stringtranslate.com

Угроза здоровью от космических лучей

Угроза здоровью от космических лучей — это опасность, которую космические лучи представляют для астронавтов, выполняющих межпланетные миссии или любые миссии, которые отправляются через пояса Ван-Аллена или за пределы магнитосферы Земли . [1] [2] Они являются одним из самых больших препятствий, стоящих на пути планов межпланетных путешествий на пилотируемых космических кораблях , [3] [4] [5] но риски для здоровья от космической радиации также возникают для миссий на низкой околоземной орбите, таких как Международная космическая станция (МКС). [6]

В октябре 2015 года Управление генерального инспектора НАСА опубликовало отчет об опасностях для здоровья , связанных с освоением космоса , включая полет человека на Марс . [7] [8]

Радиационная среда в глубоком космосе

Источники ионизирующего излучения в межпланетном пространстве.

Радиационная обстановка глубокого космоса отличается от таковой на поверхности Земли или на низкой околоземной орбите из-за гораздо большего потока высокоэнергетических галактических космических лучей (ГКЛ), а также излучения солнечных протонных событий (СПС) и радиации ремни .

Галактические космические лучи (ГКЛ) состоят из протонов высоких энергий (85%), альфа-частиц (14%) и других ядер высоких энергий ( ионов HZE ). [1] Частицы солнечной энергии состоят в основном из протонов, ускоренных Солнцем до высоких энергий из-за близости к солнечным вспышкам и корональным выбросам массы . Тяжелые ионы, протоны низкой энергии и частицы гелия представляют собой сильно ионизирующие формы излучения, которые вызывают выраженный биологический ущерб по сравнению с рентгеновскими лучами и гамма-лучами.

Микроскопическое выделение энергии от высокоионизирующих частиц состоит из основного радиационного трека, обусловленного прямой ионизацией частицы и электронов низкой энергии, образующихся при ионизации, а также полутени электронов с более высокой энергией, которая может простираться на сотни микрон от пути частиц в ткани. Основной трек производит чрезвычайно большие кластеры ионизации размером в несколько нанометров , что качественно отличается от выделения энергии рентгеновскими лучами и гамма-лучами ; следовательно, данные по эпидемиологии человека, которые существуют только для этих последних форм радиации, ограничены в прогнозировании рисков для здоровья космонавтов от космической радиации.

Радиационные пояса находятся внутри магнитосферы Земли и не встречаются в глубоком космосе, тогда как в эквивалентах доз для органов на Международной космической станции преобладает не захваченное излучение ГКЛ. Микроскопическое энерговыделение в клетках и тканях отличается от ГКЛ по сравнению с рентгеновскими лучами на Земле, что приводит как к качественным, так и к количественным различиям в биологических эффектах, в то время как эпидемиологические данные человека по ГКЛ, вызывающие рак и другие смертельные риски, отсутствуют.

Солнечный цикл — это примерно 11-летний период различной солнечной активности, включая солнечный максимум, когда солнечный ветер самый сильный, и солнечный минимум, когда солнечный ветер самый слабый. Галактические космические лучи создают непрерывную дозу радиации по всей Солнечной системе , которая увеличивается во время минимума солнечной активности и уменьшается во время максимума солнечной активности ( солнечной активности ). Внутренний и внешний радиационные пояса представляют собой две области захваченных частиц солнечного ветра, которые позже ускоряются за счет динамического взаимодействия с магнитным полем Земли. Хотя доза радиации в этих поясах всегда высока, она может резко возрастать во время геомагнитных бурь и суббурь . Солнечные протонные события (SPE) — это всплески энергичных протонов, ускоренных Солнцем. Они происходят относительно редко и могут вызывать чрезвычайно высокие уровни радиации. Без толстой защиты СПС достаточно сильны, чтобы вызвать острое радиационное отравление и смерть. [9]

Жизнь на поверхности Земли защищена от галактических космических лучей рядом факторов:

  1. Атмосфера Земли непрозрачна для первичных космических лучей с энергией ниже 1 гигаэлектронвольта (ГэВ), поэтому только вторичное излучение может достичь поверхности. Вторичное излучение ослабляется также за счет поглощения в атмосфере, а также за счет радиоактивного распада при полете некоторых частиц, например мюонов. Особенно ослабляются частицы, попадающие с направления, далекого от зенита. Население мира ежегодно получает в среднем 0,4 миллизиверта ( мЗв) космического излучения (отдельно от других источников радиационного воздействия, таких как вдыхаемый радон) из-за атмосферной защиты. На высоте 12 км, выше большей части защиты атмосферы , годовая норма радиации возрастает от 20 мЗв на экваторе до 50–120 мЗв на полюсах, варьируясь между условиями солнечного максимума и минимума. [10] [11] [12]
  2. Миссии за пределами низкой околоземной орбиты проходят через радиационные пояса Ван Аллена . Поэтому их, возможно, потребуется защитить от воздействия космических лучей, радиации Ван Аллена или солнечных вспышек. Область между двумя и четырьмя радиусами Земли находится между двумя радиационными поясами и иногда называется «безопасной зоной». [13] [14] Для получения дополнительной информации см. значение поясов Ван Аллена для космических путешествий .
  3. Межпланетное магнитное поле , заключенное в солнечном ветре , также отклоняет космические лучи. В результате потоки космических лучей внутри гелиопаузы обратно коррелируют с солнечным циклом . [15]
  4. Электромагнитное излучение , создаваемое молниями в облаках высотой всего в несколько миль, может создать безопасную зону в радиационных поясах Ван Аллена, окружающих Землю. Эта зона, известная как «щель пояса Ван Аллена», может быть безопасным убежищем для спутников на средних околоземных орбитах (СОО), защищая их от интенсивного излучения Солнца . [16] [17] [18]

В результате энергетический вклад ГКЛ в атмосферу ничтожен – около 10–9 солнечной радиации – примерно такой же, как у звездного света. [19]

Из вышеперечисленных факторов все, кроме первого, применимы к низкоорбитальным кораблям, таким как космический шаттл и Международная космическая станция . Облучение на МКС составляет в среднем 150 мЗв в год, хотя частая смена экипажа сводит к минимуму индивидуальный риск. [20] Астронавты миссий Скайлэб получали в среднем 1,4 мЗв/день. [20] Поскольку продолжительность миссий «Скайлэб» составляла соответственно дни и месяцы, а не годы, задействованные дозы были меньше, чем можно было бы ожидать от будущих долгосрочных миссий, таких как к околоземному астероиду или к Марсу [3] (если только не будет обеспечено гораздо большее экранирование).

