07.12.2016
Roverul Curiosity are la bord un instrument RAD pentru a determina intensitatea expunerii la radiații. În timpul zborului său către Marte, Curiosity a măsurat radiația de fond, iar astăzi oamenii de știință care lucrează cu NASA au vorbit despre aceste rezultate. Deoarece roverul zbura într-o capsulă, iar senzorul de radiații era amplasat în interior, aceste măsurători corespund practic fondului de radiații care va fi prezent într-o navă spațială cu echipaj.Dispozitivul RAD este format din trei plachete de siliciu cu stare solidă care acționează ca un detector. În plus, are un cristal de iodură de cesiu, care este folosit ca scintilator. RAD-ul este montat pentru a privi zenitul în timpul aterizării și pentru a capta un câmp de 65 de grade.
De fapt, este un telescop cu radiații care detectează radiațiile ionizante și particulele încărcate într-o gamă largă.
Doza echivalentă de expunere la radiații absorbite este de 2 ori mai mare decât doza ISS.
Un zbor de șase luni către Marte este aproximativ echivalent cu un an petrecut pe orbita joasă a Pământului. Având în vedere că durata totală a expediției ar trebui să fie de aproximativ 500 de zile, perspectiva nu este optimistă.
Pentru oameni, radiația acumulată de 1 Sievert crește riscul de cancer cu 5%. NASA le permite astronauților săi să acumuleze nu mai mult de 3% risc, sau 0,6 Sievert, pe parcursul carierei lor.
Speranța de viață a astronauților este mai mică decât media din țările lor. Cel puțin un sfert dintre decese se datorează cancerului.
Din cei 112 cosmonauți ruși care au zburat, 28 nu mai sunt printre noi. Cinci persoane au murit: Yuri Gagarin - pe luptător, Vladimir Komarov, Georgy Dobrovolsky, Vladislav Volkov și Viktor Patsayev - la întoarcerea de pe orbită pe Pământ. Vasily Lazarev a murit din cauza otrăvirii cu alcool de calitate scăzută.
Dintre cei 22 de cuceritori rămași ai oceanului stelar, cauza morții pentru nouă a fost oncologia. Anatoly Levchenko (47 de ani), Yuri Artyukhin (68), Lev Demin (72), Vladimir Vasyutin (50), Ghenady Strekalov (64), Ghenady Sarafanov (63), Konstantin Feoktistov (83), Vitali Sevastyanov (75) au murit de cancer). Cauza oficială a morții unui alt astronaut care a murit de cancer nu a fost dezvăluită. Cei mai sănătoși și puternici sunt selectați pentru zborurile dincolo de Pământ.
Deci, nouă din 22 de astronauți care au murit de cancer reprezintă 40,9%. Acum să ne uităm la statistici similare pentru întreaga țară. Anul trecut, 1 milion 768 mii 500 de ruși au părăsit această lume (date Rosstat). În același timp, 173,2 mii au murit din cauze externe (urgențe în transport, intoxicații cu alcool, sinucideri, crime). Asta rămâne 1 milion 595 mii 300. Câți cetățeni au fost uciși de oncologie? Răspuns: 265,1 mii de persoane. Sau 16,6%. Să comparăm: 40,9 și 16,6%. Se pare că cetățenii obișnuiți mor de cancer de 2,5 ori mai rar decât astronauții.
Nu există informații similare despre corpul de astronauți din SUA. Dar chiar și datele fragmentare indică faptul că oncologia afectează și astronauții americani. Iată o listă incompletă a victimelor acestei boli groaznice: John Swigert Jr. - cancer de măduvă osoasă, Donald Slayton - cancer de creier, Charles Veach - cancer de creier, David Walker - cancer, Alan Shepard - leucemie, George Lowe - cancer de colon, Ronald Paris - tumoare cerebrală pe creier
În timpul unui zbor pe orbita Pământului, fiecare membru al echipajului primește aceeași cantitate de radiație ca și cum ar fi fost examinat într-o cameră cu raze X de 150-400 de ori.
Ținând cont de faptul că doza zilnică pe ISS este de până la 1 mSv (doza anuală admisă pentru oamenii de pe pământ), perioada maximă pentru astronauții de a rămâne pe orbită este limitată la aproximativ 600 de zile pe întreaga carieră.
Pe Marte însuși, radiația ar trebui să fie de aproximativ două ori mai mică decât în spațiu, datorită atmosferei și suspensiei de praf din acesta, adică să corespundă nivelului ISS, dar indicatorii exacti nu au fost încă publicati. Indicatorii RAD în zilele furtunilor de praf vor fi interesanți - vom afla cât de bun este praful marțian ca scut de radiații.
Acum, recordul pentru rămânerea pe orbită apropiată de Pământ îi aparține lui Serghei Krikalev, în vârstă de 55 de ani - are 803 zile. Dar le-a colectat intermitent - în total a făcut 6 zboruri din 1988 până în 2005.
Radiația din spațiu provine în principal din două surse: de la Soare, în timpul erupțiilor și ejecțiilor coronare, și din razele cosmice, care apar în timpul exploziilor de supernove sau a altor evenimente de înaltă energie din galaxiile noastre și din alte galaxii.
În ilustrație: interacțiunea dintre „vântul” solar și magnetosfera Pământului.
Razele cosmice alcătuiesc cea mai mare parte a radiațiilor în timpul călătoriei interplanetare. Acestea reprezintă o pondere a radiațiilor de 1,8 mSv pe zi. Doar trei procente din radiația acumulată de Curiosity de la Soare. Acest lucru se datorează și faptului că zborul a avut loc într-un moment relativ calm. Focarele cresc doza totală și se apropie de 2 mSv pe zi.
Vârfurile apar în timpul erupțiilor solare.
Actual mijloace tehnice mai eficient împotriva radiațiilor solare, care are energie scăzută. De exemplu, puteți echipa o capsulă de protecție unde astronauții se pot ascunde în timpul erupțiilor solare. Cu toate acestea, chiar și pereții de aluminiu de 30 cm nu vor proteja de razele cosmice interstelare. Cele de plumb ar ajuta probabil mai bine, dar acest lucru ar crește semnificativ masa navei, ceea ce înseamnă costul lansării și accelerării acesteia.
Poate fi necesară asamblarea unei nave spațiale interplanetare pe orbită în jurul Pământului - atârnând plăci grele de plumb pentru a proteja împotriva radiațiilor. Sau folosiți Luna pentru asamblare, unde greutatea navei spațiale va fi mai mică.
Cele mai eficiente mijloace de minimizare a expunerii la radiații ar trebui să fie noile tipuri de motoare, care vor reduce semnificativ timpul de zbor către Marte și înapoi. NASA lucrează în prezent la propulsia electrică solară și la propulsia termică nucleară. Primul poate, teoretic, să accelereze de până la 20 de ori mai repede decât motoarele chimice moderne, dar accelerația va fi foarte lungă din cauza forței scăzute. Un dispozitiv cu un astfel de motor ar trebui să fie trimis pentru a tracta un asteroid, pe care NASA dorește să-l captureze și să-l transfere pe orbita lunii pentru vizita ulterioară a astronauților.
Cele mai promițătoare și încurajatoare dezvoltări în propulsia electrică sunt realizate în cadrul proiectului VASIMR. Dar pentru a călători pe Marte, panourile solare nu vor fi suficiente - veți avea nevoie de un reactor.
