Рейтинг
Порталус

РАДИАЦИОННАЯ УГРОЗА ПИЛОТИРУЕМЫМ КОСМИЧЕСКИМ ЭКСПЕДИЦИЯМ

Дата публикации: 31 декабря 2013
Автор(ы): Михаил Игоревич Панасюк - профессор, директор Научно-исследовательского института ядерной физики им. Д.В. Скобельцына МГУ им. М.В. Ломоносова →
Публикатор: Научная библиотека Порталус
Рубрика: КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ →
Источник: (c) http://portalus.ru →
Номер публикации: №1388484304

Михаил Игоревич Панасюк - профессор, директор Научно-исследовательского института ядерной физики им. Д.В. Скобельцына МГУ им. М.В. Ломоносова, (c)

Исследования космического пространства на первых искусственных спутниках Земли принесли человечеству неожиданное открытие - ученые обнаружили, что наша планета окружена мощнейшими потоками радиации. Право первооткрывателей поделили советский физик Сергей Вернов и американец Джеймс Ван-Аллен. Именно они установили на борт первых советских и американских спутников приборы, которые могли регистрировать заряженные космические частицы, несущиеся к Земле от далеких звезд. Каково же было их удивление, когда они обнаружили, что их детекторы для регистрации космических лучей буквально захлебывались от огромного потока частиц вдоль трассы полета спутника. Так ученые обнаружили радиационные пояса - природный феномен, представляющий захваченную в магнитное поле Земли радиацию.

Физики изучили источники этого образования. Это те же космические лучи большой энергии, которые бомбардируют атмосферу, вызывая ядерные реакции с образованием вторичных частиц - протонов и электронов, заполняющих магнитную ловушку. Это и ближайшая к Земле звезда - Солнце, которая выбрасывает в межпланетное пространство потоки солнечной плазмы. (Солнечная плазма состоит из низкоэнергичных заряженных частиц - протонов, электронов и более тяжелых частиц, которые проникают сквозь магнитное поле Земли и заполняют магнитную ловушку.) Ученые обнаружили, что источником радиационных поясов может быть и ионосфера Земли - самая верхняя оболочка атмосферы нашей планеты, где нейтральные частицы под действием солнечного ультрафиолета становятся заряженными. Ионосферные частицы, распространяясь вдоль магнитного поля, также могут оказаться внутри магнитной ловушки нашей планеты.

Но не простое наполнение магнитной ловушки частицами от разных источников приводит к тому, что мы теперь называем радиационными поясами. Эти частицы, будучи захваченными в магнитную ловушку, подвергаются в ней и ускорению - превращаются из частиц с малыми энергиями в высокоэнергичные, способные, подобно пулям, пробить металлическую защиту космического корабля. В это же время на Земле могут быть сбои в сотовой связи, могут перестать работать сети wimax и т.д. Именно поэтому еще на заре космических полетов, до полета Юрия Гагарина, встал вопрос о том, насколько опасна для человека и для самого космического корабля окружающая Землю радиация.

Начиная с конца 50-х годов были развернуты широкомасштабные исследования радиационных поясов как у нас, так и в США. Исследователи осознали, что радиационные пояса в ряде случаев могут представлять собой реальную опасность для человека и компонентов космического корабля. Чем выше летает корабль (радиационные пояса распространяются вплоть до 7 радиусов Земли, или примерно до 40 тыс. км) и дольше находится внутри радиационных поясов, тем больше их влияние на жизнедеятельность человека и бортовых систем. Яркий тому пример: энергетика спутников обеспечивается солнечными батареями, которые подвергаются бомбардировке космической радиацией. Со временем они деградируют: их электрический ток при неизменном потоке солнечного света падает. Или другой пример: бортовой компьютер. Частицы высокой энергии, пробивая обшивку корабля, могут попасть в электронную микросхему компьютера и вызвать сбой в программе его работы. Известен эффект воздействия космических частиц и на биологические структуры. Такие "массивные" космические частицы, как заряженные атомы железа, проникая в биологические клетки, могут вызвать внутренние нарушения, приводящие к мутациям. С другой стороны, относительно легкие частицы - протоны и электроны, потоки которых несравненно больше, чем, скажем, тех же атомов железа, могут привести к большим дозовым нагрузкам на биологические структуры и материалы космического аппарата. А большие дозы радиации могут привести и к летальному исходу для человека и полному выходу из строя бортовых систем.

