Poniższy tekst należy traktować jako osobistą opinię autora. NIE informacje niejawne(ani dostępu do niego) nie ma. Wszystko, co zostało powiedziane, to fakty z otwarte źródła plus trochę zdrowego rozsądku („analityka fotelowa”, jeśli wolisz).
Science fiction – wszystkie te blastery i ławki w przestrzeni kosmicznej w maleńkich jednomiejscowych myśliwcach – nauczyły ludzkość poważnie przeceniać życzliwość Wszechświata wobec ciepłych organizmów białkowych. Jest to szczególnie widoczne, gdy pisarze science fiction opisują podróże na inne planety. Niestety, eksploracja „prawdziwej przestrzeni” zamiast zwykłych kilkuset „kames” pod ochroną ziemskiego pola magnetycznego będzie przedsięwzięciem trudniejszym, niż wydawało się przeciętnemu człowiekowi jeszcze dekadę temu.
Oto moja główna uwaga. Klimat psychologiczny i konflikty w załodze to nie główne problemy, z jakimi borykają się ludzie organizujący załogowe loty na Marsa.
Główny problem człowieka podróżującego poza magnetosferę Ziemi- problem przez duże „P”.
Czym jest promieniowanie kosmiczne i dlaczego na Ziemi nie umieramy od niego
Promieniowanie jonizujące w przestrzeni kosmicznej (poza kilkoma setkami kilometrów przestrzeni bliskiej Ziemi, którą faktycznie opanował człowiek) składa się z dwóch części.
Promieniowanie ze Słońca. Jest to przede wszystkim „wiatr słoneczny” - strumień cząstek, który nieustannie „wydmuchuje” z gwiazdy we wszystkich kierunkach, co jest niezwykle dobre dla przyszłych żaglowców kosmicznych, ponieważ pozwoli im odpowiednio przyspieszyć przed podróżą poza Układ Słoneczny. Ale dla żywych istot główna część tego wiatru nie jest szczególnie użyteczna. To cudowne, że przed twardym promieniowaniem chroni nas gruba warstwa atmosfery, jonosfera (ta, w której dziury ozonowe), a także potężne pole magnetyczne Ziemi.
Oprócz wiatru, który rozprasza się mniej więcej równomiernie, nasza gwiazda okresowo wystrzeliwuje także tzw. rozbłyski słoneczne. Te ostatnie to wyrzuty materii koronalnej ze Słońca. Są na tyle poważne, że od czasu do czasu prowadzą do problemów dla ludzi i technologii nawet na Ziemi, gdzie najlepsza zabawa, powtarzam, jest dobrze ekranowana.
Mamy więc atmosferę i pole magnetyczne planety. To już wystarczy bliska przestrzeń w odległości dziesięciu lub dwóch tysięcy kilometrów od Ziemi rozbłysk słoneczny (nawet słaby, zaledwie kilka Hiroszim), uderzając w statek, gwarantuje wyłączenie jego żywej zawartości bez najmniejszych szans na przeżycie. Dziś – przy obecnym poziomie rozwoju technologii i materiałów – nie mamy absolutnie nic, aby temu zapobiec. Z tego i tylko z tego powodu ludzkość będzie zmuszona odłożyć wielomiesięczną podróż na Marsa do czasu, aż choć częściowo rozwiążemy ten problem. Będziesz musiał to także zaplanować w okresach najspokojniejszego słońca i dużo modlić się do wszystkich technicznych bogów.
Promieniowanie kosmiczne. Te wszechobecne, nikczemne istoty niosą ze sobą ogromną ilość energii (więcej, niż LHC jest w stanie wpompować w cząstkę). Pochodzą z innych części naszej galaktyki. Dostając się do osłony atmosfery ziemskiej, taka wiązka oddziałuje ze swoimi atomami i rozpada się na dziesiątki cząstek mniej energetycznych, które kaskadą tworzą strumienie jeszcze mniej energetycznych (ale i niebezpiecznych), w wyniku czego cały ten blask rozlewają się w postaci deszczu radiacyjnego na powierzchnię planety. Około 15% promieniowania tła na Ziemi pochodzi od gości z kosmosu. Im wyżej mieszkasz nad poziomem morza, tym większą dawkę złapiesz w ciągu swojego życia. I to dzieje się przez całą dobę.
Jak ćwiczenia szkolne spróbuj sobie wyobrazić, co stanie się ze statkiem kosmicznym i jego „żywą zawartością”, jeśli zostaną bezpośrednio trafione taką wiązką gdzieś w przestrzeni kosmicznej. Przypomnę, że lot na Marsa zajmie kilka miesięcy, trzeba będzie do tego zbudować potężny statek, a prawdopodobieństwo opisanego powyżej „kontaktu” (a nawet więcej niż jednego) jest dość wysokie. Niestety podczas długich lotów z żywą załogą po prostu nie da się tego zignorować.