Un motor termic nuclear dezvoltă un impuls specific de aproximativ trei ori mai mare decât tipurile moderne de rachete. Esența sa este simplă: reactorul încălzește gazul de lucru (probabil hidrogen) la temperaturi ridicate fără a utiliza un oxidant, care este necesar de rachetele chimice. În acest caz, limita de temperatură de încălzire este determinată numai de materialul din care este fabricat motorul însuși.
Dar o astfel de simplitate provoacă și dificultăți - împingerea este foarte greu de controlat. NASA încearcă să rezolve această problemă, dar nu consideră că dezvoltarea sistemelor de propulsie nucleară este o prioritate.
Utilizarea unui reactor nuclear este încă promițătoare, deoarece o parte din energie ar putea fi folosită pentru generare câmp electromagnetic, care ar proteja suplimentar piloții atât de radiațiile cosmice, cât și de radiațiile din propriul său reactor. Aceeași tehnologie ar face profitabilă extragerea apei de pe Lună sau din asteroizi, adică ar stimula și mai mult utilizarea comercială a spațiului.
Deși acum acesta nu este altceva decât raționament teoretic, este posibil ca o astfel de schemă să devină cheia unui nou nivel de dezvoltare sistem solar.
Cerințe suplimentare pentru microcircuite spațiale și militare.
În primul rând, există cerințe sporite pentru fiabilitate (atât cristalul în sine, cât și carcasa), rezistența la vibrații și suprasarcină, umiditate, intervalul de temperatură este semnificativ mai larg, deoarece echipament militar Ar trebui să funcționeze atât la -40C, cât și când este încălzită la 100C.
Apoi - rezistența la factorii dăunători explozie nucleară- EMR, doză mare instantanee de radiații gamma/neutroni. Funcționarea normală poate să nu fie posibilă în momentul exploziei, dar cel puțin dispozitivul nu ar trebui să fie deteriorat ireversibil.
Și în cele din urmă - dacă microcircuitul este pentru spațiu - stabilitatea parametrilor pe măsură ce doza totală de radiație crește încet și supraviețuirea după o întâlnire cu particule puternic încărcate de radiație cosmică.
Cum afectează radiațiile microcircuitele?
În „bucăți de particule”, radiația cosmică constă din 90% protoni (adică ioni de hidrogen), 7% nuclee de heliu (particule alfa), ~1% atomi mai grei și ~1% electroni. Ei bine, stelele (inclusiv Soarele), nucleele galaxiilor, Calea Lactee - luminează totul din abundență nu numai cu lumină vizibilă, ci și cu raze X și radiații gamma. În timpul erupțiilor solare, radiația de la soare crește de 1000-1000000 de ori, ceea ce poate fi o problemă serioasă (atât pentru viitorii oameni, cât și pentru navele spațiale actuale din afara magnetosferei terestre).
Nu există neutroni în radiația cosmică dintr-un motiv evident - neutronii liberi au un timp de înjumătățire de 611 secunde și se transformă în protoni. Nici măcar de la soare, un neutron nu poate ajunge, decât cu o viteză foarte relativistă. Un număr mic de neutroni sosesc de pe pământ, dar acestea sunt lucruri minore.
Există 2 centuri de particule încărcate în jurul pământului - așa-numitele radiații: la o altitudine de ~4000 km de protoni și la o altitudine de ~17000 km de electroni. Particulele de acolo se mișcă pe orbite închise, capturate câmp magnetic teren. Există și o anomalie magnetică braziliană - unde centura interioară de radiații se apropie de pământ, până la o altitudine de 200 km.
Electroni, gamma și radiații cu raze X.
Când radiația gamma și cu raze X (inclusiv radiația secundară obținută din cauza ciocnirii electronilor cu corpul dispozitivului) trece prin microcircuit, o sarcină începe să se acumuleze treptat în dielectricul de poartă a tranzistoarelor și, în consecință, parametrii de tranzistoarele încep să se schimbe încet - tensiunea de prag a tranzistorilor și curentul de scurgere. Un microcircuit digital civil obișnuit poate înceta să funcționeze în mod normal după 5000 rads (cu toate acestea, o persoană poate înceta să lucreze după 500-1000 rads).
În plus, radiațiile gamma și cu raze X determină ca toate joncțiunile pn din interiorul cipului să acționeze ca niște mici „baterii solare” - și dacă în spațiu nu există, de obicei, suficientă radiație pentru a afecta foarte mult funcționarea cipului, în timpul unei explozii nucleare, fluxul de radiații gamma și de raze X poate fi deja suficient pentru a perturba funcționarea microcircuitului din cauza efectului fotoelectric.
Pe o orbită joasă de 300-500 km (unde zboară oamenii), doza anuală poate fi de 100 rads sau mai puțin, așa că și peste 10 ani doza acumulată va fi tolerată de microcircuite civile. Dar pe orbite înalte >1000 km doza anuală poate fi de 10.000-20.000 de rad, iar microcircuitele convenționale vor acumula o doză letală în câteva luni.
Particule grele încărcate (HCP) - protoni, particule alfa și ioni de înaltă energie
Aceasta este cea mai mare problemă din electronica spațială - încărcătoarele de încărcare cu energie mare au o energie atât de mare încât „perforează” microcircuitul (împreună cu corpul satelitului) și lasă o „urmă” de încărcare în urma lor. În cel mai bun caz, aceasta poate duce la o eroare de software (0 devine 1 sau invers - deranjare cu un singur eveniment, SEU), în cel mai rău caz, poate duce la o blocare a tiristorului (latchup cu un singur eveniment, SEL). Într-un cip blocat, sursa de alimentare este scurtcircuitată la masă, curentul poate curge foarte mare și poate duce la arderea microcircuitului. Dacă reușiți să opriți alimentarea și să o conectați înainte de ardere, atunci totul va funcționa ca de obicei.
Poate că acest lucru s-a întâmplat cu Phobos-Grunt - conform versiunii oficiale, cipurile de memorie importate nerezistente la radiații au eșuat deja pe a doua orbită, iar acest lucru este posibil doar din cauza radiației de înaltă tensiune (pe baza totalului acumulat). doză de radiații pe orbită joasă, un cip civil ar fi putut funcționa mult timp).
Blocarea limitează utilizarea cipurilor convenționale de la sol în spațiu cu tot felul de trucuri software pentru a crește fiabilitatea.
Ce se întâmplă dacă protejezi o navă spațială cu plumb?
Particulele cu o energie de 3*1020 eV ajung uneori la noi cu raze cosmice galactice, adică. 300.000.000 TeV. În unitățile înțelese de om, aceasta este de aproximativ 50J, adică într-una particulă elementară energie ca un glonț de la un pistol sport de calibru mic.
Când o astfel de particulă se ciocnește, de exemplu, cu un atom de plumb de scut de radiații, pur și simplu o rupe în bucăți. Fragmentele vor avea, de asemenea, o energie gigantică și, de asemenea, vor rupe în bucăți tot ce le vor afla în cale. În cele din urmă, cu cât protecția este mai groasă elemente grele- cu atât mai multe fragmente și radiații secundare vom primi. Plumbul nu poate decât să slăbească foarte mult radiația relativ ușoară a reactoarelor nucleare ale Pământului.
Radiația gamma de înaltă energie are un efect similar - este, de asemenea, capabilă să rupă atomii grei în bucăți datorită reacției fotonucleare.
Procesele care au loc pot fi luate în considerare folosind un tub cu raze X ca exemplu.
Electronii din catod zboară către anodul de metal greu și, atunci când se ciocnesc cu acesta, sunt generate raze X din cauza bremsstrahlung-ului.
