Ғарыштағы радиация туралы қызықты мәліметтер

Ғарыш кеңістігін игеру әдетте жылдамдық, қашықтықтар және техникалық жетістіктер категорияларында талқыланады, дегенмен осы қызықты бейнелердің астарында адам Жерден тыс жерде тап болған ең маңызды практикалық мәселелердің бірі жасырынған. Біздің планетамыз көзге көрінбейтін қалқандармен – магниттік өріс пен атмосферамен – қоршалған, олар әр секунд сайын барлық тірі ағзаларды жойқын сәулелену ағындарынан қорғайды. Осы қорғаныс қабығынан шығып кету жеткілікті, адам радиациялық фон әдеттегі жер деңгейімен салыстыруға келмейтін ортаға тап болады. Дәл осы мән-жай радиацияны ұзақ мерзімді ғарыштық ұшулар мен басқа планеталарды игеру жолындағы негізгі кедергілердің біріне айналдырады. Бұл мақалада біз сіздерге ғарыштағы радиация туралы 28 қызықты әрі танымдық фактіні ұсынамыз.

1. Ғарыш кеңістігі бір мезгілде сәулеленудің бірнеше түрімен пронизаланған. Негізгі көздер – ғаламның тереңінен келетін галактикалық ғарыштық сәулелер, күн желінің протон-электрон ағындары және Күн жарқылы кезінде бөлінетін жоғары энергиялы бөлшектер.
2. Галактикалық ғарыштық сәулелер – бұл жарық жылдамдығына жақын жылдамдықтарға дейін үдетілген атом ядролары, олар ғаламдағы аса жаңа жұлдыздардың жарылуы және басқа да апатты оқиғалар нәтижесінде пайда болады. Олардың өтімділік қабілеті соншалықты жоғары тіпті, белгілі материалдардың көпшілігі оларды толығымен тоқтата алмайды.
3. Жер бетінде адам ғарыштық сәулеленуден жылына шамамен 0,3 миллизиверт алады – бұл жалпы табиғи фонның түк те емес бөлігі. Халықаралық ғарыш станциясының бортында жылдық доза шамамен 150–200 миллизивертті құрайды, бұл жер деңгейінен шамамен 500 есе асып түседі.
4. Жердің магниттік өрісі күн желінің зарядталған бөлшектерін ауытқытып, оларды ерекше аймақтарда – Ван Алленнің радиациялық белдеулерінде ұстайды. Планетаны бірнеше жүзден ондаған мың шақырым биіктікте қоршайтын бұл сақина тәрізді аймақтар Жер маңындағы кеңістіктегі радиацияның ең қарқынды көздерінің бірі болып табылады.
5. Ван Алленнің ішкі радиациялық белдеуі негізінен жоғары энергиялы протондардан тұрады және шамамен 700–1000 шақырым биіктіктен басталады. Сыртқы белдеу электрондарға бай және планета бетінен 65 000 шақырымға дейін созылады – дәл осы арқылы «Аполлон» бағдарламасының кемелері Айға жолда ұшып өтті.
6. «Аполлон» астронавттары Ван Аллен белдеулері арқылы ұшқан кезде әрбір өту үшін шамамен 10–16 миллизиверт жалпы доза алды. Бұл қауіпті шектен айтарлықтай аз болды, себебі қауіпті аймақтардан жоғары жылдамдықпен өту және старт үшін таңдалған тәулік уақыты осылай болды.
7. Халықаралық ғарыш станциясы әдейі Ван Алленнің ішкі белдеуінен төмен – шамамен 400 шақырым биіктікте орналастырылған. Мұндай орбита геомагниттік өрістің қалдық қорғанысын пайдалануға және экипажға түсетін радиациялық жүктемені азайтуға мүмкіндік береді, дегенмен оны толығымен жою мүмкін емес.
8. Күн протонды оқиғалары – Күн жарқылы кезінде зарядталған бөлшектердің қуатты шығарындылары – санаулы сағат ішінде қорғалмаған адамның өміріне қауіпті доза тудыра алады. 1972 жылғы сияқты ерекше күшті оқиғалар кезінде Ай бетіндегі астронавттар жарқыл сәтінде онда болған жағдайда өлімге әкелетін доза алар еді.
9. 1972 жылғы оқиға «Аполлон-16» мен «Аполлон-17» миссиялары арасында болғандықтан, экипаж мүшелерінің ешқайсысы зардап шекпеді. Бұл жағдай пилоттық ұшулардың қауіпсіздігі үшін ғарыштық ауа райын дәл болжаудың қаншалықты маңызды екенін айқын көрсетті.