31 мая 2013 года ученые НАСА сообщили, что возможная миссия человека на Марс [3] может быть сопряжена с большим радиационным риском , исходя из количества излучения энергичных частиц , обнаруженного детектором оценки радиации (RAD) в Марсианской научной лаборатории во время путешествия с Марса. Земля - Марс в 2011–2012 гг. [21] [22] [23] Однако поглощенная доза и эквивалент дозы для миссии на Марс были предсказаны в начале 1990-х годов Бадваром, Кучиноттой и другими (см., например, Бадвар, Кучинотта и др., Radiation Research, том 138). , 201–208, 1994) и результаты эксперимента MSL в значительной степени согласуются с этими более ранними предсказаниями.

Влияние на здоровье человека

Сравнение доз радиации включает количество, обнаруженное во время полета с Земли на Марс РАД на MSL (2011–2013 гг.). [21] [22] [23] Масштаб оси Y имеет логарифмический масштаб . Например, облучение в течение 6 месяцев на борту МКС примерно в 10 раз превышает облучение при компьютерной томографии брюшной полости.

Потенциальные острые и хронические последствия для здоровья от космической радиации, как и от других видов ионизирующего излучения, включают как прямое повреждение ДНК, так и косвенные эффекты, связанные с образованием активных форм кислорода, а также изменения в биохимии клеток и тканей, которые могут изменить транскрипцию генов. и тканевое микроокружение, а также вызывают мутации ДНК. Острые (или ранние радиационные) эффекты возникают в результате высоких доз радиации, и они, скорее всего, возникнут после событий, связанных с солнечными частицами (SPE). [24] Вероятные хронические последствия воздействия космической радиации включают как стохастические события, такие как радиационный канцерогенез [25], так и детерминированные дегенеративные тканевые эффекты. Однако на сегодняшний день единственной патологией, связанной с воздействием космической радиации, является повышенный риск радиационной катаракты среди отряда космонавтов. [26] [27]

Угроза здоровью зависит от потока, энергетического спектра и ядерного состава излучения. Поток и энергетический спектр зависят от множества факторов: краткосрочной солнечной погоды, долгосрочных тенденций (таких как видимое увеличение с 1950-х годов [28] ) и положения в магнитном поле Солнца. Эти факторы до конца не изучены. [29] [30] Эксперимент по радиационной среде Марса (MARIE) был запущен в 2001 году с целью сбора большего количества данных. По оценкам, люди, не защищенные в межпланетном пространстве, будут получать ежегодно примерно от 400 до 900 мЗв (по сравнению с 2,4 мЗв на Земле), а миссия на Марс (12 месяцев в полете и 18 месяцев на Марсе) может подвергнуть экранированных астронавтов примерно от 500 до 1000 мЗв. . [28] Эти дозы приближаются к карьерным пределам от 1 до 4 Зв, рекомендованным Национальным советом по радиационной защите и измерениям (NCRP) для деятельности на низкой околоземной орбите в 1989 году, а также к более поздним рекомендациям NCRP от 0,5 до 2 Зв в 2000 году, основанным на обновленных данных. информация о коэффициентах преобразования дозы в риск. Пределы дозы зависят от возраста при воздействии и пола из-за разницы в чувствительности с возрастом, дополнительного риска рака молочной железы и яичников у женщин, а также вариабельности рисков рака, такого как рак легких, у мужчин и женщин. Лабораторное исследование на мышах, проведенное в 2017 году, показало, что риск развития рака из-за воздействия радиации галактических космических лучей (ГКЛ) после миссии на Марс может быть в два раза выше, чем предполагали ученые ранее. [31] [32]

Количественные биологические эффекты космических лучей плохо известны и являются предметом продолжающихся исследований. Для оценки точной степени опасности проводится несколько экспериментов как в космосе, так и на Земле. Кроме того, влияние космической микрогравитации на восстановление ДНК частично затрудняет интерпретацию некоторых результатов. [33] Эксперименты, проведенные за последние 10 лет, показали результаты как выше, так и ниже, чем предсказывали текущие показатели качества, используемые в радиационной защите, что указывает на существование больших неопределенностей.

Эксперименты, проведенные в 2007 году в Лаборатории космической радиации НАСА (NSRL) Брукхейвенской национальной лаборатории, показывают, что биологический ущерб в результате данного воздействия на самом деле составляет примерно половину того, что оценивалось ранее: в частности, было высказано предположение, что протоны низкой энергии наносят больший ущерб, чем протоны высокой энергии. [34] Это объяснили тем, что более медленные частицы имеют больше времени для взаимодействия с молекулами в организме. Это можно интерпретировать как приемлемый результат для космических путешествий, поскольку пораженные клетки в конечном итоге выделяют больше энергии и с большей вероятностью погибнут, не размножаясь в опухоли. Это противоречит нынешней догме о радиационном воздействии на клетки человека, которая считает, что излучение более низкой энергии имеет более высокий весовой коэффициент для образования опухоли. Относительная биологическая эффективность (ОБЭ) зависит от типа излучения, описываемого числом заряда частиц Z и кинетической энергией на а.е.м., E, и варьируется в зависимости от типа опухоли, при этом ограниченные экспериментальные данные позволяют предположить, что лейкозы имеют самый низкий ОБЭ, а опухоли печени - самый высокий ОБЭ. и ограничены или отсутствуют экспериментальные данные об ОБЭ для видов рака, которые доминируют в риске развития рака у человека, включая рак легких, желудка, молочной железы и мочевого пузыря . Были проведены исследования опухолей гардеровых желез у одной линии самок мышей с несколькими тяжелыми ионами, однако неясно, насколько хорошо ОБЭ для этого типа опухоли представляет ОБЭ для рака человека, такого как рак легких, желудка, молочной железы и мочевого пузыря, а также как ОБЭ меняется в зависимости от пола и генетического фона.