Первые пилотируемые космические корабли летали на высотах около 300 км. Радиационные пояса "не опускаются" до столь низких высот. Единственное место над Землей, где космический корабль может "задеть" радиационный пояс, - это так называемая Южно-Атлантическая магнитная аномалия: в районе Южной Атлантики, вблизи Бразилии, магнитное поле Земли как бы провисает вниз, ближе к Земле. Именно эта область и представляет наибольшую опасность для летающих на относительно низких орбитах пилотируемых космических кораблей.

Но для высот 300 км дозы радиации, которые могут "подхватить" экипажи кораблей, сравнительно невелики и не превышают 20 миллирад в сутки. Более того, как показали исследования, для таких высот эта доза обеспечивается не столько самими радиационными поясами, сколько так называемыми галактическими космическими лучами (ГКЛ) - частицами с огромной энергией, но с малыми по сравнению с частицами радиационных поясов потоками. ГКЛ могут представлять собой опасность лишь для длительных космических полетов, скажем, на Марс, когда длительность экспедиции исчисляется месяцами и годами. Со временем пилотируемые полеты стали осуществляться на все больших высотах. Так, действующая в настоящее время орбитальная станция "Мир" летает на высоте около 400 км. На этих высотах влияние радиационных условий в районе Южно-Атлантической аномалии уже гораздо более серьезное. Дозы радиации могут достигать десятков миллирад в сутки, что уже граничит с предельно допустимыми.

Одним из интересных результатов исследований космической радиации последних лет было обнаружение сильной зависимости величины ее дозы от цикла солнечной активности. Солнечное излучение испытывает изменения с периодом приблизительно в 11 лет. В год минимума (а сейчас именно такой период активности Солнца) Солнце "греет" Землю значительно слабее, чем в годы максимума. Потоки солнечной плазмы, энергичных частиц и электромагнитного излучения усиливаются при переходе к максимуму цикла солнечной активности.

Что касается радиационных поясов, то они гораздо сильнее реагируют на изменения свойств атмосферы, нежели на изменения воздействия нашего светила. Нагрев атмосферы приводит к увеличению ее плотности на больших высотах. Чем сильнее нагрета атмосфера (в годы максимума), тем больше частиц из радиационного пояса гибнет, сталкиваясь с атмосферой в районе Южно-Атлантической аномалии. Поэтому в годы максимума цикла солнечной активности дозы радиации уменьшаются по сравнению с годами минимума. Некоторое уменьшение дозы происходит и за счет того, что и ГКЛ уменьшают свои потоки именно в годы максимума. И наоборот, увеличение потоков радиации над Южной Атлантикой происходит в годы минимума солнечной активности.

Таким образом, исследования на станции "Мир" привели к важному результату. Радиационная опасность для пилотируемых полетов реально существует, и она определяется циклом солнечной активности: в годы минимума она максимальна.

Сейчас полным ходом идет строительство Международной космической станции (МКС). В 1998 г. будет запущен ее первый модуль. Ожидается, что полное развертывание удастся осуществить уже через несколько лет. Планируемая высота орбиты МКС - до 450 км, т.е. несколько выше, чем станции "Мир". Очевидно, что вследствие большей высоты орбиты средние дозы радиации будут выше, чем на станции "Мир". Также следует ожидать, что после относительного "радиационного затишья", приходящегося на годы максимума солнечного цикла в 1999-2002 гг., наступит период возрастания интенсивности радиации вблизи Земли. Следующий минимум солнечной активности наступит, вероятно, в 2005-2008 гг. Именно этот период будет наиболее опасным для полетов человека на Международной космической станции.

Чтобы уменьшить риск и избежать нежелательных последствий радиации для жизнедеятельности человека на борту станции, его время полета должно определяться не только технологическими и научными полетными заданиями, но и солнечным циклом. В годы минимума солнечной активности длительность полетов космонавтов и астронавтов должна быть минимальной. А конструкторы МКС должны предусмотреть специальную защиту - места в модулях станции с более толстыми стенками, где космонавты могли бы находиться в периоды отдыха, с тем чтобы снизить общую радиационную нагрузку.

Опубликовано на Порталусе 31 декабря 2013 года

Новинки на Порталусе:

Сегодня в трендах top-5


Ваше мнение?



Искали что-то другое? Поиск по Порталусу:


О Порталусе Рейтинг Каталог Авторам Реклама