Când un electron de la radiația cosmică ajunge la nava noastră, protecția noastră împotriva radiațiilor se va transforma într-un tub natural de raze X, lângă microcircuitele noastre delicate și chiar și organismele vii mai delicate.
Din cauza tuturor acestor probleme protecţie împotriva radiaţiilor realizate din elemente grele, ca pe pământ - nu sunt folosite în spațiu. Ei folosesc protecție constând în principal din aluminiu, hidrogen (din diverse polietilene etc.), deoarece poate fi descompus doar în particule subatomice - și acest lucru este mult mai dificil, iar o astfel de protecție generează mai puține radiații secundare.
Dar, în orice caz, nu există protecție împotriva particulelor de înaltă energie, în plus, cu cât mai multă protecție, cu atât mai multă radiație secundară de la particulele de înaltă energie, grosimea optimă este de aproximativ 2-3 mm de aluminiu. Cel mai dificil lucru este o combinație de protecție cu hidrogen și elemente puțin mai grele (așa-numitele Graded-Z) - dar aceasta nu este cu mult mai bună decât protecția pur „hidrogen”. În general, radiația cosmică poate fi atenuată de aproximativ 10 ori și atât.
Curiosity are la bord un instrument RAD pentru a măsura intensitatea expunerii la radiații. În timpul zborului său către Marte, Curiosity a măsurat radiația de fond, iar astăzi oamenii de știință care lucrează cu NASA au vorbit despre aceste rezultate. Deoarece roverul zbura într-o capsulă, iar senzorul de radiații era amplasat în interior, aceste măsurători corespund practic fondului de radiații care va fi prezent într-o navă spațială cu echipaj.
Rezultatul nu este inspirator - doza echivalentă de expunere la radiații absorbite este de 2 ori mai mare decât doza ISS. Și patru - cel care este considerat maxim admisibil pentru o centrală nucleară. 
Adică, un zbor de șase luni către Marte este aproximativ echivalent cu un an petrecut pe orbita joasă a Pământului sau doi la o centrală nucleară. Având în vedere că durata totală a expediției ar trebui să fie de aproximativ 500 de zile, perspectiva nu este optimistă.
Pentru oameni, radiația acumulată de 1 Sievert crește riscul de cancer cu 5%. NASA le permite astronauților săi să acumuleze nu mai mult de 3% risc, sau 0,6 Sievert, pe parcursul carierei lor. Ținând cont de faptul că doza zilnică pe ISS este de până la 1 mSv, perioada maximă de ședere a astronauților pe orbită este limitată la aproximativ 600 de zile pe întreaga carieră.
Pe Marte însuși, radiația ar trebui să fie de aproximativ două ori mai mică decât în spațiu, datorită atmosferei și suspensiei de praf din ea, adică. corespund nivelului ISS, dar indicatorii exacti nu au fost încă publicati. Indicatorii RAD în zilele furtunilor de praf vor fi interesanți - vom afla cât de bun este praful marțian ca scut de radiații.
Acum, recordul pentru rămânerea pe orbită apropiată de Pământ îi aparține lui Serghei Krikalev, în vârstă de 55 de ani - are 803 zile. Dar le-a colectat intermitent - în total a făcut 6 zboruri din 1988 până în 2005. 
Dispozitivul RAD este format din trei plachete cu stare solidă de siliciu care acționează ca un detector. În plus, are un cristal de iodură de cesiu, care este folosit ca scintilator. RAD-ul este montat pentru a privi zenitul în timpul aterizării și pentru a capta un câmp de 65 de grade. 
De fapt, este un telescop cu radiații care detectează radiațiile ionizante și particulele încărcate într-o gamă largă. 
Radiația din spațiu provine în principal din două surse: de la Soare, în timpul erupțiilor și ejecțiilor coronare, și din razele cosmice, care apar în timpul exploziilor de supernove sau a altor evenimente de înaltă energie din galaxiile noastre și din alte galaxii. 
În ilustrație: interacțiunea dintre „vântul” solar și magnetosfera Pământului.
Razele cosmice alcătuiesc cea mai mare parte a radiațiilor în timpul călătoriei interplanetare. Acestea reprezintă o pondere a radiațiilor de 1,8 mSv pe zi. Doar trei procente din radiația acumulată de Curiosity de la Soare. Acest lucru se datorează și faptului că zborul a avut loc într-un moment relativ calm. Focarele cresc doza totală și se apropie de 2 mSv pe zi.
Vârfurile apar în timpul erupțiilor solare.
Mijloacele tehnice actuale sunt mai eficiente împotriva radiațiilor solare, care au energie scăzută. De exemplu, puteți echipa o capsulă de protecție unde astronauții se pot ascunde în timpul erupțiilor solare. Cu toate acestea, chiar și pereții de aluminiu de 30 cm nu vor proteja de razele cosmice interstelare. Cele de plumb ar ajuta probabil mai bine, dar acest lucru ar crește semnificativ masa navei, ceea ce înseamnă costul lansării și accelerării acesteia.
Cele mai eficiente mijloace de minimizare a expunerii la radiații ar trebui să fie noile tipuri de motoare, care vor reduce semnificativ timpul de zbor către Marte și înapoi. NASA lucrează în prezent la propulsia electrică solară și la propulsia termică nucleară. Primul poate, teoretic, să accelereze de până la 20 de ori mai repede decât motoarele chimice moderne, dar accelerația va fi foarte lungă din cauza forței scăzute. Un dispozitiv cu un astfel de motor ar trebui să fie trimis pentru a tracta un asteroid, pe care NASA dorește să-l captureze și să-l transfere pe orbita lunii pentru vizita ulterioară a astronauților.
Cele mai promițătoare și încurajatoare dezvoltări în propulsia electrică sunt realizate în cadrul proiectului VASIMR. Dar pentru a călători pe Marte, panourile solare nu vor fi suficiente - veți avea nevoie de un reactor.
Un motor termic nuclear dezvoltă un impuls specific de aproximativ trei ori mai mare decât tipurile moderne de rachete. Esența sa este simplă: reactorul încălzește gazul de lucru (probabil hidrogen) la temperaturi ridicate fără a utiliza un oxidant, care este necesar de rachetele chimice. În acest caz, limita de temperatură de încălzire este determinată numai de materialul din care este fabricat motorul însuși. 
Dar o astfel de simplitate provoacă și dificultăți - împingerea este foarte greu de controlat. NASA încearcă să rezolve această problemă, dar nu consideră că dezvoltarea sistemelor de propulsie nucleară este o prioritate.
Utilizarea unui reactor nuclear este, de asemenea, promițătoare, deoarece o parte din energie ar putea fi folosită pentru a genera un câmp electromagnetic, care ar proteja suplimentar piloții de radiațiile cosmice și de radiațiile propriului reactor. Aceeași tehnologie ar face profitabilă extragerea apei de pe Lună sau din asteroizi, adică ar stimula și mai mult utilizarea comercială a spațiului.
Deși acum acesta nu este altceva decât raționament teoretic, este posibil ca o astfel de schemă să devină cheia unui nou nivel de explorare a sistemului solar.
