Люди на Луне - Виталий Юрьевич Егоров

МЕЖДУНАРОДНАЯ КОСМИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ (МКС)

По данным российско-европейского эксперимента «Матрешка-Р», проведенного в сотрудничестве с Европейским космическим агентством, среднее облучение экипажа в модуле «Звезда» российского сегмента МКС в период солнечного минимума составляет 0,014–0,018 рад в сутки, что практически совпадает с данными Apollo 14. При этом уровень облучения на внешней части МКС составляет 0,15 рад, т. е. примерно в 10 раз больше, чем внутри станции. Скафандр экранирует примерно две трети излучения – до 0,05 рад в сутки.

Модуль «Звезда» обеспечивает экипаж средним экранированием в 30 г на кв. см, что сравнимо с командным модулем Apollo.

Основная масса заряженных частиц, которая обрушивается на МКС, относится к радиационным поясам нашей планеты. Радиационный детектор Европейского космического агентства R3DR2 на внешней части Международной космической станции определил уровень воздействия галактических космических лучей в размере 0,007 рад в сутки. Это в 4,5 раза меньше, чем в межпланетном пространстве. Радиационные пояса вносят основной вклад в облучение станции, оставляя галактическим космическим лучам и солнечным протонным событиям менее 40 % от суммарной дозы.

Размещенный на внешней части модуля «Звезда» блок дозиметров «Матрешка». Роскосмос, JAXA, ESA

Полярные сияния, где потоки солнечных заряженных частиц взаимодействуют с атмосферой Земли, начинаются с высоты 900 км. То есть Международная космическая станция, летающая на высоте 400 км, частично прикрыта и земным магнитным полем, и верхними слоями атмосферы. Все это снижает воздействие галактических космических лучей примерно вдвое. Земля своим «телом» и плотными слоями атмосферы прикрывает околоземные спутники, космические корабли и станции примерно от половины космических лучей. Тот же эффект наблюдается на низкой орбите и поверхности Луны и Марса.

Еще один важный результат получен на МКС российско- болгарским дозиметром-радиометром «Люлин-5»: на степень воздействия радиационных поясов значительно влияет ориентация станции. Если тело станции перекрывает поток, то уровень облучения падает в четыре раза. Эти данные можно использовать в будущих полетах через радиационные пояса и далее – на Луну и Марс.

Уровни накопленной дозы дозиметра Van Allen Probes в зависимости от толщины слоя алюминиевой защиты. NASA

РАДИАЦИОННЫЕ ПОЯСА ВАН АЛЛЕНА

Наиболее активное изучение околоземных радиационных поясов вели два зонда NASA под названием Van Allen Probes с 2012 по 2019 год. Согласно их данным, накопленным почти за тысячу суток полета, облучение внутри радиационных поясов в среднем составляет 10 рад в сутки для дозиметра, защищенного 1 см алюминия.

Также более 20 лет на расстоянии примерно 1,5 млн км от Земли со стороны Солнца работает космический аппарат ACE (Advanced Composition Explorer), который измеряет потоки солнечного излучения и галактических частиц. Спектрометр наиболее тяжелых заряженных частиц CRIS (Cosmic Ray Isotope Spectrometer), размещенный на ACE, показал разницу от 0,016 рад в сутки облучения в солнечный максимум до 0,043 рад в сутки во время солнечного минимума для незащищенных элементов. Защита в 1 см алюминия обеспечила снижение уровня облучения на 30–40 %.

В 2014 году NASA провело испытательный беспилотный запуск прототипа межпланетного космического корабля Orion («Орион»), который должен в будущем обеспечить полеты людей в окололунное пространство. На борту корабля размещалась пара дозиметров BIRD (Battery-operated Independent Radiation Detector, или независимый радиационный детектор на батарейке). Полет командного модуля Orion продолжался 4 часа 24 минуты, за это время аппарат совершил два витка вокруг Земли, один из которых – по вытянутой орбите. В первом витке достигнута высота 400 км, на втором – 5800 км. На втором витке Orion дважды пересек нижний радиационный пояс Земли – в течение 10 минут во время подъема и в течение 45 минут во время спуска. В первом случае пиковая доза достигла 0,002 рад в минуту, а во втором – 0,1 рад в минуту. Суммарная накопленная доза за весь полет составила на одном дозиметре 1,8 рад, на втором – 1,6 рад. Экранирование прибора было эквивалентно 6,5 см алюминия.

ПОЛЕТ НА ЛУНУ

Радиацию вокруг Луны и на ее поверхности измеряли также еще до пилотируемых полетов. Счетчик Гейгера внутри корпуса советского спускаемого аппарата «Луна-9» в 1966 году посчитал радиационный фон в размере 0,03 рад в сутки, а во время полета было примерно на треть больше. Эти показания очень близки к результатам Apollo.

Серия из пяти американских окололунных аппаратов Lunar Orbiter в своих полетах в 1966–1967 годах регистрировали радиацию в радиационных поясах Земли по пути к Луне и на орбите вокруг нее. Их показания значительно различались в зависимости от солнечной активности во время полета. На каждый аппарат приходилась пара датчиков радиации, которые находились в разных участках внутри герметичных корпусов с фотокамерами. Один датчик закрывался слоем алюминия толщиной 7,5 мм, второй – 0,6 мм. Первый датчик включался до прохождения радиационных поясов, а второй – после; кроме того, также они имели разную чувствительность.

Такой сильный разброс показаний связан с невысокой степенью защиты дозиметров Lunar Orbiter и изменением солнечной активности. Серьезный вклад в облучение вносили даже слабые солнечные вспышки. Без вспышек обошлась первая часть полета Lunar Orbiter 2, и он показал, что преодоление радиационного пояса дает 0,75 рад облучения, а обычный фон галактического излучения добавляет около 0,03 рад в сутки за защитой 7,5 мм алюминия, что подтверждается другими измерениями.

Копия антропоморфного манекена, который совершил полет к Луне на борту «Зонда-7», в экспозиции Мемориального музея космонавтики в Москве. Фото автора

В 1968–1969 годах Советский Союз запускал к Луне прототипы космических кораблей «Зонд-5», «Зонд-6», «Зонд-7», они облетали Луну и возвращали на Землю спускаемый аппарат, подобный тем, что планировали использовать в пилотируемых полетах. Во всех трех полетах радиационные детекторы, размещенные внутри спускаемого отсека, показали накопленную дозу не выше 3,5 рад, т. е. не более 0,6 рад в сутки. Разработчики отмечали, что основной вклад в облучение вносил радиационный пояс Земли, что совпадает с данными Lunar Orbiter.

В спускаемом отсеке «Зонда-7» находился человекоподобный манекен с радиационными датчиками. Манекен специально изготовили из материалов, близких к человеческому организму по свойствам пропускать и поглощать радиацию. Его задачей было определение степени биологического воздействия космической радиации на экипаж внутри космического корабля и даже на органы внутри тела. Детекторы на основе так называемой ядерной эмульсии размещались в «Зонде-5» рядом с контейнерами биологических образцов, а в «Зонде-7» – на поверхности манекена и внутри его на глубине 5 см. Эмульсии показали вполне обнадеживающие результаты. По данным автореферата Л. Н. Смиренного на соискание ученой степени доктора технических наук, на поверхности манекена суммарная накопленная доза составила около 0,1–0,3 рад,