Представляя себе будущие космические путешествия, такие как прямой полет на Марс, возникает тихая и опасная угроза: солнечные бури. На расстоянии миллионов километров от Земли большое количество энергетических частиц может проникать в космос в сторону корабля, представляя серьезную угрозу здоровью экипажа, даже без видимых признаков, таких как дым или взрыв.
Эта фундаментальная проблема длительных космических миссий заключается в том, как защитить астронавтов от этой невидимой угрозы. Микроскопические частицы, меньшие, чем атом, способны нанести значительный вред здоровью человека.
На Земле защита обеспечивается атмосферой, которая поглощает большую часть излучения, и магнитным полем Земли, которое отклоняет многие заряженные частицы. Однако, удаляясь от этой естественной защиты, эти частицы могут достигать членов экипажа напрямую, вызывая острые эффекты или повышая риск рака и других заболеваний в долгосрочной перспективе.
Существует два основных типа излучения, которые необходимо учитывать. Первый состоит из энергетических частиц, испускаемых Солнцем, особенно во время интенсивных вспышек и солнечных бурь, которые могут подвергнуть астронавтов опасным дозам за короткий период. Второй проблемой являются галактические космические лучи — высокоэнергетические частицы, происходящие из-за пределов Солнечной системы, некоторые из которых представляют собой атомные ядра, движущиеся почти со скоростью света, что делает их особенно трудными для блокирования.
Для защиты будущих космических исследователей водород, самый легкий атом, выступает в качестве важнейшего союзника. Он высокоэффективен в снижении энергии определенных вредных частиц, таких как высокоэнергетические протоны и ионы, присутствующие в космических лучах. Таким образом, материалы, такие как вода и полимеры, богатые водородом, могут использоваться для защиты астронавтов.
Перспективный подход включает использование уже имеющихся на борту космического аппарата материалов. Например, резервуары с водой могут быть размещены вокруг жилых зон экипажа, а продукты питания и оборудование могут быть стратегически распределены для усиления защиты.
Испытание, проведенное на Международной космической станции, показало, что барьер из гидратированных материалов толщиной, эквивалентной примерно шести сантиметрам чистой воды, смог уменьшить эквивалентную дозу радиации, измеренную исследователями, примерно на 37%. Однако отмечается, что простое увеличение толщины защиты не всегда приводит к пропорциональному увеличению защиты, поскольку столкновение более мощных космических лучей с защитой может генерировать вторичные частицы, требуя большего, чем просто окружение корабля водой.
Исследования также изучают преобразование пластиковых отходов в защитные материалы. Вместо того чтобы выбрасывать упаковку, будущая миссия могла бы перерабатывать ее для создания защитных элементов. Кроме того, ученые изучают водные материалы, такие как гидрогели, изготовленные методом 3D-печати, представляя себе астронавтов, защищенных гелеобразным веществом.
Другая жизненно важная мера — создание убежища от солнечных бурь. Идея состоит в том, чтобы выделить секцию корабля, которую можно окружить водой, припасами и другими защитными материалами. При обнаружении опасного солнечного события астронавты укрывались бы в этом отсеке до улучшения ситуации.
Специализированная защитная одежда, такая как жилет AstroRad, разработанный для смягчения воздействия энергетических частиц на тело, также тестируется. Эксперименты, проведенные в рамках миссии Artemis I во время полета вокруг Луны, помогли оценить эффективность этого оборудования, хотя жилет не заменяет защиту самого корабля, и решения должны балансировать между защитой, весом и мобильностью.
Рассматривая возможность отклонения излучения, появляются магнитные экраны. Поскольку многие опасные частицы несут электрический заряд, сильные магнитные поля могли бы изменить их траектории, отводя их от астронавтов, следуя принципу земного магнитного щита. Препятствие заключается в воспроизведении этого на корабле, что требует сложных систем с сверхпроводящими магнитами, генерирующими сильные поля без добавления массы или чрезмерного потребления энергии; исследования продвигаются, но компактный и надежный щит все еще далек.
Более радикальное предложение предполагает не использовать защиту, а использовать защиту небесного тела, разместив убежище внутри астероида. Сам камень служил бы естественным барьером. Хотя это физически обосновано, применение чрезвычайно сложно, требуя поиска подходящего астероида, достижения его, строительства внутреннего убежища и превращения его в своего рода орбитальный космический автобус, не говоря уже о том, что вторичные частицы космических лучей все еще могут представлять опасность даже под толстым слоем породы.
Вывод заключается в том, что ни одно отдельное решение не решает проблему; защита в первых межпланетных полетах, вероятно, потребует комбинации подходящих материалов, постоянного мониторинга, убежищ для солнечных событий и, в будущем, технологий отклонения излучения.
Хотя многие хотят быстро покинуть планету, космическое излучение представляет больший риск для здоровья, чем земные политические споры. Пока ученые ищут безопасные методы освоения космоса, крайне важно решить проблемы на известной планете, которая предоставляет все необходимые условия для поддержания жизни и мира.