Cine nu a visat să zboare în spațiu, chiar știind cum este? radiații cosmice? Măcar să zboare pe orbita Pământului sau pe Lună, sau chiar mai bine - mai departe, către vreun Orion. De fapt, corpul uman este foarte puțin adaptat la astfel de călătorii. Chiar și atunci când zboară pe orbită, astronauții se confruntă cu multe pericole care le amenință sănătatea și, uneori, viața. Toată lumea s-a uitat la serialul TV cult Star Trek. Unul dintre personajele minunate de acolo a oferit o descriere foarte exactă a fenomenului radiației cosmice. „Este pericol și boală în întuneric și tăcere”, a spus Leonard McCoy, alias Bony, alias Bonesetter. Este foarte greu să fii mai precis. Radiațiile cosmice în timpul călătoriei vor face o persoană obosită, slăbită, bolnavă și să sufere de depresie.
Sentimente în zbor
Corpul uman nu este adaptat la viața în spațiul fără aer, deoarece evoluția nu a inclus astfel de abilități în arsenalul său. S-au scris cărți despre asta, această problemă este studiată în detaliu de medicină, au fost create centre în toată lumea pentru a studia problemele medicinei în spațiu, în condiții extreme, la altitudini mari. Desigur, este amuzant să vezi un astronaut zâmbind pe ecran în timp ce diverse obiecte plutesc în aer în jurul lui. De fapt, expediția sa este mult mai serioasă și plină de consecințe decât pare unui locuitor obișnuit de pe Pământ și nu numai radiațiile cosmice creează probleme.
La cererea jurnaliştilor, astronauţilor, inginerilor, oamenilor de ştiinţă, propria experiență cei care au experimentat tot ce se întâmplă cu o persoană în spațiu au vorbit despre succesiunea diverselor senzații noi într-un mediu creat artificial străin corpului. Literal la zece secunde după începerea zborului, o persoană nepregătită își pierde cunoștința deoarece accelerația navei spațiale crește, separând-o de complexul de lansare. O persoană nu se simte încă la fel de puternic ca în spațiul cosmic razele cosmice- radiațiile sunt absorbite de atmosfera planetei noastre.
Necazuri majore
Dar există și suficiente supraîncărcări: o persoană devine de patru ori mai grea decât propria greutate, este literalmente presată pe un scaun, este dificil să-și miște chiar brațul. Toată lumea a văzut aceste scaune speciale, de exemplu, în nava spațială Soyuz. Dar nu toată lumea a înțeles de ce astronautul avea o poziție atât de ciudată. Este însă necesar deoarece supraîncărcările trimit aproape tot sângele din corp până la picioare, iar creierul rămâne fără aport de sânge, motiv pentru care apare leșinul. Dar un scaun inventat în Uniunea Sovietică ajută la evitarea cel puțin această problemă: poziția cu picioarele ridicate obligă sângele să furnizeze oxigen în toate părțile creierului.
La zece minute după începerea zborului, lipsa gravitației va face ca o persoană să-și piardă aproape simțul echilibrului, al orientării și al coordonării în spațiu, o persoană poate nici măcar să nu poată urmări obiectele în mișcare. Simte greață și vărsături. Razele cosmice pot provoca același lucru - radiația aici este deja mult mai puternică, iar dacă există o ejecție de plasmă în soare, amenințarea la adresa vieții astronauților aflați pe orbită este reală, chiar și pasagerii companiilor aeriene pot suferi în zbor la mare altitudine. Modificările vederii, umflarea și modificările apar în retina ochilor, iar globul ocular se deformează. O persoană devine slabă și nu poate îndeplini sarcinile care îi sunt atribuite.
Ghicitori
Cu toate acestea, din când în când oamenii simt radiații cosmice mari pe Pământ și pentru aceasta nu trebuie neapărat să călătorească în spațiul cosmic. Planeta noastră este bombardată în mod constant de raze de origine cosmică, iar oamenii de știință sugerează că atmosfera noastră nu oferă întotdeauna o protecție suficientă. Există multe teorii care conferă acestor particule energetice o putere care limitează foarte mult șansele ca planetele să aibă viață pe ele. În multe privințe, natura acestor raze cosmice este încă un mister insolubil pentru oamenii de știință.
Particulele încărcate subatomice din spațiu se mișcă aproape cu viteza luminii, au fost deja înregistrate de mai multe ori pe sateliți și chiar pe Aceste nuclee elemente chimice, protoni, electroni, fotoni și neutrini. Nici prezența particulelor grele și supergrele în atacul radiațiilor cosmice nu poate fi exclusă. Dacă ar putea fi găsite, ar fi permis o serie intreaga contradicții în observațiile cosmologice și astronomice.
Atmosferă
Ce ne protejează de radiațiile cosmice? Doar atmosfera noastră. Amenințări cu moartea Pentru toate ființele vii, razele cosmice se ciocnesc în el și generează fluxuri de alte particule - inofensive, inclusiv muonii, rude mult mai grele ale electronilor. Există încă un pericol potențial, deoarece unele particule ajung la suprafața Pământului și pătrund la mulți zeci de metri în adâncimea acestuia. Nivelul de radiație pe care îl primește orice planetă indică adecvarea sau nepotrivirea acesteia pentru viață. Energia mare pe care razele cosmice o poartă cu ele depășește cu mult radiația de la propria sa stea, deoarece energia protonilor și fotonilor, de exemplu, a Soarelui nostru, este mai mică.
Și cu viata inalta imposibil. Pe Pământ, această doză este controlată de puterea câmpului magnetic al planetei și de grosimea atmosferei reduc semnificativ pericolul radiațiilor cosmice. De exemplu, ar putea exista viață pe Marte, dar atmosfera acolo este neglijabilă, nu există un câmp magnetic propriu și, prin urmare, nu există protecție împotriva razelor cosmice care pătrund în întreg spațiul. Nivelul de radiație pe Marte este enorm. Și influența radiațiilor cosmice asupra biosferei planetei este de așa natură încât toată viața de pe ea moare.
Ce este mai important?
Suntem norocoși, avem atât o atmosferă groasă care învăluie Pământul, cât și propriul nostru câmp magnetic destul de puternic care absoarbe particulele dăunătoare care ajung. scoarta terestra. Mă întreb a cui protecție pentru planetă funcționează mai activ - atmosfera sau câmpul magnetic? Cercetătorii experimentează creând modele de planete, fie că le oferă un câmp magnetic, fie nu. Și câmpul magnetic în sine diferă ca putere între aceste modele de planete. Anterior, oamenii de știință erau siguri că este principala protecție împotriva radiațiilor cosmice, deoarece controlau nivelul acesteia la suprafață. Cu toate acestea, s-a descoperit că cantitatea de radiații este determinată de într-o măsură mai mare grosimea atmosferei care acoperă planeta.
Dacă câmpul magnetic de pe Pământ este „dezactivat”, doza de radiație se va dubla doar. Este mult, dar chiar și pentru noi va avea un efect destul de nesemnificativ. Și dacă părăsiți câmpul magnetic și eliminați atmosfera la o zecime din cantitatea sa totală, atunci doza va crește mortal - cu două ordine de mărime. Radiațiile cosmice teribile vor ucide totul și pe toată lumea de pe Pământ. Soarele nostru este o stea pitică galbenă, iar în jurul lor planetele sunt considerate principalii concurenți pentru locuință. Aceste stele sunt relativ slabe, sunt multe dintre ele, aproximativ optzeci la sută numărul total stele din Universul nostru.
Spațiu și evoluție
Teoreticienii au calculat că astfel de planete care orbitează în jurul piticelor galbene, care se află în zone potrivite pentru viață, au câmpuri magnetice mult mai slabe. Acest lucru este valabil mai ales pentru așa-numitele super-Pământuri - mari planete stâncoase cu o masă de zece ori mai mare decât Pământul nostru. Astrobiologii erau încrezători că câmpurile magnetice slabe reduc semnificativ șansele de locuință. Și acum noi descoperiri sugerează că aceasta nu este o problemă atât de mare pe cât credeau oamenii. Principalul lucru ar fi atmosfera.