Частью годовой миссии МКС является определение последствий воздействия космических лучей на здоровье в течение года, проведенного на борту Международной космической станции . Однако размеры выборки для точной оценки рисков для здоровья непосредственно на основе наблюдений экипажа за опасными рисками (рак, катаракта, изменения когнитивных функций и памяти, поздние риски для ЦНС, заболевания системы кровообращения и т. д.) велики (обычно >>10 человек) и обязательно включают в себя длительное время наблюдения после миссии (>10 лет). Небольшое количество астронавтов на МКС и ограниченная продолжительность миссий налагают статистические ограничения на то, насколько точными могут быть прогнозы рисков. Отсюда необходимость в наземных исследованиях для прогнозирования рисков для здоровья, связанных с космическими лучами. Кроме того, требования радиационной безопасности требуют, чтобы риски были адекватно поняты до того, как астронавты подвергнутся значительному риску, и были разработаны методы снижения рисков, если это необходимо.

Отмечая эти ограничения, исследование, опубликованное в Scientific Reports , обследовало более 301 американского астронавта и 117 советских и российских космонавтов и не обнаружило измеримого увеличения смертности от рака по сравнению с населением в целом с течением времени. [35] [36] Более раннее исследование 1998 года пришло к аналогичным выводам, без статистически значимого увеличения заболеваемости раком среди астронавтов по сравнению с контрольной группой. [37] Более подробную информацию о рисках рака см. в разделе «Радиационный канцерогенез космических полетов» .

Центральная нервная система

Гипотетические ранние и поздние эффекты на центральную нервную систему вызывают большую озабоченность НАСА и являются областью активного исследовательского интереса. Предполагается, что краткосрочные и долгосрочные последствия воздействия галактического космического излучения на ЦНС могут представлять значительный риск для неврологического здоровья человека при длительных космических путешествиях. [38] [39] Оценки предполагают значительное воздействие тяжелых ионов высокой энергии (HZE), а также протонов и вторичной радиации во время Марса или длительных миссий на Луну, при этом оценки эффективных доз всего тела варьируются от 0,17 до более 1,0 Зв. [40] Учитывая высокий потенциал линейной передачи энергии таких частиц, значительная часть клеток, подвергшихся воздействию HZE-излучения, вероятно, погибнет. На основе расчетов флюенса тяжелых ионов во время космического полета, а также различных экспериментальных моделей клеток, до 5% клеток астронавта могут погибнуть во время таких миссий. [41] [42] Что касается клеток в критических областях мозга , то до 13% таких клеток могут быть пройдены хотя бы один раз ионом железа во время трехлетней миссии на Марс. [3] [43] Несколько астронавтов Аполлона сообщили, что видели световые вспышки , хотя точные биологические механизмы, ответственные за это, неясны. Вероятные пути включают взаимодействие тяжелых ионов с фоторецепторами сетчатки [44] и черенковское излучение , возникающее в результате взаимодействия частиц внутри стекловидного тела . [45] Это явление было воспроизведено на Земле учеными различных институтов. [46] [47] Поскольку продолжительность самых длительных полетов Аполлона составляла менее двух недель, астронавты имели ограниченное кумулятивное облучение и соответствующий низкий риск радиационного канцерогенеза . Кроме того, таких астронавтов было всего 24, что делало статистический анализ любых потенциальных последствий для здоровья проблематичным.

В приведенном выше обсуждении эквиваленты дозы указаны в зивертах (Зв), однако Зв является единицей для сравнения рисков рака для различных типов ионизирующего излучения. Для эффектов на ЦНС более полезны поглощенные дозы в Гр, тогда как ОБЭ для эффектов на ЦНС плохо изучены. Более того, утверждение о «гипотетическом» риске является проблематичным, в то время как оценки риска для ЦНС от космической радиации в основном сосредоточены на ранних и поздних повреждениях памяти и познания (например, Cucinotta, Alp, Sulzman и Wang, Life Sciences in Space Research, 2014).

31 декабря 2012 года исследование, проведенное при поддержке НАСА , показало, что полет человека в космос может нанести вред мозгу астронавтов и ускорить возникновение болезни Альцгеймера . [48] ​​[49] [50] Это исследование проблематично из-за многих факторов, в том числе из-за интенсивности воздействия радиации на мышей, которая намного превышает нормальные показатели миссии.

Обзор космической радиобиологии ЦНС, подготовленный Кучиноттой, Альпом, Сульцманом и Вангом (Науки о жизни в космических исследованиях, 2014), обобщает исследования на мелких животных изменений в познании и памяти, нейровоспалениях, морфологии нейронов и нарушении нейрогенеза в гиппокампе. . Исследования с использованием имитации космического излучения на мелких животных предполагают, что во время долгосрочного космического полета могут возникнуть временные или долгосрочные когнитивные нарушения. Изменения морфологии нейронов в гиппокампе и префронтальной коре мыши происходят при воздействии тяжелых ионов при низких дозах (<0,3 Гр). Исследования хронических нейровоспалений и поведенческих изменений на мышах и крысах показывают переменные результаты при низких дозах (~ 0,1 Гр или ниже). Необходимы дальнейшие исследования, чтобы понять, возникнут ли такие когнитивные нарушения, вызванные космической радиацией, у астронавтов и окажут ли они негативное влияние на миссию на Марс.

