Ученые ищут способы защитить экипажи от космической радиации при полетах на Луну и Марс
Не за горами полеты на Луну, строительство там обитаемых баз. Обсуждается и возможность экспедиций на Марс. В этой связи остро встает вопрос защиты космонавтов и астронавтов от космической радиации на дальних внеземных трассах.
«В ближнем околоземном пространстве Международная космическая станция защищена мощным магнитным полем, — напоминает авторитетный в России и в NASA специалист, завотделом радиационной безопасности пилотируемых полетов Института медико-биологических проблем РАН, кандидат физико-математических наук Вячеслав ШУРШАКОВ. — Тем не менее в отсеках МКС каждый член экипажа получает ежесуточно облучение, составляющее в среднем 0,6 миллизиверта (мЗв), что втрое больше, чем при рентгене грудной клетки в обычной поликлинике».
За год работы на МКС суммарная доза у космонавта достигает 220 мЗв, что в 11 раз превосходит разрешенный годовой норматив, установленный для работников атомной промышленности.
Но для космонавтов, которые отправляются за пределы Земли в ограниченные по времени командировки, рассчитаны другие лимиты: не более 500 мЗв в год и не свыше 1000 мЗв суммарно за все полеты. Несложно подсчитать, что космонавту можно находиться на низких орбитах в общей сложности 4,5 года.
Шуршаков объясняет, из чего состоят невидимые мощные потоки радиации. Во-первых, это заряженные частицы радиационных поясов Земли — протоны и электроны. Во-вторых, галактическое космическое излучение из глубин Вселенной, несущее ускоренные ядра практически всех элементов таблицы Менделеева. В-третьих, при взаимодействии потоков с корпусом МКС, расположенным внутри оборудованием, с самим телом космонавта рождаются вторичные частицы, увеличивающие воздействие радиации.
Однако во время полетов к Луне, не говоря уж о марсианских экспедициях, картина существенно меняется. Если на низких орбитах вклад галактического космического излучения (ГКЛ) составляет 0,3 мЗв, то есть половину всего облучения, то на дальних космических трассах мощность дозы от ГКЛ увеличивается в 5-6 раз.
К примеру, при годовом полете на Луну облучение членов экипажа может приблизиться к предельному уровню в 500 мЗв. И это при радиационно-спокойных условиях. А если произойдут мощные вспышки на Солнце, так называемые солнечные протонные события, звездоплаватели могут получить смертельные дозы.
Российские ученые провели сложные расчеты, чтобы определить предельные сроки дальних космических командировок. Сначала о полетах в период максимума солнечной активности. При защите алюминиевым экраном толщиной 10 граммов на 1 квадратный сантиметр (стенка космического корабля) члены экипаж-а смогут находиться на ночном светиле или на окололунной орбите не более полутора месяцев. Во время минимума солнечной активности продолжительность лунной экспедиции можно увеличить до года. Очень вольготные лимиты. Но специалисты все же оставляют их на дальнюю перспективу. А пока, на первом этапе, учитывая недостаточность наших знаний, рекомендуют в любом случае ограничиться полутора месяцами.
Впрочем, простой арифметикой тут не обойтись. Почему для конкретного космонавта хватило лишь недельного полета на орбиту, чтобы в организме сработал спусковой крючок, спровоцировавший стремительное развитие страшного заболевания? В 47 лет еще недавно совершенно здоровый звездоплаватель умер от опухоли мозга. А многие космонавты без всяких роковых последствий работают на МКС по полгода, прилетают на орбитальную станцию дважды, трижды и даже 5 раз. Подчеркнем: во всех случаях отбирали в отряд самых здоровых, самых выносливых. И очень горько, когда космонавты умирают от онкологии в 63 года, в 64, в 68...
Получается, некоторые организмы более устойчивы к воздействию космической радиации, обладают механизмом парирования негативных факторов при облучении? А у кого-то иная реакция: фатальный процесс в организме запускается даже после кратковременного космического рейса. «Есть такая гипотеза, — подтвердил мне как-то один из бессменных руководителей службы здоровья космонавтов, заместитель директора Института медико-биологических проблем РАН, доктор медицинских наук, профессор Валерий БОГОМОЛОВ. — Но это лишь гипотеза...»
А пока смертность от рака среди звездоплавателей намного выше аналогичного показателя, рассчитанного для сугубо земного населения. Из 122 побывавших на околоземной орбите космонавтов умерли 40. Четверо погибли при возвращении из космоса: Владимир Комаров, Георгий Добровольский, Владислав Волков, Виктор Пацаев, а Юрий Гагарин погиб при полете на учебном истребителе. Остальные 35 космонавтов ушли в мир иной от болезней, отравления, различных осложнений. И вот на что хотелось бы обратить внимание: около трети из умерших космонавтов скончались от рака. На Земле общероссийский показатель в 1,5 раза ниже.
Если подтвердится гипотеза об устойчивости/неустойчивости к воздействию радиации, это будет колоссальный прорыв. Специалисты смогут использовать новый критерий при отборе кандидатов в отряд космонавтов.
«Но и сегодня уже не вызывает сомнений, что чувствительность к космической радиации у людей разная, — подчеркивает Шуршаков. — Как это проверить? Есть интересные предложения, не связанные с риском. Например, облучаются пробирки с образцами крови космонавта. Затем кровь исследуется, в том числе и с использованием онкомаркеров. Изучают, в частности, хромосомные перестройки, повреждения определенного типа в лейкоцитах. Такие исследования, по мнению врачей, могут приблизить специалистов к ответу о степени устойчивости космонавта к различным дозам космической радиации. В конфиденциальной беседе один из зарубежных специалистов рассказал мне, что в Канаде без такого обследования не принимают новичка на предприятие атомной промышленности».
Спрашиваю собеседника, проводятся ли такие же обследования американских астронавтов. Вячеслав Александрович этого не знает. Но у нас ничего подобного пока нет. Суммарные дозы, полученные космонавтами, конечно же, строго фиксируются. Но надо идти дальше, изучать радиобиологические эффекты, возникающие в результате воздействия на организм космической радиации. Пока этого в специальном радиационном регистре нет.
Между тем такие исследования должны проводиться системно, широким фронтом. Причем срочно, иначе, по мнению ученого, для преодоления радиационного барьера на пути к лунным базам и далее к планетам Солнечной системы придется обращаться за помощью к зарубежным коллегам.
Сегодня дозу радиации, полученную каждым космонавтом, фиксирует выданный ему индивидуальный дозиметр. Данные измерений становятся доступными для анализа только после завершения полета. Для работы на МКС это нормально, но совершенно неприемлемо для перспективных космических миссий — на лунную базу или на Марс. Там надо будет постоянно держать руку на пульсе. Именно для будущих дальних полетов специалисты Службы радиационной безопасности Института медико-биологических проблем разработали новый компактный дозиметр.
Он имеет полупроводниковый детектор из кремния, способный измерять мощность дозы каждые 30 секунд, а если надо, и чаще. Для подзарядки аккумулятора и считывания данных можно использовать имеющиеся у космонавтов ноутбуки. Таким образом, картина радиационного воздействия предстанет в динамике.
Пока такого дозиметра у российских космонавтов на МКС нет. Прибор разработан для нового перспективного транспортного корабля «Орел», полеты которого запланированы после 2022 года.
Тем временем партнеры из американского и европейского космических агентств уже вплотную подошли к использованию аналогичного изделия непосредственно на МКС. Как бы нам не отстать и здесь. Мы можем оперативно снабдить инновационными российскими дозиметрами наших космонавтов на орбитальной станции, но получить соответствующие решения в системе Роскосмоса пока не удается.