Oamenii de știință studiază în mod cuprinzător efectul creșterii radiațiilor asupra organismelor vii existente - animale, precum și asupra unei varietăți de plante. Cercetările legate de radiații implică expunerea acestora la diferite grade de radiații, de la niveluri scăzute la niveluri extreme, și apoi determinarea dacă vor supraviețui și cât de diferit se vor simți dacă o vor face. Microorganismele afectate de creșterea treptată a radiațiilor ne pot arăta cum a avut loc evoluția pe Pământ. Razele cosmice și radiațiile lor mari au forțat cândva viitorul om să coboare din palmier și să studieze spațiul. Și omenirea nu se va mai întoarce niciodată la copaci.
Radiația cosmică 2017
La începutul lui septembrie 2017, întreaga noastră planetă era foarte alarmată. Soarele a aruncat brusc tone de material solar după ce două grupuri mari de pete întunecate s-au fuzionat. Și această emisie a fost însoțită de erupții de tip X, care au forțat câmpul magnetic al planetei să se uzeze literalmente. A urmat o furtună magnetică mare, provocând îmbolnăvire la mulți oameni, precum și extrem de rare, aproape fără precedent fenomene naturale pe Pământ. De exemplu, picturi puternice au fost înregistrate lângă Moscova și Novosibirsk aurora boreală care nu au fost niciodată la aceste latitudini. Cu toate acestea, frumusețea unor astfel de fenomene nu a ascuns consecințele unei erupții solare mortale care a pătruns planeta cu radiații cosmice, care s-au dovedit a fi cu adevărat periculoase.
Puterea sa a fost aproape de maxim, X-9.3, unde litera este clasa (bliț extrem de mare), iar numărul este puterea blițului (din zece posibile). Odată cu această emisie, a existat o amenințare de defectare a sistemelor de comunicații spațiale și a tuturor echipamentelor de la bord. Astronauții au fost forțați să aștepte acest flux de radiații cosmice teribile transportate de razele cosmice într-un adăpost special. Calitatea comunicațiilor în aceste două zile s-a deteriorat semnificativ atât în Europa, cât și în America, tocmai acolo unde era direcționat fluxul de particule încărcate din spațiu. Cu aproximativ o zi înainte ca particulele să ajungă la suprafața Pământului, a fost emis un avertisment cu privire la radiația cosmică, care a sunat pe fiecare continent și în fiecare țară.
Puterea Soarelui
Energia emisă de steaua noastră în spațiul înconjurător este cu adevărat enormă. În câteva minute, multe miliarde de megatoni, dacă sunt calculate în echivalent TNT, zboară în spațiu. Omenirea va putea produce atât de multă energie la ritmurile actuale doar într-un milion de ani. Doar o cincime din energia totală emisă de Soare pe secundă. Și acesta este piticul nostru mic și nu prea fierbinte! Dacă îți imaginezi câtă energie distructivă produc alte surse de radiații cosmice, lângă care Soarele nostru va părea un grăunte de nisip aproape invizibil, capul tău se va învârti. Ce binecuvântare că avem un câmp magnetic bun și o atmosferă excelentă care ne împiedică să murim!
Oamenii sunt expuși acestui pericol în fiecare zi pentru că radiatii radioactiveîn spațiu nu se epuizează niciodată. De acolo ne vin cea mai mare parte a radiațiilor - din găurile negre și din grupuri de stele. Este capabil să omoare cu o doză mare de radiații, iar cu o doză mică ne poate transforma în mutanți. Totuși, trebuie să ne amintim că evoluția pe Pământ a avut loc datorită unor astfel de fluxuri de radiații a schimbat structura ADN-ului în starea pe care o vedem astăzi. Dacă trecem prin acest „medicament”, adică dacă radiațiile emise de stele depășesc nivelurile admise, procesele vor fi ireversibile. La urma urmei, dacă creaturile mută, ele nu vor reveni la starea lor inițială, nu există nici un efect invers. Prin urmare, nu vom mai vedea niciodată acele organisme vii care au fost prezente în viața nou-născută de pe Pământ. Orice organism încearcă să se adapteze la schimbările care apar în mediu. Ori moare, ori se adaptează. Dar nu există întoarcere.
ISS și erupție solară
Când Soarele ne-a trimis salutul cu un flux de particule încărcate, ISS tocmai trecea între Pământ și stea. Protonii de înaltă energie eliberați de explozie au creat un fenomen complet nedorit radiații de fond in cadrul statiei. Aceste particule pătrund prin absolut orice navă spațială. Totuşi, tehnologie spațială această radiație a fost scutită deoarece impactul a fost puternic, dar prea scurt pentru a o incapacita. Totuși, echipajul s-a ascuns în tot acest timp într-un adăpost special, deoarece corpul uman este mult mai vulnerabil tehnologie modernă. Nu a fost o singură erupție, au venit într-o serie întreagă și totul a început pe 4 septembrie 2017, pentru a zgudui cosmosul cu o emisie extremă pe 6 septembrie. În ultimii doisprezece ani, un flux mai puternic nu a fost încă observat pe Pământ. Norul de plasmă care a fost ejectat de Soare a depășit Pământul mult mai devreme decât era planificat, ceea ce înseamnă că viteza și puterea fluxului au depășit valoarea așteptată de o dată și jumătate. În consecință, impactul asupra Pământului a fost mult mai puternic decât se aștepta. Norul a fost cu douăsprezece ore înaintea tuturor calculelor oamenilor de știință și, în consecință, a perturbat mai mult câmpul magnetic al planetei.
Puterea furtunii magnetice s-a dovedit a fi de patru din cinci posibile, adică de zece ori mai mult decât se aștepta. În Canada, aurorele au fost observate și la latitudini medii, ca în Rusia. O furtună magnetică planetară a avut loc pe Pământ. Vă puteți imagina ce se întâmpla acolo în spațiu! Radiațiile sunt cel mai important pericol dintre toate cele existente acolo. Protecția împotriva acesteia este necesară imediat, de îndată ce nava spațială părăsește atmosfera superioară și lasă câmpuri magnetice mult mai jos. Fluxuri de particule neîncărcate și încărcate - radiații - pătrund constant în spațiu. Aceleași condiții ne așteaptă pe orice planetă din sistemul solar: nu există câmp magnetic sau atmosferă pe planetele noastre.
Tipuri de radiații
În spațiu, radiațiile ionizante sunt considerate cele mai periculoase. Acestea sunt radiațiile gamma și razele X de la Soare, acestea sunt particule care zboară după erupțiile solare cromosferice, acestea sunt raze cosmice extragalactice, galactice și solare, vântul solar, protoni și electroni ai centurilor de radiații, particule alfa și neutroni. Există și radiații neionizante – ultraviolete și radiații infraroșii de la Soare, aceasta este radiație electromagnetică și lumină vizibilă. Nu există niciun pericol mare în ei. Suntem protejați de atmosferă, iar astronautul este protejat de un costum spațial și de pielea navei.
