не были хорошо изучены. Конечно, это были эксплуатационные пределы, то есть считалось, что в случае их превышения у экипажа есть хорошие шансы сразу выйти из строя и вскоре после этого погибнуть, с последующим провалом целей миссии. Но в любом случае дозы, измеренные во время миссий «Аполлон», оказались намного ниже ожидаемых и явно ниже эксплуатационных пределов.


Миссия,получившая наибольшую дозу, это «Аполлон-14» с поглощённой дозой 1,14 рад (11,4 мГр) и эквивалентной дозой 0,0014 бэр. Разница в поглощённых дозах во время каждой миссии была обусловлена ​​изменчивостью солнечной активности и разными задачами, которые экипаж выполнял в космосе. Выяснилось, что дозы, полученные внутренними органами, были примерно на 40 % ниже доз, измеренных на коже. Важно отметить, что дозы, полученные в ходе выполнения миссий «Аполлон-7» и «Аполлон-9» были практически аналогичны остальным несмотря на то, что они проходили на околоземной орбите.

«Страшные» радиационные пояса вносили только 1 мГр (0,1 рад) в ходе каждой экспедиции. Во время большинства полётов, включая прохождение поясов Ван Аллена, трое астронавтов оставались внутри командного модуля (CSM). Экранирование структуры CSM считалось достаточным для блокировки большинства энергичных частиц и фотонов. Хотя оставались некоторые сомнения относительно уровня защиты хрупкого лунного модуля (LM). Фактически установленные правила техники безопасности не позволяли экипажу войти в LM до тех пор, пока они не пересекали самый плотный участок внешнего радиационного пояса. Тем не менее дозы, полученные командиром и пилотом LM, оказались практически такими же, если даже не уступали дозам, полученными пилотом CSM почти во всех полётах. Например, Армстронг и Олдрин получили дозу, аналогичную дозе Коллинза несмотря на то, что эти люди провели больше времени в LM и на лунной поверхности и, следовательно, вне защиты CSM.


Но почему?

Вы спросите – но как такое может быть? Ведь астронавты, находящиеся за пределами околоземной орбиты, не защищены магнитным полем Земли! Да, это так. Но не стоит забывать, что время экспозиции так же важно, как и мощность потока излучения. Миссии «Аполлон» проводили за пределами магнитосферы Земли всего десять суток или около того, в то время как пребывание на МКС может длиться и полгода.

Кстати, рекорд по пребыванию в космосе по-прежнему принадлежит нашему соотечественнику Валерию Полякову, который работал на борту станции «Мир» 14 месяцев.

Средняя эффективная доза облучения для космонавтов в экспедициях на МКС составляет около 0,25 Зв (25 бэр), то есть около 0,5 Зв/год, что более чем в десять раз превышает то, что мы можем обнаружить в любом месте земной поверхности, свободном от искусственного излучения

Совершенно очевидно, что это не игрушки: радиация в космосе – дело очень серьёзное. Астронавты «Аполлонов», и астронавты и космонавты на МКС часто сообщали, что наблюдали и наблюдают сейчас небольшие вспышки даже с закрытыми глазами. Вероятно их вызывают взаимодействия высокоэнергетических частиц с сетчаткой глаз.

Несмотря на то, что ни один астронавт «Аполлонов» не был «поджарен» радиационными поясами или космическими лучами, все данные свидетельствуют о том, что среднее межпланетное (окололунное) излучение всё же выше среднего, фиксируемого на низкой околоземной орбите. Но совершенно незначительно. При отсутствии вспышек на Солнце, разумеется.

Проблема есть

Однако это не преуменьшает значение того фактора, что радиация – одна из самых больших проблем, возникающих при осуществлении пилотируемых путешествий по Солнечной системе. В этом смысле главной защитой миссий «Аполлон» была их кратковременность. А вот полёт на Марс может длиться месяцы или даже годы. Поэтому накопленные дозы резко возрастут, а шансы пострадать от последствий смертельной солнечной вспышки станут вполне ощутимыми. Особенно вблизи пика максимальной активности Солнца.

На данный момент не установлено никаких ограничений на дозы, которые астронавт может получить во время миссии на Марс. Хотя, по некоторым оценкам, разумным пределом может быть 1 Зв (100 бэр) в ходе миссии.

Важно подчеркнуть, что мы до сих пор точно не знаем о воздействии энергетических частиц на организм человека в долгосрочной перспективе, поскольку большая часть данных о облучениях живых организмов получена в ходе изучения последствий воздействия рентгеновских и гамма-лучей.

Но в любом случае, рано или поздно, человек отважится покинуть Землю, следуя по стопам «Аполлонов».

И пусть он будет хорошо защищён...Источник: "Живой космос"