Как НАСА будет защищать марсианских астронавтов от космического излучения? Вот план

Миссия «Артемида I», которая недавно завершила исторический испытательный полет вокруг Луны, не имела на борту ни одного астронавта, но у нее были два особенных пассажира: Хельга и Зоар, пара манекенов с высокой анатомической детализацией, один из которых для путешествия надел специальный радиационно-защитный жилет. Их миссия? Измерьте радиационное воздействие в глубоком космосе и определите, может ли жилет помочь защитить астронавтов от невидимых опасностей космоса.

Чтобы узнать больше об угрозе космической радиации и о том, как защитить от нее астронавтов, мы поговорили с генеральным директором компании StemRad, производящей жилеты, а также с отставным астронавтом НАСА Скоттом Келли, ветераном космических миссий, который хорошо известен своей ролью в исследованиях здоровья космонавтов.

Невидимые опасности радиации

Здесь, на Земле, мы защищены от опасного излучения магнитосферой планеты. Магнитное поле вокруг Земли задерживает излучение в двух областях, называемых поясами Ван Аллена, что делает его безопасным для нас на поверхности. Но когда астронавты выходят за пределы низкой околоземной орбиты, поскольку они должны посетить Луну (и другие потенциальные места в Солнечной системе, такие как Марс), они подвергаются опасному излучению.

В долгосрочной перспективе воздействие этого излучения, состоящего из заряженных частиц Солнца, называемых солнечным ветром, частиц, выбрасываемых корональными выбросами массы, и космических лучей, может привести к различным проблемам со здоровьем. Что наиболее важно, облучение повышает вероятность развития рака или различных дегенеративных заболеваний. Вот почему у НАСА и других космических агентств есть ограничение на количество радиации, которому космонавт может подвергнуться в течение своей жизни.

Воздействие, которое астронавты испытывают в орбитальной среде, такой как Международная космическая станция, намного меньше, чем они испытали бы во время полета на Луну, но этого все же достаточно, чтобы повлиять на экипаж. «Иногда вы можете видеть, как космические лучи попадают в ваше глазное яблоко, и вы понимаете, что это излучение, и оно также проходит через ваше тело и глаза», — сказал Скотт Келли, который участвовал в нескольких миссиях на Международной космической станции (МКС). — Значит, это то, о чем вы знаете.

Выход за пределы магнитосферы

С планами НАСА по отправке людей обратно на Луну и, в конечном итоге, по отправке миссии с экипажем на Марс проблема радиационного облучения вызывает большую озабоченность. Предыдущие миссии на Луну в рамках программы «Аполлон» длились всего несколько дней, и астронавтам повезло, что за время их отсутствия не произошло никаких явлений, связанных с солнечными частицами, которые повысили бы уровень радиации. Но для миссий, которые длятся недели или даже месяцы, нам нужно решение для защиты астронавтов от радиации.

Вот где на помощь приходит жилет AstroRad. Изготовленный из богатого водородом полимерного материала, жилет закрывает таз и туловище, защищая наиболее уязвимые органы от солнечного излучения. Может показаться удивительным, что радиационная защита может быть применена только к определенным частям тела, и генеральный директор StemRad Орен Мильштейн сказал, что многие из тех, кто работает в космической отрасли, которым он предложил эту идею, тоже были удивлены. Но полная защита тела была бы невероятно громоздкой, а лучшей защитой было бы то, что астронавты могли бы носить и при этом выполнять свою работу.

В отличие от подхода «все или ничего», выборочная защита может сбалансировать эффективность и практичность. Если вы можете защитить некоторые из наиболее уязвимых органов, таких как легкие или ткань молочной железы, вы можете помочь обеспечить безопасность людей, не обременяя их чрезмерно.

Концептуализация кумулятивных рисков

Как люди, мы часто больше привыкли думать о риске с точки зрения непосредственной опасности, чем о кумулятивном процессе. Подумайте о разнице между страхом перед полетом и тем, как мы думаем о долгосрочных опасностях для здоровья, таких как курение. И когда дело доходит до космоса, естественно думать об опасностях с точки зрения отказа ракет или взрыва космического корабля, и труднее представить, как выглядит кумулятивное радиационное облучение.

Один из ключевых способов уменьшить кумулятивное облучение — сделать защиту, которая достаточно хороша, чтобы обеспечить некоторую защиту, но также, что очень важно, достаточно удобна, чтобы космонавты могли ее носить. «Мы хотим что-то, что не только защитит вас, но и будет тем, что вы захотите носить», — сказала Келли. Он является членом консультативного совета StemRad и хорошо разбирается в проблемах со здоровьем, с которыми сталкиваются астронавты, поскольку он участвовал в новаторском двойном исследовании НАСА о влиянии космического полета на организм человека.