Radiațiile ionizante provoacă daune ireparabile. Acest efect nociv asupra tuturor proceselor de viață care au loc în corpul uman. Când o particulă sau un foton de înaltă energie trece printr-o substanță în calea sa, formează o pereche de particule încărcate numite ion ca rezultat al interacțiunii cu această substanță. Acest lucru afectează chiar și materia nevii, iar materia vie reacționează cel mai violent, deoarece organizarea celulelor înalt specializate necesită reînnoire, iar acest proces are loc dinamic atâta timp cât organismul este în viață. Și cu cât nivelul este mai ridicat dezvoltare evolutivă organism, cu atât mai ireversibilă daunele radiațiilor devin.
Protecție împotriva radiațiilor
Oamenii de știință caută astfel de instrumente într-o varietate de domenii stiinta moderna, inclusiv în farmacologie. Pana acum fara drog rezultate eficiente nu funcționează, iar persoanele expuse la radiații continuă să moară. Experimentele sunt efectuate pe animale atât pe pământ, cât și în spațiu. Singurul lucru care a devenit clar a fost că orice medicament ar trebui să fie luat de o persoană înainte de începerea radiației, și nu după.
Și dacă luăm în considerare că toate astfel de medicamente sunt toxice, atunci putem presupune că lupta împotriva efectelor radiațiilor nu a dus încă la o singură victorie. Chiar dacă luați la timp, agenții farmacologici oferă protecție numai împotriva radiațiilor gamma și a razelor X, dar nu protejează împotriva radiatii ionizante protoni, particule alfa și neutroni rapizi.
16.3. Clipuri în ochi și în cipuri electronice
Cititorul este bine conștient de odiseea spațială a astronauților americani pe Lună. Pe parcursul mai multor expediții, pământenii au călătorit pe Lună cu nava spațială Apollo. Astronauții au petrecut câteva zile în spațiul cosmic, inclusiv o perioadă lungă de timp în afara magnetosferei Pământului.
Neil Armstrong (primul astronaut care a mers pe Lună) a raportat Pământului despre senzațiile sale neobișnuite în timpul zborului: uneori a observat sclipiri strălucitoare în ochi. Uneori frecvența lor ajungea la aproximativ o sută pe zi (Fig. 16.5). Oamenii de știință au început să înțeleagă acest fenomen și au ajuns rapid la concluzia că razele cosmice galactice sunt responsabile. Aceste particule de înaltă energie pătrund în globul ocular și provoacă strălucirea lui Cherenkov atunci când interacționează cu substanța care alcătuiește ochiul. Drept urmare, astronautul vede un fulger strălucitor. Cea mai eficientă interacțiune cu materia nu sunt protonii, dintre care razele cosmice conțin mai mult decât toate celelalte particule, ci particule grele - carbon, oxigen, fier. Aceste particule, având o masă mare, își pierd semnificativ mai multă energie pe unitatea de drum parcursă decât omologii lor mai ușoare. Ele sunt responsabile pentru generarea strălucirii Cherenkov și stimularea retinei, membrana sensibilă a ochiului. Acest fenomen este acum cunoscut pe scară largă. Probabil că a fost observat înainte de N. Armstrong, dar nu toți piloții spațiali au raportat-o Pământului.
Un experiment special se desfășoară în prezent la bordul Stației Spațiale Internaționale pentru a studia acest fenomen mai în profunzime. Așa arată: o cască plină cu detectoare pentru înregistrarea particulelor încărcate este pusă pe capul astronautului. Astronautul trebuie să înregistreze momentul în care particula trece prin erupțiile pe care le observă, iar detectorii fac o „examinare” independentă a trecerii lor prin ochi și detector. Sclipirile de lumină în ochii cosmonauților și astronauților sunt un exemplu al modului în care organul vizual uman - ochiul - poate servi ca detector de particule cosmice.
Cu toate acestea, consecințele neplăcute ale prezenței razelor cosmice de înaltă energie în spațiu nu se termină aici...
Cu aproximativ douăzeci de ani în urmă s-a observat că funcționarea computerelor de bord ale sateliților ar putea fi perturbată. Aceste încălcări pot fi de două tipuri: computerul se poate „îngheța”, iar după un timp își revine, dar uneori chiar eșuează. Din nou, studiind acest fenomen, oamenii de știință au ajuns la concluzia că particulele grele GCR sunt responsabile pentru el. La fel ca și în cazul globului ocular, ele pătrund în interiorul cipului și provoacă daune locale, microscopice, „inimii” acestuia - o zonă sensibilă a materialului semiconductor din care este fabricat. Mecanismul acestui efect este prezentat în Fig. 16.6. Ca urmare a proceselor destul de complexe asociate cu întreruperea mișcării purtătorilor de curent electric în materialul cipului, apare o defecțiune în funcționarea acestuia (se numesc „eșecuri unice”). Acesta este un fenomen neplăcut pentru echipamentele de bord ale sateliților moderni, care sunt echipate cu sisteme informatice care controlează funcționarea acestuia. Ca urmare, satelitul poate pierde orientarea sau nu reușește să respecte comanda necesară a operatorului de pe Pământ. În cel mai rău caz, dacă nu există un sistem informatic de rezervă necesar la bord, puteți pierde satelitul.
Atenție la fig. 16.7. Acesta descrie frecvența defecțiunilor observate pe unul dintre sateliți de-a lungul unui număr de ani. Aici este reprezentată și curba activității solare. Există o mare corelație între ambele fenomene. În anii de activitate solară minimă, când fluxul GCR este maxim (amintiți-vă de fenomenul de modulație), frecvența defecțiunilor crește și scade la maxim atunci când fluxul GCR este minim. Este imposibil să lupți cu acest fenomen neplăcut. Nicio protecție nu poate salva satelitul de aceste particule. Capacitatea de penetrare a acestor particule cu energiile lor enorme este prea mare.
Dimpotrivă, creșterea grosimii pielii navei spațiale duce la efectul opus. Neutroni produși ca rezultat reactii nucleare GCR-urile cu substanța creează un fundal puternic de radiații în interiorul navei. Acești neutroni secundari, interacționând cu materialul aflat în apropierea cipului, generează, la rândul lor, particule grele, care, pătrunzând în interiorul cipurilor, creează defecțiuni.
Aici este necesar să reamintim cititorului că particulele încărcate grele se găsesc nu numai în razele cosmice. Ele sunt prezente și în centurile de radiații, în special în partea interioară cea mai apropiată de Pământ. Aici, există protoni și particule mai grele. Iar energia lor poate depăși sute de MeV. Acum să ne amintim despre Anomalia Atlanticului de Sud, care „se înclină” deasupra Pământului. Nu este greu de imaginat că electronica unei nave spațiale care zboară la o altitudine de 500 de kilometri ar trebui să „simtă” aceste particule. Așa este. Uitați-vă la Figura 16.8: puteți vedea că cea mai mare frecvență a defecțiunilor este observată tocmai în zona anomaliei.
Un fenomen similar are loc în timpul erupțiilor solare puternice. Protonii și nucleele grele din SCR pot provoca aceleași defecțiuni unice la cipuri. Și chiar sunt observați. Un astfel de exemplu este prezentat în Fig. 16.9: în timpul unei puternice furtuni solare pe 14 iulie 2000. (datorită faptului că a avut loc pe 14 iulie, ziua năvălirii Bastiliei, i s-a dat numele de „Ziua Bastiliei”) fluxuri intense de protoni solari „s-au prăbușit” pe magnetosfera Pământului, provocând defecțiuni în funcționarea sateliți. Singura salvare de la plăcile de gips-carton - ucigașe de așchii - sunt mijloacele tehnice asociate cu duplicarea elementelor electronice deosebit de importante ale echipamentelor de bord.