Кумулятивные дозы тяжелых ионов в космосе настолько малы, что критические клетки и компоненты клеток получат только 0 или 1 прохождение частицы. Совокупная доза тяжелых ионов для миссии на Марс вблизи солнечного минимума составит ~ 0,05 Гр и ниже для миссий в другое время солнечного цикла. Это предполагает, что эффекты мощности дозы не будут возникать для тяжелых ионов, если общие дозы, использованные в экспериментальных исследованиях, достаточно малы (<~ 0,1 Гр). При более высоких дозах (> ~ 0,1 Гр) критические клетки и клеточные компоненты могут пройти более одной частицы, что не отражает среду глубокого космоса для миссий продолжительной продолжительности, таких как миссия на Марс. Альтернативное предположение могло бы заключаться в том, что микроокружение ткани модифицируется за счет дальнодействующего сигнального эффекта или изменения биохимии, при этом проникновение частиц в некоторые клетки изменяет реакцию других клеток, через которые частицы не проходят. Имеются ограниченные экспериментальные данные, особенно в отношении эффектов на центральную нервную систему, для оценки этого альтернативного предположения.

Профилактика

Защита космического корабля

Стандартная защита космического корабля, интегрированная в конструкцию корпуса, обеспечивает надежную защиту от большей части солнечной радиации, но сводит на нет эту цель с помощью космических лучей высокой энергии, поскольку она просто расщепляет их на потоки вторичных частиц. Этот поток вторичных и фрагментированных частиц можно уменьшить, используя для защиты водород или легкие элементы.

Материальная защита может быть эффективной против галактических космических лучей, но тонкая защита может фактически усугубить проблему для некоторых лучей с более высокой энергией, поскольку более сильная защита вызывает увеличение количества вторичного излучения , хотя толстая защита также может противостоять этому. [51] Например, считается, что алюминиевые стены МКС обеспечивают чистое снижение радиационного воздействия. Однако считается, что в межпланетном пространстве тонкая алюминиевая защита приведет к чистому увеличению радиационного воздействия, но постепенно будет уменьшаться по мере добавления дополнительной защиты для улавливания вторичного излучения. [52] [53]

Исследования защиты от космического излучения должны включать в себя защиту, эквивалентную тканям или воде, а также исследуемый защитный материал. Это наблюдение легко понять, если отметить, что средняя тканевая самозащита чувствительных органов составляет около 10 см и что вторичное излучение, производимое в тканях, такое как протоны низкой энергии, гелий и тяжелые ионы, имеет высокую линейную передачу энергии (ЛПЭ) и делает значительный вклад (>25%) в общий биологический ущерб от ГКЛ. Исследования алюминия, полиэтилена, жидкого водорода или других защитных материалов будут включать вторичное излучение, не отражающее вторичное излучение, производимое в тканях, поэтому необходимо включать защиту, эквивалентную ткани, в исследования эффективности защиты от космического излучения.

Изучаются несколько стратегий смягчения последствий этой радиационной опасности для планируемых межпланетных космических полетов человека:

Специальные меры также потребуются для защиты от солнечного протонного явления, которое может увеличить потоки до уровня, который приведет к гибели экипажа в течение часов или дней, а не месяцев или лет. Потенциальные стратегии смягчения последствий включают в себя создание небольшого обитаемого пространства за источником воды космического корабля или с особенно толстыми стенами или предоставление возможности аварийного выхода из защитной среды, обеспечиваемой магнитосферой Земли. Миссия «Аполлон» использовала комбинацию обеих стратегий. Получив подтверждение SPE, астронавты должны были переместиться в командный модуль, у которого были более толстые алюминиевые стенки, чем у лунного модуля, а затем вернуться на Землю. Позже на основе измерений, проведенных с помощью приборов, установленных на Аполлоне, было установлено, что командный модуль обеспечил бы достаточную защиту, чтобы предотвратить значительный вред экипажу. [ нужна цитата ]

Ни одна из этих стратегий в настоящее время не обеспечивает метод защиты, который, как известно, был бы достаточным [59] и при этом соответствовал бы вероятным ограничениям на массу полезной нагрузки при нынешних (около 10 000 долларов США/кг) стартовых ценах. Такие ученые, как почетный профессор Чикагского университета Юджин Паркер, не верят в то, что проблема может быть решена в ближайшее время. [59] Для пассивной массовой защиты необходимое количество может быть слишком тяжелым, чтобы его можно было поднять в космос без изменений в экономике (например, гипотетический неракетный космический запуск или использование внеземных ресурсов) — многие сотни метрических тонн для экипажа разумного размера. отсек. Например, в исследовании НАСА по проектированию амбициозной крупной космической станции предполагалось, что 4 метрические тонны на квадратный метр защиты позволят снизить радиационное воздействие до 2,5 мЗв в год (погрешность ± коэффициент 2), что в некоторых случаях составляет менее десятков миллизивертов или более. населенных областей с высоким естественным фоновым радиационным фоном на Земле, но сама масса для такого уровня смягчения считалась практичной только потому, что она включала сначала создание двигателя лунной массы для запуска материала. [51]

Было рассмотрено несколько методов активной защиты, которые могут быть менее массивными, чем пассивная защита, но они остаются спекулятивными. [52] [60] [61] Поскольку тип излучения, проникающего дальше всего через толстую материальную защиту глубоко в межпланетном пространстве, представляет собой положительно заряженные ядра (ГэВ), было предложено отталкивающее электростатическое поле, но у него есть проблемы, включая нестабильность плазмы и мощность необходим для ускорителя, постоянно удерживающего заряд от нейтрализации электронами из дальнего космоса. [62] Более распространенным предложением является магнитное экранирование, создаваемое сверхпроводниками (или плазменными токами). Среди трудностей этого предложения заключается в том, что для компактной системы вокруг пилотируемого космического корабля могут потребоваться магнитные поля до 10–20 тесла, что выше, чем несколько тесла в аппаратах МРТ . Такие сильные поля могут вызывать головные боли и мигрени у пациентов с МРТ, а длительное воздействие таких полей не изучалось. Конструкция с противоположными электромагнитами могла бы нейтрализовать поле в отсеках экипажа космического корабля, но потребовала бы большей массы. Также возможно использовать комбинацию магнитного поля с электростатическим полем, при этом космический корабль будет иметь нулевой общий заряд. Гибридная конструкция теоретически могла бы решить проблемы, но была бы сложной и, возможно, неосуществимой. [52]

Часть неопределенности заключается в том, что эффект воздействия на человека галактических космических лучей плохо изучен в количественном выражении. Лаборатория космической радиации НАСА в настоящее время изучает воздействие радиации на живые организмы, а также защитную защиту.