10. Күн белсенділігін болжау ғарыштық медицинаның негізгі міндеттерінің бірі болып қала береді. Ғарыштық ауа райы қызметі Күннің жағдайын нақты уақыт режимінде бақылайды және ХҒС экипажын алдағы протонды оқиға туралы бірнеше сағат бұрын ескерте алады, сонда адамдар станцияның ең қорғалған бөліктеріне жасырынуға үлгереді.
11. ХҒС-те арнайы «баспаналар» бар – қосымша радиациялық қорғанысы бар аймақтар, экипаж күн дауылы қаупі төнгенде осы жерге барады. Әдетте, бұл су цистерналарымен немесе басқа да сутегі қамтитын материалдармен қоршалған бөліктер, себебі сутегі протондарды ерекше тиімді тоқтатады.
12. Су зарядталған бөлшектерден қорғанудың ең жақсы және сонымен бірге ең қолжетімді материалдарының бірі болып табылады. Сутегінің жеңіл ядролары шабуылдаушы протондардың энергиясын тиімді шашыратады, және дәл осы себепті инженерлер болашақ планетааралық кемелерді жобалау кезінде тұрғын бөліктердің айналасына су цистерналарын орналастыруды қарастырады.
13. Галактикалық ғарыштық сәулелерден қорғану күн бөлшектерінен экрандауға қарағанда әлдеқайда күрделі міндет болып табылады. Олардың энергиясы соншалықты жоғары тіпті, қалың материал қабаты оларды тоқтатпайды, керісінше, екінші реттік сәулелену ағынын күшейтеді – бұл каскадты ядролық нөсер деп аталатын құбылыс.
14. Галактикалық сәулелер үшін экрандаудың оңтайлы қалыңдығы шаршы сантиметрге бірнеше граммды құрайды – бұл шамамен бірнеше сантиметрлік су қабатына сәйкес келеді. Қалқанның қалыңдығын одан әрі арттыру екінші реттік сәулеленудің өсуіне әкеледі және қорғанысты жақсартпайды, керісінше нашарлатады.
15. Жер атмосферасы шамамен 10 метр суға баламалы қорғаныс қабатын жасайды. Ғарыш кемесінің конструкциясында мұндай қорғанысты массаның алып ұлғаюынсыз техникалық тұрғыдан қайталау мүмкін емес, және бұл іргелі қайшылық әлі күнге дейін түпкілікті шешім таппады.
16. Орбитада ұзақ уақыт өткізетін ғарышкерлер денсаулық үшін ұзақ мерзімді тәуекелдермен байланысты радиацияның жоғары дозасын алу қаупіне ұшырайды. Олардың негізгілері – онкологиялық аурулардың ықтималдығының артуы, катаракта және орталық жүйке жүйесінің мүмкін зақымдануы.
17. Ресейлік ғарышкерлер Валерий Поляков пен Геннадий Падалка, барлық адамдар арасында орбитада ең көп уақыт өткізгендер, Жердегі ядролық сала қызметкерлері үшін рұқсат етілген шектен айтарлықтай асып түсетін радиация дозаларын жинақтады. Олардың денсаулығын ұзақ мерзімді бақылау ғарыштық медицина үшін құнды материал береді.
18. Ғарыштағы радиация тек тірі ағзаларға ғана емес, электроникаға да әсер етеді. Жоғары энергиялы бөлшектер бортық компьютерлердің жадында биттердің кездейсоқ ауысуы – бірлік сәтсіздіктер деп аталатын құбылысты тудыруы мүмкін, бұл ең қолайсыз сәтте маңызды бағдарламалық қателерге әкелуі мүмкін.
19. Борттық электрониканы қорғау үшін арнайы технологиялар бойынша жасалған радиацияға төзімді микросхемалар қолданылады. Мұндай компоненттер кәдімгі коммерциялық аналогтарына қарағанда айтарлықтай қымбат, дегенмен оларсыз спутниктер мен планетааралық зондтардың көптеген жылдар бойы сенімді жұмыс істеуі мүмкін болмас еді.