Жилет защищает части тела, сохраняя при этом свободу движений. И он может быть эффективным, даже если его носят только некоторое время, как указал Мильштейн: «Это не все или ничего с точки зрения продолжительности использования. Вы можете использовать продукт всего 70 процентов времени, и он все равно будет очень полезен. Вы можете снять его, чтобы принять душ или заняться активными видами деятельности, такими как физические упражнения. Потому что радиация — это кумулятивная вещь».

Важность эргономики.

Чтобы жилет был практичным в космическом полете, астронавты должны иметь возможность свободно передвигаться в нем. AstroRad был протестирован на МКС пятью астронавтами, которые носили его днем ​​и ночью, выполняя свои обычные обязанности, чтобы проверить, не мешает ли он их движениям.

«Для многих жизненно важных вещей, таких как еда и сон — вещей, которые занимают много времени — жилет был в порядке», — сказал Мильштейн. Однако жилет мешал некоторым движениям, таким как поднятие рук над головой, что усложняло такие задачи, как разгрузка грузового автомобиля.

«Разгрузка грузового автомобиля является сложной задачей, потому что все плавает», — сказал Келли. «Когда вы достаете кучу вещей из сумки, открываете сумку, и все они начинают уплывать, и вам приходится с этим справляться, это становится проблемой». Он сказал, что задача была в основном умственной, поскольку она требует от астронавтов чрезвычайной осторожности и методичности. Но любое препятствие движению усложнит и без того трудную задачу.

«Микрогравитация делает почти все труднее», — сказал Келли.

Чтобы сделать жилет максимально гибким без ущерба для защиты, он сделан из тысяч шестиугольников разной глубины, которые вставлены в сетку. Это позволяет некоторым областям иметь более толстую защиту, чем другие (например, больше защиты легких), но при этом оставаться достаточно гибкой, чтобы можно было двигаться. Жилет в настоящее время выпускается в двух размерах, для мужского и женского тела, но есть планы по модульной системе, которая позволит сделать жилет короче или длиннее для размещения большего количества тел разных размеров.

Тестирование защиты в реальном сценарии

Испытания, проведенные на AstroRad на МКС, должны были определить удобство и посадку жилетов для астронавтов, но они не оценивали количество блокируемого излучения. Для этого лучший способ проверить эффективность жилета — увидеть его в ситуации, сравнимой с реальной миссией с экипажем.

Вот почему миссия «Артемида I», в которой не было экипажа, включала в себя два манекена Хельгу и Зоар, которые имеют форму туловища и заполнены детекторами. Два туловища предназначены для обнаружения поступающих частиц излучения, а на одном из них будет жилет, чтобы команды могли увидеть, насколько эффективно жилет останавливает это излучение. В течение 25-дневного полета с Земли вокруг Луны и обратно они будут подвергаться воздействию той же радиационной обстановки, что и астронавты в будущих миссиях.

«Впервые мы сможем количественно оценить дозу радиации и проникновение радиации в тело в глубоком космосе — то, чего раньше никогда не делали. И в то же время проверить потенциальную контрмеру», — сказал Мильштейн. «Это будет кладезь данных о восприимчивости человека к радиации на уровне органов в глубоком космосе».

Основное внимание AstroRad уделяет защите от ионизирующего излучения, поскольку оно является наиболее опасным для здоровья человека. Но этот тест также покажет, эффективен ли жилет в остановке другого типа излучения, называемого галактическими космическими лучами. Это фоновое излучение трудно заблокировать, поэтому польза, скорее всего, будет незначительной, но все это полезные данные для будущих мер защиты.

Психология управления рисками

Исследование космоса всегда сопряжено с определенным риском, и астронавтов учат разделять эту реальность на части в рамках своей работы. «Вас учат сосредотачиваться на своей работе и вещах, которые вы можете контролировать, и игнорировать все остальное, — объяснила Келли. «Вы осознаете риск, но не позволяете ему вывести вас из строя».

Радиация — лишь один из многих рисков, с которыми сталкиваются астронавты. Однако, в отличие от непосредственных рисков, таких как неудачные запуски, радиация — это «этот неизвестный риск», — сказал Келли. «Это затяжной риск, которому вы подвергаете себя всю оставшуюся жизнь».

На космических агентствах лежит моральное обязательство обеспечивать максимальную безопасность своих астронавтов как с точки зрения непосредственных рисков, так и с точки зрения долгосрочных последствий для здоровья. Для миссий Artemis на Луну и для будущих пилотируемых исследований в более отдаленных районах важной частью этого будет защита от радиации.

Для Келли ключом к его подходу к управлению рисками является баланс, который включает снижение тех рисков, с которыми можно справиться, и управление теми, с которыми невозможно справиться. «Мы делаем это настолько безопасным, насколько это возможно в пределах разумного», — сказал он. «Если бы вы хотели, чтобы все было на 100% безопасно, вы бы никогда не вышли из дома».