Носимая радиационная защита

Помимо пассивных и активных методов радиационной защиты, направленных на защиту космических кораблей от вредного космического излучения, большой интерес вызывает разработка индивидуальных радиационно-защитных костюмов для космонавтов. Причина выбора таких методов радиационной защиты заключается в том, что при пассивной защите добавление определенной толщины космическому кораблю может увеличить его массу на несколько тысяч килограммов. [63] Эта масса может превзойти ограничения по запуску и стоит несколько миллионов долларов.

С другой стороны, методы активной радиационной защиты — это новая технология, которой еще далеко с точки зрения испытаний и внедрения. Даже при одновременном использовании активной и пассивной защиты носимая защитная защита может быть полезной, особенно для снижения воздействия на здоровье SPE, которые обычно состоят из частиц, имеющих меньшую проникающую силу, чем частицы GCR. [64] Материалы, предлагаемые для этого типа защитного снаряжения, часто представляют собой полиэтилен или другие полимеры, богатые водородом. [65] В качестве защитного материала также предлагалось использовать воду. Ограничением носимых защитных решений является то, что они должны быть эргономически совместимыми с потребностями экипажа, такими как передвижение внутри помещения экипажа. Одну попытку создать носимую защиту от космической радиации предприняло Итальянское космическое агентство, предложив одежду, которую можно было бы наполнять переработанной водой по сигналу прибывающего SPE. [66]

Совместной работой Израильского космического агентства , StemRad и Lockheed Martin стал AstroRad , испытанный на борту МКС. Изделие выполнено в виде эргономичного защитного жилета, который может минимизировать эффективную дозу от SPE до такой же степени, как и в бортовых штормовых убежищах. [67] Он также может слегка снизить эффективную дозу GCR за счет широкого использования во время миссии во время таких рутинных действий, как сон. В этом радиационно-защитном костюме используются методы выборочной защиты для защиты большинства чувствительных к радиации органов, таких как BFO, желудок, легкие и другие внутренние органы, тем самым снижая штраф за массу и стоимость запуска.

Наркотики и лекарства

Еще одним направлением исследований является разработка лекарств, которые усиливают естественную способность организма восстанавливать повреждения, вызванные радиацией. Некоторые из рассматриваемых препаратов — это ретиноиды , которые представляют собой витамины с антиоксидантными свойствами, и молекулы, которые замедляют деление клеток, давая организму время устранить повреждения до того, как вредные мутации смогут дублироваться. [ нужна цитата ]

Трансгуманизм

Было также высказано предположение, что только путем существенных улучшений и модификаций человеческое тело сможет выдержать условия космического полета. Хотя технические решения не ограничены основными законами природы, они выходят далеко за рамки современной медицинской науки.

Время миссий

Из-за потенциальных негативных последствий воздействия космических лучей на космонавтов солнечная активность может сыграть роль в будущих космических путешествиях. Поскольку потоки галактических космических лучей в Солнечной системе ниже в периоды сильной солнечной активности, межпланетные путешествия во время солнечного максимума должны минимизировать среднюю дозу для астронавтов.

Хотя эффект форбуш-понижения во время корональных выбросов массы может временно снизить поток галактических космических лучей, короткая продолжительность эффекта (1–3 дня) и примерно 1%-ная вероятность того, что КВМ создаст опасное солнечное протонное событие, ограничивает полезность этого метода. время миссий должно совпадать с CME.

Орбитальный выбор

Доза радиации от радиационных поясов Земли обычно снижается за счет выбора орбит, которые избегают поясов или проходят через них относительно быстро. Например, низкая околоземная орбита с малым наклонением обычно будет находиться ниже внутреннего пояса.

Орбиты системы Земля-Луна точки Лагранжа L 2 - L 5 выводят их из-под защиты земной магнитосферы примерно на две трети времени. [ нужна цитата ]

