Подготовка первых пилотируемых миссий на Марс остаётся одной из приоритетных задач мирового космического сообщества, однако ряд фундаментальных рисков требует решительных научных и инженерных решений. Одним из наиболее серьёзных препятствий на пути к безопасной межпланетной экспедиции является космическое излучение — поток высокоэнергичных частиц, которые могут повредить здоровье астронавтов и электронику космических аппаратов. Новое обсуждение этой проблемы подчёркивает, что текущие подходы к защите недостаточны и требуют дальнейшего развития.
Что такое космические лучи и почему они опасны
Космические лучи — это высокоэнергичные частицы, включающие протоны, ядра гелия и тяжёлые ионы, а также электроны, которые движутся с близкими к скорости света скоростями. Они поступают в околоземное пространство из двух ключевых источников:
- галактические космические лучи (GCR) — частицы, ускоренные в результате взрывов сверхновых и других катастрофических процессов в нашей галактике;
- солнечные частицы — интенсивные потоки, выбрасываемые при вспышках и корональных выбросах массы Солнца.
На Земле большая часть этой радиации блокируется атмосферой и магнитным полем планеты. В глубоком космосе и на поверхности Марса, где атмосфера тонка, а магнитосфера отсутствует, эта защита отсутствует практически полностью.
Механизмы вреда для здоровья
Космические лучи могут вызывать ионизацию атомов и разрушение молекулярных структур в живых организмах. Они способны:
- ломать цепочки ДНК;
- вызывать нарушения в белковых структурах;
- повышать риск онкологических и сердечно-сосудистых заболеваний;
- повреждать нервные и другие клетки.
В условиях межпланетного перелёта и марсианского пребывания эти эффекты могут накапливаться: длительная экспозиция значительно выше, чем на орбите Земли или на поверхности нашей планеты.
Какие уровни радиации ожидаются на маршруте к Марсу
Планируемые миссии на Марс предполагают длительный перелёт длительностью примерно от 6 до 9 месяцев в одну сторону, затем возможный длительный период пребывания на поверхности и такой же срок возвращения. По данным моделей космического излучения:
- на поверхности Марса радиация составляет существенно большую дозу, чем на Земле, из-за тонкой атмосферы;
- общий радиационный фон, суммирующий влияние GCR и солнечных событий, может привести к существенному превышению рекомендуемых годовых доз для людей, если не применять эффективные системы защиты.
Ограниченность физической защиты
Самый очевидный способ защиты — это физическое экранирование: использование материалов, способных замедлять или поглощать заряженные частицы. Классические варианты включают:
- водород-богатые материалы — пластики, полиэтилен, определённые синтетические волокна, обладающие высокой способностью замедлять некоторые компоненты космических лучей;
- марсианский реголит (грунт) — может использоваться для укрытия и создания «земляной» защиты для базовых модулей на поверхности;
- комбинированные материалы — сочетание металлов (например, алюминия) и лёгких элементов для оптимизации баланса массы и защиты.
Однако исследования показывают, что физическое экранирование само по себе не обеспечивает полной защиты: отдельные высокоэнергичные компоненты GCR способны проникать даже через толстые слои shielding, а взаимодействие частиц с материалами может создавать вторичное излучение (нейтроны, вторичные протоны), способное усугублять облучение внутри герметичного пространства.
Биологические и физиологические подходы
Учитывая сложности полной физической защиты, часть исследований направлена на биологические стратегии смягчения воздействия радиации:
- использование антиоксидантов и других молекул, способных снижать повреждения ДНК, вызванные радикалами и ионизацией;
- изучение механизмов радиорезистентности у организмов, таких как медведки-бактерии (tardigrades), обладающих высокой устойчивостью к радиации, с целью выявления защитных путей.
- экспериментальные данные на животных показывают, что некоторые синтетические антиоксиданты способны частично снижать когнитивные и клеточные повреждения, вызванные дозами, моделирующими космическое излучение.
Такие подходы требуют дальнейшего изучения и клинических исследований, прежде чем их можно будет считать частью практических программ подготовки астронавтов.
Новые направления исследований
Поскольку существующие лабораторные симуляции космического излучения не полностью отражают сложную смесь частиц, воздействующих одновременно, учёные предлагают создание более сложных установок — с возможностью одновременной генерации нескольких типов частиц, что бы приблизить моделирование к реальным условиям глубокого космоса.
Кроме того, развитие техники прогнозирования событий высокой интенсивности солнечных частиц (SEP) позволит экипажам получать предупреждения о приближении опасных вспышек и своевременно укрывать себя в более защищённых отсеках.
Заключение
Переход от низкой околоземной орбиты к длительным миссиям за пределы магнитного щита Земли, таким как полёт к Марсу и пребывание на его поверхности, должен учитывать важнейший фактор — воздействие космических лучей на здоровье людей. Существующие методы защиты являются полезным начальным уровнем, однако они не способны полностью устранить риски, особенно на длительных миссиях.
Для повышения безопасности необходимы комплексные исследования, включающие:
- разработку новых материалов для экранирования;
- биологические подходы, снижающие урон на клеточном уровне;
- системы мониторинга и прогнозирования радиационных событий.
Путь к Марсу станется безопаснее лишь после того, как научное сообщество и инженеры найдут эффективные решения по защите от космического излучения, способные обеспечить здоровье и работоспособность астронавтов на протяжении всей миссии.
Источники:
Статья создана по материалам https://www.space.com/astronomy/mars/before-trips-to-mars-we-need-better-protection-from-cosmic-rays