Nu numai inginerii care creează echipamente electronice la bord sunt îngrijorați de prezența razelor cosmice de înaltă energie în spațiu. Biologii studiază și mecanismele de acțiune ale acestor particule. Pe scurt, ele arată așa.
Apa, principala substanță a țesuturilor biologice, este ionizată sub influența radiațiilor, formând radicali liberi care pot distruge legăturile moleculare ale ADN-ului. Scenariul de deteriorare directă a moleculei de ADN în timpul frânării unei particule grele încărcate nu poate fi exclus (Fig. 16.10).
 Orez. 16.10. Interacțiunea particulelor GCR grele cu o moleculă de ADN în dimensiunile sale liniare de ~ 20 angstromi poate duce la perturbări în structura sa în două moduri: fie prin formarea de radicali liberi, fie direct - prin deteriorarea moleculei în sine. |
 Orez. 16.11. Particulele alfa (nucleele de heliu) și alte particule grele din razele cosmice afectează celulele mai eficient decât electronii, particulele de lumină. Particulele grele pierd mult mai multă energie pe unitate de cale în materie decât cele mai ușoare. Acest lucru este demonstrat clar în această figură: cu aceleași doze de radiații de la electroni și particule grele, numărul de celule deteriorate în ultimul caz este mai mare. |
Rezultat? Consecințe genetice neplăcute, inclusiv cancerigene. Figura 16.11 demonstrează clar efectul particulelor grele asupra țesutului biologic: numărul de celule deteriorate în cazul expunerii la particule mai grele decât protonii crește brusc.
Desigur, nu se poate presupune că elementele grele din razele cosmice sunt singurul agent capabil să provoace cancer. Biologii, dimpotrivă, cred că printre toți ceilalți factori mediu extern, capabilă să influențeze ADN-ul, radiațiile nu joacă un rol principal. De exemplu, unii compuși chimici pot provoca daune mult mai sensibile decât radiațiile. Cu toate acestea, în condițiile unui zbor spațial lung, în afara câmpului magnetic al Pământului, o persoană se află în cea mai mare parte singură cu radiații. Mai mult, aceasta nu este o radiație obișnuită familiară oamenilor. Acestea sunt raze cosmice galactice, care, după cum știm acum, conțin particule grele încărcate. Ele provoacă de fapt daune ADN-ului. Acest lucru este evident. Consecințele acestei interacțiuni nu sunt complet clare. Ce înseamnă să spui că există posibile, de exemplu, consecințe cancerigene ale unei astfel de interacțiuni?
Trebuie remarcat aici că astăzi specialiștii în medicina spațială și biologie nu sunt capabili să dea un răspuns cuprinzător. Există probleme care trebuie abordate în cercetările viitoare. De exemplu, deteriorarea ADN-ului în sine nu duce neapărat la cancer. În plus, moleculele de ADN, după ce au primit un semnal de pericol despre o încălcare a structurii lor, încearcă să pornească singure „programul de reparații”. Și asta se întâmplă, uneori, nu fără succes. Orice traumă fizică, aceeași lovitură adusă corpului cu un ciocan, provoacă mult mai multe daune la nivel molecular decât radiațiile. Dar celulele restaurează ADN-ul, iar organismul „uită” de acest eveniment.
Stabilitatea ADN-ului este extrem de mare: probabilitatea de mutație nu depășește 1 la 10 milioane, indiferent de condițiile locale. Aceasta este fiabilitatea fantastică a structurii biologice responsabile de reproducerea vieții. Chiar și câmpurile de radiații foarte puternice nu o pot perturba. Există o serie de bacterii care nu modifică în câmpuri de radiații extrem de puternice, ajungând la multe mii de Gy. Chiar și siliciul cristalin și multe materiale structurale nu pot rezista la o astfel de sarcină de doză.
Problema aici, așa cum o văd biologii, este că poate exista un eșec în programul de reparare: de exemplu, un cromozom poate ajunge într-un loc complet inutil în structura ADN-ului. Această situație devine deja periculoasă. Cu toate acestea, chiar și aici este posibilă o succesiune multivariată de evenimente.
În primul rând, trebuie să luăm în considerare faptul că procesul de mutație – reproducerea „celulelor greșite” – durează o perioadă lungă de timp. Biologii cred că între efectul advers inițial și implementarea negativă a acestui efect pot trece decenii. Acest timp este necesar pentru a forma o nouă formație de celule supuse mutațiilor, constând din multe miliarde. Prin urmare, prezicerea dezvoltării consecințelor adverse este o chestiune foarte problematică.
O altă latură a problemei efectelor radiațiilor asupra structurilor biologice este că procesul de expunere la doze mici nu a fost suficient studiat. Nu există o relație directă între mărimea dozei - cantitatea de radiații - și daunele cauzate de radiații. Potrivit biologilor, diferite tipuri cromozomii reacţionează diferit la radiaţii. Unele dintre ele „necesită” doze semnificative de radiații pentru a produce efectul, în timp ce altele au nevoie doar de doze foarte mici. Care este motivul aici? Nu există încă un răspuns la asta. Mai mult, consecințele expunerii simultane la două sau mai multe tipuri de radiații asupra structurilor biologice nu sunt complet clare: să zicem, GCR și SCR, sau GCR, SCR și centurile de radiații. Compoziția acestor tipuri de radiații cosmice este diferită și fiecare dintre ele poate duce la propriile sale consecințe. Dar efectul influenței lor combinate nu este clar. Răspunsul final la aceste întrebări se află doar în rezultatele experimentelor viitoare.
Radiația cosmică reprezintă o problemă majoră pentru proiectanții de nave spațiale. Ei se străduiesc să protejeze astronauții de aceasta, care vor fi pe suprafața Lunii sau vor pleca în călătorii lungi în adâncurile Universului. Dacă nu este asigurată protecția necesară, aceste particule, zburând cu viteză mare, vor pătrunde în corpul astronautului și vor deteriora ADN-ul acestuia, ceea ce poate crește riscul de cancer. Din păcate, până acum toate metodele cunoscute de protecție sunt fie ineficiente, fie impracticabile.
Materialele folosite în mod tradițional pentru a construi nave spațiale, cum ar fi aluminiul, captează unele particule spațiale, dar misiunile pe termen lung în spațiu necesită o protecție mai puternică.
Agenția Aerospațială a SUA (NASA) preia de bunăvoie cele mai extravagante, la prima vedere, idei. La urma urmei, nimeni nu poate prezice cu siguranță care dintre ei se va transforma într-o zi într-o descoperire serioasă cercetare spațială. Agenția are un institut special pentru concepte avansate (NASA Institute for Advanced Concepts – NIAC), menit să acumuleze tocmai astfel de dezvoltări – pe termen foarte lung. Prin acest institut, NASA distribuie granturi diferitelor universități și institute pentru dezvoltarea „nebuniei strălucitoare”.
Următoarele opțiuni sunt în prezent explorate:
Protecție cu anumite materiale. Unele materiale, cum ar fi apa sau polipropilena, au proprietăți de protecție bune. Dar pentru a proteja o navă spațială cu ele, vor fi necesare multe dintre ele, iar greutatea navei va deveni inacceptabil de mare.
În prezent, angajații NASA au dezvoltat un nou material ultra-rezistent, legat de polietilenă, pe care urmează să îl folosească la asamblare. nave spațiale viitor. „Plasticul spațial” va putea proteja astronauții de radiațiile cosmice mai bine decât scuturile metalice, dar este mult mai ușor decât metalele cunoscute. Experții sunt convinși că, atunci când materialului i se oferă o rezistență suficientă la căldură, va fi chiar posibil să se facă pielea navei spațiale din acesta.