Орбиты системы Земля-Солнце Точки Лагранжа L 1 и L 3 - L 5 всегда находятся вне защиты магнитосферы Земли.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ аб Шиммерлинг, Уолтер. «Космическая радиационная среда: Введение» (PDF) . Риски для здоровья во внеземной среде . Отделение космических наук о жизни Ассоциации университетов космических исследований. Архивировано из оригинала (PDF) 26 апреля 2012 года . Проверено 5 декабря 2011 г.
  2. ↑ Чанг, Кеннет (27 января 2014 г.). «Существа, не созданные для космоса». Газета "Нью-Йорк Таймс . Проверено 27 января 2014 г.
  3. ^ abcd Фонг, доктор медицины, Кевин (12 февраля 2014 г.). «Странное и смертельное воздействие Марса на ваше тело». Проводной . Проверено 12 февраля 2014 г.
  4. ^ «Могут ли люди отправиться на Марс?». science.nasa.gov. Архивировано из оригинала 19 февраля 2004 года . Проверено 2 апреля 2017 г. .
  5. ↑ Шига, Дэвид (16 сентября 2009 г.), «Слишком много радиации для астронавтов, чтобы добраться до Марса», New Scientist (2726)
  6. ^ Виртс, Терри (2017). Вид сверху: космонавт фотографирует мир . Национальная география. п. 101. ИСБН 9781426218644. Всякий раз, когда МКС пролетала через Южно-Атлантическую аномалию , мы подвергались гораздо большему потоку [галактического космического излучения].
  7. ↑ Данн, Марсия (29 октября 2015 г.). «Отчет: НАСА необходимо лучше справляться с опасностями для здоровья на Марсе». АП Новости . Проверено 30 октября 2015 г.
  8. ↑ Персонал (29 октября 2015 г.). «Усилия НАСА по управлению рисками для здоровья и работоспособности человека при освоении космоса (IG-16-003)» (PDF) . НАСА . Проверено 29 октября 2015 г.
  9. ^ «Биомедицинские результаты Аполлона - радиационная защита и приборы» . lsda.jsc.nasa.gov. Архивировано из оригинала 15 мая 2013 года . Проверено 2 апреля 2017 г. .
  10. ^ Оценка воздействия космических лучей на экипаж самолета
  11. ^ Источники и последствия ионизирующего излучения, НКДАР ООН, 2008 г.
  12. ↑ Филлипс, Тони (25 октября 2013 г.). «Влияние космической погоды на авиацию». Новости науки . НАСА.
  13. ^ «Радиационные пояса Земли с орбитой безопасной зоны» . Центр космических полетов Годдарда, НАСА. 15 декабря 2004 года . Проверено 27 апреля 2009 г.
  14. ^ Вайнтрауб, Рэйчел А. «Безопасная зона Земли стала горячей зоной во время легендарных солнечных бурь». Центр космических полетов имени Годдарда НАСА . Проверено 27 апреля 2009 г.
  15. ↑ Швадрон, Н. (8 ноября 2014 г.). «Препятствует ли ухудшение галактической космической радиационной обстановки, наблюдаемой CRaTER, будущему пилотируемому исследованию дальнего космоса?». Космическая погода . 12 (11): 622–632. Бибкод : 2014SpWea..12..622S. дои : 10.1002/2014SW001084. hdl : 2027.42/109973 . S2CID  54025843.
  16. ^ НАСА (2005). «Вспышки в небе: молнии уничтожают космическое излучение, окружающее Землю». НАСА . Проверено 24 сентября 2007 г.
  17. ^ Роберт Рой Бритт (1999). «Молния взаимодействует с пространством, вниз падают электроны». Space.com. Архивировано из оригинала 12 августа 2010 года . Проверено 24 сентября 2007 г.
  18. ^ Демиркол, МК; Инан, Умран С.; Белл, ТФ; Канекал, СГ; Уилкинсон, округ Колумбия (1999). «Ионосферные эффекты релятивистских событий электронного усиления». Письма о геофизических исследованиях . 26 (23): 3557–3560. Бибкод : 1999GeoRL..26.3557D. дои : 10.1029/1999GL010686 .
  19. ^ Джаспер Киркби; Космические лучи и климат CERN-PH-EP/2008-005 26 марта 2008 г.
  20. ^ ab Дозы космического облучения органов для астронавтов в прошлых и будущих миссиях Таблица 4
  21. ^ Аб Керр, Ричард (31 мая 2013 г.). «Радиация сделает путешествие астронавтов на Марс еще более рискованным». Наука . 340 (6136): 1031. Бибкод : 2013Sci...340.1031K. дои : 10.1126/science.340.6136.1031. ПМИД  23723213.
  22. ^ аб Цейтлин, К.; и другие. (31 мая 2013 г.). «Измерения излучения энергетических частиц на пути к Марсу в Марсианской научной лаборатории». Наука . 340 (6136): 1080–1084. Бибкод : 2013Sci...340.1080Z. дои : 10.1126/science.1235989. PMID  23723233. S2CID  604569.
  23. ^ Аб Чанг, Кеннет (30 мая 2013 г.). «Данные указывают на радиационный риск для путешественников на Марс». Газета "Нью-Йорк Таймс . Проверено 31 мая 2013 г.
  24. ^ Сид, Томас. «Острые эффекты» (PDF) . Влияние внеземной среды на здоровье . Ассоциация университетов космических исследований, Отдел космических наук о жизни. Архивировано из оригинала (PDF) 26 апреля 2012 года . Проверено 5 декабря 2011 г.
  25. ^ Кучинотта, ФА; Дуранте, М. (2006). «Риск рака от воздействия галактических космических лучей: последствия для освоения космоса людьми». Ланцет Онкол . 7 (5): 431–435. дои : 10.1016/S1470-2045(06)70695-7. ПМИД  16648048.
  26. ^ Кучинотта, ФА; Мануэль, ФК; Джонс, Дж.; Исард, Г.; Мюррей, Дж.; Джоонегро, Б. и Уир, М. (2001). «Космическая радиация и катаракта у космонавтов». Радиат. Рез . 156 (5): 460–466. Бибкод : 2001RadR..156..460C. doi :10.1667/0033-7587(2001)156[0460:sracia]2.0.co;2. PMID  11604058. S2CID  14387508.
