Люди на Луне

Магнитное поле нашей планеты «сортирует» заряженные частицы по их массе и энергии. Нижний, или внутренний, радиационный пояс на высоте 1000–12000 км над Землей формируется из более тяжелых протонов, в том числе высоких энергий, он имеет наибольшую плотность частиц на высоте 6000 км. Самая нижняя его часть находится в районе южной части Атлантического океана и прижимается к Земле до высоты примерно 400 км – это так называемая область Бразильской магнитной аномалии, пересекаемая космическими станциями и спутниками на низкой околоземной орбите.

Схематичное изображение радиационных поясов Земли. ESA

Протонный пояс – это одна из важных причин низкого полета Международной космической станции и пилотируемых кораблей, после программы Apollo люди не поднимались над Землей выше 620 км. Протоны нижнего радиационного пояса имеют высокую проникающую способность, и корпуса корабля или станции недостаточно для защиты от них в течение дней, недель или месяцев.

Второй радиационный пояс – верхний, или внешний – находится на высоте 13 000–60 000 км и состоит в основном из потока легких электронов, хотя они заполняют все пространство радиационных поясов, но их плотность неоднородна. Во время крупных солнечных выбросов, когда в магнитосферу Земли попадает много заряженных частиц, временно формируется еще третий радиационный пояс. Частицы радиационных поясов движутся по магнитным линиям и могут поглощаться нашей атмосферой в районе полюсов.

Откуда и что мы знаем о космической радиации?

КРАТКИЙ ОТВЕТ: Дозиметры запускались в космос с самой зари космонавтики, и на момент полета людей на Луну о радиации у Земли, в межпланетном пространстве и у Луны было известно достаточно, чтобы быть уверенным в безопасности для экипажей кораблей. Сегодня радиация изучается на МКС, околоземных, окололунных аппаратах и в межпланетных запусках.

За всю историю космонавтики многократно проводились эксперименты по изучению потоков космической радиации и способов защиты от нее. Бóльшая часть экспериментов была направлена на изучение космоса: процессов на Солнце, на других объектах нашей Галактики и в дальнем космосе. Однако часть исследований на околоземной орбите, на Луне и Марсе велась и ведется сегодня с расчетом на пилотируемые полеты. Первые замеры радиации в космосе совершались на самых первых космических аппаратах: советском «Спутнике-3» и американском Explorer 1 («Эксплорер-1»). Тогда-то ученые и узнали о существовании радиационных поясов вокруг Земли. До первых полетов людей к Луне уже был известен уровень радиации на низкой околоземной орбите, в радиационных поясах Земли, в межпланетном пространстве и на Луне.

Также надо немного сказать о единицах измерения радиации. При изучении литературы можно встретить множество единиц: рентгены, бэры, рады, греи, зиверты, джоули… Мы будем использовать две единицы: рад – показатель поглощенной дозы, и зиверт – биологический эквивалент поглощенной дозы. Единица рад сегодня применяется реже, так как не входит в число единиц СИ, но на заре космонавтики ею активно пользовались, и мы оставим ее. Зиверт – это показатель степени биологического воздействия радиации, который может меняться в зависимости от типа излучения. Так, 100 рад гамма-излучения приведет к облучению в 1 зиверт, но 100 рад протонной радиации даст до 5 зиверт облучения организма.

Годовая норма облучения жителя Земли от естественных источников – 2,5 миллизиверта. Рентгенография грудной клетки – 0,2 миллизиверта. Однократное облучение всего тела в размере 5 зиверт приводит к лучевой болезни с 50 %-ной вероятностью смертельного исхода. Суммарное облучение в 1 зиверт считается допустимым для космонавта за всю его карьеру. Полет до Марса и обратно в корабле современного типа дает примерно 2 миллизиверта в сутки или 0,6 зиверта в сумме за весь полет.

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.