Anterior, se credea că doar o carcasă metalică ar permite unei nave spațiale cu echipaj să treacă prin centurile de radiații ale Pământului - fluxuri de particule încărcate reținute de câmpul magnetic din apropierea planetei. Acest lucru nu a fost întâlnit în timpul zborurilor către ISS, deoarece orbita stației trece vizibil sub zona periculoasă. În plus, astronauții sunt amenințați de erupții solare - o sursă de raze gamma și X, iar părțile navei în sine sunt capabile de radiații secundare - din cauza dezintegrarii radioizotopilor formați în timpul „primei întâlniri” cu radiația.
Acum, oamenii de știință cred că noul plastic RXF1 face față mai bine acestor probleme, iar densitatea sa scăzută nu este ultimul argument în favoarea sa: capacitatea de transport a rachetelor nu este încă suficient de mare. Rezultatele testelor de laborator în care a fost comparat cu aluminiul sunt cunoscute: RXF1 poate rezista la sarcini de trei ori mai mari la o densitate de trei ori mai mică și prinde mai multe particule cu energie înaltă. Polimerul nu a fost încă patentat, așa că metoda de fabricare a acestuia nu a fost raportată. Lenta.ru raportează acest lucru cu referire la science.nasa.gov.
Structuri gonflabile. Modulul gonflabil, realizat din plastic RXF1 foarte durabil, nu numai că va fi mai compact la lansare, ci și mai ușor decât o structură solidă din oțel. Desigur, dezvoltatorii săi vor trebui să ofere o protecție destul de fiabilă împotriva micrometeoriților cuplate cu „deșeuri spațiale”, dar nu este nimic fundamental imposibil în acest sens.
Ceva este deja acolo - nava privată gonflabilă fără pilot Genesis II este deja pe orbită. Lansat în 2007 de racheta rusă Dnepr. Mai mult, greutatea sa este destul de impresionantă pentru un dispozitiv creat de o companie privată - peste 1300 kg.
CSS (Commercial Space Station) Skywalker este un proiect comercial al unei stații orbitale gonflabile. NASA alocă aproximativ 4 miliarde de dolari pentru a sprijini proiectul pentru 2011-2013 Vorbim despre dezvoltarea de noi tehnologii pentru module gonflabile pentru explorarea spațiului și a corpurilor cerești ale Sistemului Solar.
Nu se știe cât va costa structura gonflabilă. Dar costurile totale pentru dezvoltarea noilor tehnologii au fost deja anunțate. În 2011, 652 de milioane de dolari vor fi alocate pentru aceste scopuri, în 2012 (dacă nu se revizuiește din nou bugetul) - 1262 de milioane de dolari, în 2013 - 1808 de milioane de dolari sunt planificate să crească constant, dar, ținând cont de experiența tristă a termenelor nerespectate și a estimărilor Constellations, fără a se concentra pe un singur program la scară largă.
Module gonflabile, dispozitive automate pentru andocare vehicule, sisteme de stocare a combustibilului pe orbită, module autonome de susținere a vieții și complexe care asigură aterizarea pe alte corpuri cerești. Aceasta este doar o mică parte din sarcinile cu care se confruntă acum NASA pentru a rezolva problema aterizării unui om pe Lună.
Protectie magnetica si electrostatica. Magneții puternici pot fi folosiți pentru a respinge particulele zburătoare, dar magneții sunt foarte grei și încă nu se știe cât de periculos ar fi un câmp magnetic suficient de puternic pentru a reflecta radiația cosmică pentru astronauți.
O navă spațială sau o stație pe suprafața lunară cu protecție magnetică. Un magnet supraconductor toroidal cu puterea câmpului nu va permite ca majoritatea razelor cosmice să pătrundă în cabina de pilotaj situată în interiorul magnetului și, prin urmare, va reduce dozele totale de radiații de la radiația cosmică de zeci sau mai multe ori.
Proiectele promițătoare ale NASA sunt un scut de radiații electrostatice pentru o bază lunară și un telescop lunar cu o oglindă lichidă (ilustrări de pe spaceflightnow.com).
Soluții biomedicale. Corpul uman este capabil să corecteze daunele ADN-ului cauzate de doze mici de radiații. Dacă această capacitate este îmbunătățită, astronauții vor putea rezista la expunerea prelungită la radiațiile cosmice. Mai multe detalii
Protecție cu hidrogen lichid. NASA ia în considerare posibilitatea de a folosi rezervoare de combustibil pentru nave spațiale care conțin hidrogen lichid, care pot fi plasate în jurul compartimentului echipajului, ca protecție împotriva radiațiilor cosmice. Această idee se bazează pe faptul că radiația cosmică pierde energie atunci când se ciocnește cu protonii altor atomi. Deoarece un atom de hidrogen are un singur proton în nucleul său, un proton din fiecare dintre nucleele sale „frânează” radiația. În elementele cu nuclee mai grele, unii protoni îi blochează pe alții, astfel încât razele cosmice nu ajung la ei. Protecția cu hidrogen poate fi asigurată, dar nu este suficientă pentru a preveni riscurile de cancer.
Biocostumul. Acest proiect bio-costume, dezvoltat de un grup de profesori și studenți de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts Institutul de Tehnologie(MIT). „Bio” - în în acest caz, nu înseamnă biotehnologie, ci ușurință, confort neobișnuit pentru costumele spațiale și, în unele cazuri, chiar imperceptibilitatea carcasei, care este, parcă, o continuare a corpului.
În loc să coaseți și să lipiți un costum spațial din bucăți separate de țesături diferite, acesta va fi pulverizat direct pe pielea unei persoane sub forma unui spray care se întărește rapid. Adevărat, casca, mănușile și bocancii vor rămâne în continuare tradiționale.
Tehnologia unei astfel de pulverizări (un polimer special este folosit ca material) este deja testată de armata americană. Acest proces se numește Electrospinlacing, este efectuat de specialiști centru de cercetare Armata SUA - Centrul de sisteme de soldați, Natick.
Pentru a spune simplu, putem spune că cele mai mici picături sau fibre scurte ale polimerului dobândesc sarcina electrica si sub influenta câmp electrostatic se grăbesc spre scopul lor - obiectul care trebuie acoperit cu peliculă - unde formează o suprafață topită. Oamenii de știință de la MIT intenționează să creeze ceva similar, dar capabil să creeze o peliculă etanșă la umiditate și aer pe corpul unei persoane vii. După întărire, pelicula capătă o rezistență ridicată, menținând o elasticitate suficientă pentru mișcarea brațelor și picioarelor.
Trebuie adăugat că proiectul prevede opțiunea când mai multe straturi diferite vor fi pulverizate pe corp într-un mod similar, alternând cu o varietate de electronice încorporate.
Linia de dezvoltare a costumelor spațiale așa cum a fost imaginată de oamenii de știință MIT (ilustrare de pe site-ul web mvl.mit.edu).
Iar inventatorii biocostumei vorbesc despre auto-strângerea promițătoare a filmelor polimerice în caz de deteriorare minoră.
Chiar și profesorul Dava Newman însăși nu poate prezice când va deveni posibil acest lucru. Poate peste zece ani, poate peste cincizeci.
Dar dacă nu începeți să vă îndreptați către acest rezultat acum, „viitorul fantastic” nu va veni.