  27. ^ Растегар, ЗН; Эккарт П. и Мерц М. (2002). «Радиационная катаракта у космонавтов и космонавтов». Грефе. Арх. Клин. Эксп. Офтальмол . 240 (7): 543–547. дои : 10.1007/s00417-002-0489-4. PMID  12136284. S2CID  9877997.
  28. ^ AB Р.А. Мевальдт; и другие. (3 августа 2005 г.). «Доза космического излучения в межпланетном пространстве – современные оценки и оценки наихудшего случая» (PDF) . Международная конференция по космическим лучам . 29-я Международная конференция по космическим лучам, Пуна (2005) 00, 101-104. 2 : 103. Бибкод : 2005ICRC....2..433M . Проверено 8 марта 2008 г.{{cite journal}}: CS1 maint: location (link)
  29. ^ Джон Дадли Миллер (ноябрь 2007 г.). «Радиационный редукс». Научный американец .
  30. ^ Совет космических исследований и отдел инженерных и физических наук Национальной академии наук (2006). Опасность космической радиации и перспективы исследования космоса. НАП. дои : 10.17226/11760. ISBN 978-0-309-10264-3.
  31. ^ Исследование: Побочный ущерб от космических лучей увеличивает риск рака у марсианских астронавтов. Университет Невады, Лас-Вегас (UNLV). Май 2017.
  32. ^ Кучинотта Фрэнсис А., Какао Элиедонна (2017). «Модели с нецелевыми эффектами предсказывают значительно более высокий риск рака в ходе миссии на Марс, чем модели с целевыми эффектами». Научные отчеты . 7 (1): 1832. Бибкод : 2017NatSR...7.1832C. дои : 10.1038/s41598-017-02087-3 . ПМК 5431989 . ПМИД  28500351. 
  33. ^ Морено-Вильянуэва, М.; Вонг, М.; Лу, Т.; Чжан Ю. и Ву Х. (2017). «Взаимодействие космического излучения и микрогравитации в повреждении ДНК и реакции на повреждение ДНК». npj Микрогравитация . 3 (14): 14. дои : 10.1038/s41526-017-0019-7. ПМЦ 5460239 . ПМИД  28649636. 
  34. ^ Беннетт П.В., Каттер, Северная Каролина, Сазерленд Б.М. (июнь 2007 г.). «Воздействие разделенной дозы по сравнению с двойным ионным воздействием при неопластической трансформации клеток человека». Радиат Энвайрон Биофиз . 46 (2): 119–23. doi : 10.1007/s00411-006-0091-y. PMID  17256176. S2CID  45921940.
  35. ↑ Реттнер, Рэйчел (5 июля 2019 г.). «Похоже, что космическая радиация не является причиной смерти астронавтов от рака» ЖиваяНаука . Проверено 7 мая 2021 г.
  36. ^ Рейнольдс, Р.Дж.; Бухтияров, ИВ; Тихонова, Г.И. (4 июля 2019 г.). «Противоположная логика предполагает, что космическая радиация не оказывает сильного влияния на смертность американских астронавтов, а также советских и российских космонавтов». Научные отчеты . 9 (8583): 8583. Бибкод : 2019NatSR...9.8583R. дои : 10.1038/s41598-019-44858-0. ПМК 6609703 . ПМИД  31273231 . Проверено 6 мая 2021 г. 
  37. ^ Хэмм, ПБ; Биллика, РД; Джонсон, Г.С.; Износ, МЛ; Пул, SL (февраль 1998 г.). «Риск смертности от рака среди участников продольного исследования здоровья астронавтов (LSAH)». Авиат Спейс Энвайрон Мед . 69 (2): 142–4. ПМИД  9491253 . Проверено 8 мая 2021 г.
  38. ^ Васкес, Мэн (1998). «Нейробиологические проблемы при длительных полетах в дальний космос». Адв. Космическое разрешение . 22 (2): 171–173. Бибкод : 1998AdSpR..22..171В. дои : 10.1016/S0273-1177(98)80009-4. ПМИД  11541395.
  39. ^ Блейкли, Э.А.; Чанг, ПЮ (2007). «Обзор наземной радиобиологии тяжелых ионов, имеющий отношение к оценке риска космической радиации: катаракта и воздействие на ЦНС». Адв. Космическое разрешение . 40 (9): 1307–1319. Бибкод : 2007AdSpR..40.1307B. дои : 10.1016/j.asr.2007.03.070.
  40. ^ Хеллвег, CE; Баумстарк-Кан, К. (2007). «Готовимся к пилотируемому полету на Марс: риск космонавтов от космической радиации». Naturwissenschaften . 94 (7): 517–519. Бибкод : 2007NW.....94..517H. дои : 10.1007/s00114-006-0204-0. PMID  17235598. S2CID  20017654.
  41. ^ Бадвар, Джорджия; Нахтвей, Д.С. и Янг, TC-H. (1992). «Радиационные проблемы пилотируемой миссии на Марс». Адв. Космическое разрешение . 12 (2–3): 195–200. Бибкод : 1992AdSpR..12b.195B. дои : 10.1016/0273-1177(92)90108-А. ПМИД  11537008.
  42. ^ Кучинотта, ФА; Никджу, Х. и Гудхед, Д.Т. (1998). «Влияние дельта-лучей на количество пересечений треков частиц на клетку при лабораторных и космических воздействиях». Радиат. Рез . 150 (1): 115–119. Бибкод : 1998RadR..150..115C. дои : 10.2307/3579651. JSTOR  3579651. PMID  9650608.
  43. ^ Кертис, С.Б.; Васкес, Мэн; Уилсон, Дж.В.; Этвелл, В.; Ким М. и Капала Дж. (1988). «Космические лучи поражают критические участки центральной нервной системы». Адв. Космическое разрешение . 22 (2): 197–207. Бибкод : 1998AdSpR..22..197C. дои : 10.1016/S0273-1177(98)80011-2. ПМИД  11541397.
  44. ^ Пинский, Л.С.; Осборн, WZ; Бейли, СП; Бенсон, Р.Э. и Томпсон, Л.Ф. (1974). «Вспышки света наблюдались астронавтами на кораблях Аполлон-11–Аполлон-17». Наука . 183 (4128): 957–959. Бибкод : 1974Sci...183..957P. дои : 10.1126/science.183.4128.957. PMID  17756755. S2CID  43917453.
  45. ^ МакНалти, П.Дж.; Пиз, вице-президент и Бонд, вице-президент (1975). «Зрительные ощущения, вызванные черенковским излучением». Наука . 189 (4201): 453–454. Бибкод : 1975Sci...189..453M. дои : 10.1126/science.1154020. ПМИД  1154020.
  46. ^ МакНалти, П.Дж.; Пиз, вице-президент; Бонд, вице-президент (1977). «Сравнение явлений световой вспышки, наблюдаемых в космосе и в лабораторных экспериментах». Наука о жизни. Космическое разрешение . 15 : 135–140. дои : 10.2172/7312082 . ПМИД  11958207.