20. Егер Марс миссиясы қашан да болсын жүзеге асса, астронавттар ХҒС-тегі жүктемеден сапалық тұрғыдан ерекшеленетін радиациялық жүктемеге ұшырайды. «Кьюриосити» марсоходының деректеріне негізделген есептеулер тек барып-қайту сапарының өзі шамамен 660 миллизиверт доза беретінін көрсетеді – бұл кәсіби астронавттар үшін рұқсат етілген өмірлік шектің шамамен үштен бірі.
21. Марста жағдайды өте сирек атмосфера ушықтырады, ол Жерге қарағанда жүздеген есе аз қорғаныс жасайды. Сонымен қатар, қызыл планетаның жаһандық магниттік өрісі жоқ, сондықтан ондағы беткі қабат күн желі мен галактикалық сәулелердің тікелей әсеріне ашық.
22. Ай радиациялық әсерге Марсқа қарағанда да осал. Ол атмосферадан да, магниттік өрістен де айырылған, сондықтан болашақ ай базаларын, ең алдымен, жер асты тоннельдерінде немесе бірнеше метрлік ай топырағы – реголит қабатының астында орналастыруға тура келеді.
23. Реголит инженерлер тарапынан перспективті экрандау материалы ретінде қарастырылады, дәл сол себепті оны Жерден жеткізудің қажеті жоқ. Екі-үш метрлік қабат ай базасындағы радиация дозасын Жердегі ядролық нысандар персоналы үшін нормалармен салыстыруға келетін деңгейге дейін төмендете алады.
24. Күн белсенділігінің циклі шамамен 11 жылға созылады, және радиациялық қауіп деңгейі осы цикл фазасына байланысты айтарлықтай өзгереді. Күн максимумы кезеңінде протонды оқиғалардың жиілігі мен қуаты күрт артады, ал минимум кезінде галактикалық сәулелер ағыны күшейеді – парадоксальды түрде тыныш Күн жұлдызаралық сәулеленудің қарқындырақ болуын білдіреді.
25. Бұл парадокс белсенді Күн Күн жүйесінің ішкі бөлігіне жақындағанда галактикалық сәулелердің бір бөлігін ауытқытатын тығыз күн желін тудыратындығымен түсіндіріледі. Бұл қорғаныс әсері күндік модуляция деп аталады және ұзақ мерзімді миссияларды жоспарлау кезінде ескеріледі.
26. ХҒС-тегі биологиялық эксперименттер радиацияның салмақсыздықпен үйлесуі жасуша ДНҚ-сын осы факторлардың әрқайсысы жеке-жеке әсер еткенге қарағанда әлдеқайда қарқынды зақымдайтынын көрсетті. Бұл ашылым ұзақ мерзімді ғарыштық ұшулардың тәуекелдері туралы кейбір бұрынғы бағалауларды қайта қарауға мәжбүр етті.
27. Радиациядан фармакологиялық қорғаныс – зерттеудің тағы бір перспективалық бағыты. Бірқатар препараттар ДНҚ-ны қалпына келтіру механизмдерін белсендіріп, жасушалардағы тотығу стрессін азайта алады, дегенмен белгілі құралдардың ешқайсысы әлі күнге дейін жоғары дозалардың айлар бойы әсер етуі кезінде сенімді қорғаныс қамтамасыз етпейді.
28. Кейбір жер ағзалары радиацияға ерекше төзімділік танытады, және ғалымдар бұл білімді ғарышкерлік мүддесінде қолдану үмітімен олардың қорғаныс механизмдерін зерттейді. Deinococcus radiodurans бактериясы адам үшін өлімге әкелетін дозадан мыңдаған есе асатын дозаларды көтере алады, фрагменттелген ДНҚ-ны таңғажайып тиімділікпен қалпына келтіреді.

Радиация пилоттық ғарышкерлік үшін ең іргелі шақырулардың бірі болып қала береді – мұндай мәселені зымыран қозғалтқыштары немесе өмірді қамтамасыз ету жүйелерін жай ғана жетілдіру арқылы шешу мүмкін емес. Бұл мәселені шешу бір мезгілде бірнеше салада – материалтану, биомедицина және қорғаныс физикасында – серпіліс жасауды талап етеді, және дәл осы серпілістер Марсқа және одан әрі ұшулардың арман болып қала ма, әлде шындыққа айнала ма екенін анықтайды. Жерді игеру тарихы адам ең қатал табиғи кедергілерді жеңе алатынын көрсетеді, – мәселе мұны қазіргі ұрпақтың амбицияларына ілесу үшін жеткілікті жылдам жасау мүмкін бе екенінде.