  47. ^ Тобиас, Калифорния; Будингер, Т.Ф.; Лайман, Дж. Т. (1973). «Биологические эффекты, обусловленные одиночными ускоренными тяжелыми частицами, и проблемы воздействия нервной системы в космосе». Наука о жизни. Космическое разрешение . 11 : 233–245. дои : 10.2172/4617388. PMID  12001954. S2CID  42284495.
  48. ^ Черри, Джонатан Д.; Фрост, Джеффри Л.; Лемер, Синтия А.; Уильямс, Жаклин П.; Ольшовка, Джон А.; О'Бэнион, М. Керри (2012). «Галактическое космическое излучение приводит к когнитивным нарушениям и увеличению накопления бляшек Aβ на мышиной модели болезни Альцгеймера». ПЛОС ОДИН . 7 (12): е53275. Бибкод : 2012PLoSO...753275C. дои : 10.1371/journal.pone.0053275 . ПМЦ 3534034 . ПМИД  23300905. 
  49. ^ Персонал (1 января 2013 г.). «Исследование показывает, что космические путешествия вредны для мозга и могут ускорить возникновение болезни Альцгеймера». КосмическаяСсылка . Проверено 7 января 2013 г.
  50. ^ Коуинг, Кейт (3 января 2013 г.). «Важные результаты исследований, о которых НАСА не говорит (обновление)» . Часы НАСА . Проверено 7 января 2013 г.
  51. ^ ab Космические поселения НАСА SP-413: исследование дизайна. Приложение E. Массовая защита. Получено 3 мая 2011 г.
  52. ^ abcde Г.Лэндис (1991). «Защита от магнитного излучения: идея, время которой вернулось?».
  53. ↑ Ребекка Бойл (13 июля 2010 г.). «Зонд Юнона, созданный для изучения радиационного пояса Юпитера, получил титановый костюм межпланетной брони». Популярная наука .
  54. ^ «НАСА - Пластиковые космические корабли» . science.nasa.gov. Архивировано из оригинала 23 марта 2010 года . Проверено 2 апреля 2017 г. .
  55. ^ «Космические лучи могут помешать дальним космическим путешествиям» . Новый учёный. 1 августа 2005 года . Проверено 2 апреля 2017 г. .
  56. ^ Морган, П. (2011) «Чтобы отправиться на Марс, просто отметьте астероид» Блог журнала Discover
  57. ^ Матлофф Г.Л.; Вильга М. (2011). «ОСЗ как ступеньки к Марсу и астероидам главного пояса». Акта Астронавтика . 68 (5–6): 599–602. Бибкод : 2011AcAau..68..599M. doi :10.1016/j.actaastro.2010.02.026.
  58. ^ Форнальский, Кшиштоф В.; Адамовский, Лукаш; Бончик, Михал; Винковска-Струзик, Магдалена (сентябрь 2020 г.). «Взаимодействие ионизирующего излучения с заряженным графеном: попытка экспериментальной оценки». Радиационная физика и химия . 174 : 108901. Бибкод : 2020RaPC..17408901F. doi :10.1016/j.radphyschem.2020.108901. S2CID  216229192.
  59. ^ ab Юджин Н. Паркер (март 2006 г.). «Защита космических путешественников». Научный американец . 294 (3): 40–7. Бибкод : 2006SciAm.294c..40P. doi : 10.1038/scientificamerican0306-40. ПМИД  16502610.
  60. ^ Моделирование магнитных щитов для космических кораблей. Проверено 3 мая 2011 г.
  61. ^ Форнальский, Кшиштоф Войцех (март 2018 г.). «Теоретические соображения по поводу заряженного графена как активной защиты от гамма-излучения». Европейский физический журнал «Прикладная физика» . 81 (3): 30401. Бибкод : 2018EPJAP..8130401F. дои : 10.1051/epjap/2018170387.
  62. ^ Космические поселения НАСА SP-413: исследование дизайна. Приложение D. Щит плазменного ядра, получено 3 мая 2011 г.
  63. ^ Синглетри, RC (1 октября 2013 г.). «Радиационно-технический анализ защитных материалов для оценки их способности защищать космонавтов в глубоком космосе от излучения энергетических частиц». Акта Астронавтика . 91 : 49–54. Бибкод : 2013AcAau..91...49S. doi :10.1016/j.actaastro.2013.04.013. ISSN  0094-5765. S2CID  120839628.
  64. ^ Десаи, Михир; Джакалоне, Джо (декабрь 2016 г.). «Большие постепенные события с солнечными энергетическими частицами». Живые обзоры по солнечной физике . 13 (1): 3. Бибкод : 2016LRSP...13....3D. дои : 10.1007/s41116-016-0002-5. ISSN  2367-3648. ПМК 7175685 . ПМИД  32355890. 
  65. ^ Наито, Масаюки; Кодайра, Сатоши; Огавара, Ре; Тобита, Кенджи; Сомея, Йоджи; Кусумото, Тамон; Кусано, Хироки; Китамура, Хисаши; Койке, Масамунэ; Учихори, Юкио; Яманака, Масахиро; Микошиба, Ре; Эндо, Тошиаки; Киёно, Наоки; Хагивара, Юсуке; Кодама, Хироаки; Мацуо, Синобу; Таками, Ясухиро; Сато, Тойото; Оримо, Син-Ичи (1 августа 2020 г.). «Исследование свойств защитных материалов для эффективной защиты от космического излучения». Науки о жизни в космических исследованиях . 26 : 69–76. Бибкод :2020ЛССР...26...69Н. дои : 10.1016/j.lssr.2020.05.001 . ISSN  2214-5524. ПМИД  32718689.
  66. ^ Вуоло, М.; Байокко, Г.; Барбьери, С.; Боккини, Л.; Жирудо, М.; Гейсенс, Т.; Лобаскио, К.; Оттоленги, А. (1 ноября 2017 г.). «Изучение инновационных подходов к радиационной защите в космосе: исследование материалов и конструкции носимого скафандра радиационной защиты». Науки о жизни в космических исследованиях . 15 : 69–78. Бибкод : 2017ЛСР...15...69В. doi :10.1016/j.lssr.2017.08.003. ISSN  2214-5524. ПМИД  29198316.
  67. ^ Уотерман, Г., Мильштейн, О., Найт, Л., Чарльз, Дж., Кодер, К., Поузи, Дж., Семонес, Э. «Оценка оборудования радиационной защиты AstroRad на Орионе и МКС», IAC-19 ,A1,5,5,x52629, 70-й Международный астронавтический конгресс (МАК)

Внешние ссылки