Co jeszcze?
Oprócz promieniowania, które dociera do Ziemi ze Słońca, istnieje również promieniowanie słoneczne, które magnetosfera planety odpycha, nie przepuszcza i, co najważniejsze, kumuluje*. Poznaj czytelników. To pas promieniowania Ziemi (ERB). Znany jest również jako pas Van Allena, jak nazywa się go za granicą. Astronauci będą musieli go pokonać, jak mówią, „na pełnych obrotach”, aby w ciągu zaledwie kilku godzin nie otrzymać śmiertelnej dawki promieniowania. Powtarzający się kontakt z tym pasem - jeśli jesteśmy przeciwni zdrowy rozsądek decydujemy się na powrót astronautów z Marsa na Ziemię – mogłoby to z łatwością ich wykończyć.
*Znaczna część cząstek paska Van Allena osiąga niebezpieczną prędkość już w samym pasku. Oznacza to, że nie tylko chroni nas przed promieniowaniem z zewnątrz, ale także wzmacnia to nagromadzone promieniowanie.
Do tej pory rozmawialiśmy o przestrzeni kosmicznej. Nie możemy jednak zapominać, że Mars (w przeciwieństwie do Ziemi) prawie nie ma pola magnetycznego**, a atmosfera jest coraz rzadsza, więc narażenie na nie czynniki negatywne ludzie będą nie tylko w ucieczce.
**OK, jest trochę- w pobliżu bieguna południowego.
Stąd wniosek. Przyszli koloniści najprawdopodobniej będą żyli nie na powierzchni planety (jak nam to pokazano w epickim filmie „Misja na Marsa”), ale w jej głębi. pod tym.
Co powinienem zrobić?
Przede wszystkim nie należy łudzić się, że wszystkie te problemy zostaną szybko rozwiązane (w ciągu kilkunastu, dwóch, trzech lat). Aby uniknąć śmierci załogi z choroba popromienna, będziemy musieli albo w ogóle go tam nie wysyłać i z pomocą eksplorować kosmos inteligentne samochody(swoją drogą nie jest to najgłupsza decyzja), albo bardzo fajnie się forsować, bo jeśli mam rację, to wysłanie ludzi na Marsa i utworzenie tam stałej kolonii to zadanie dla jednego kraju (czy to USA, czy Rosja, czy Chiny) w ciągu najbliższego półwiecza, a jeszcze dłużej jest to zupełnie nie do zniesienia. Jeden statek na taką misję będzie kosztować kwotę odpowiadającą budowie i pełnemu utrzymaniu kilku ISS (patrz poniżej).
I tak, zapomniałem powiedzieć: pionierzy Marsa będą oczywiście „zamachowcami-samobójcami”, ponieważ nie ma odwrotu, nie ma długiej i wygodne życie na Marsie, najprawdopodobniej będziemy w stanie im je zapewnić w ciągu najbliższego półwiecza.
Jak teoretycznie mogłaby wyglądać misja na Marsa, gdybyśmy mieli wszystkie zasoby i technologie starej Ziemi? Porównaj to, co opisano poniżej, z tym, co widziałeś kultowy film„Marsjanin”.
Misja na Marsa. Wersja warunkowo realistyczna
Po pierwsze, ludzkość będzie musiała się bardzo wysilić i zbudować cyklopowe rozmiary statek kosmiczny z potężną ochroną przeciwradiacyjną, która może częściowo zrekompensować piekielne obciążenie załogą promieniowaniem znajdującym się poza ziemskim polem magnetycznym i zapewnić dostarczenie mniej lub bardziej żywych kolonistów na Marsa – w jedną stronę.
Jak mógłby wyglądać taki statek?
Jest to potężny kolos o średnicy kilkudziesięciu (a jeszcze lepiej setek) metrów, wyposażony we własne pole magnetyczne (elektromagnesy nadprzewodzące) i źródła energii do jego utrzymania ( reaktor nuklearny). Ogromne wymiary konstrukcji umożliwiają wypełnienie jej od wewnątrz materiałami pochłaniającymi promieniowanie (na przykład może to być pianka ołowiowa lub szczelne pojemniki z prostą lub „ciężką” wodą), które trzeba będzie przetransportować na orbitę przez dziesięciolecia (!) i zamontowany wokół stosunkowo małej kapsuły podtrzymującej życie, w której następnie umieścimy astronautów.
Oprócz swoich rozmiarów i wysokich kosztów, marsjański statek musi być cholernie niezawodny i, co najważniejsze, całkowicie autonomiczny pod względem sterowania. Aby uratować załogę przy życiu, najbezpieczniej byłoby wprowadzić ją w sztuczną śpiączkę i lekko (kilka stopni) ochłodzić, aby spowolnić procesy metaboliczne. W tym stanie ludzie a) będą mniej wrażliwi na promieniowanie, b) będą zajmować mniej miejsca i taniej będzie chronić się przed tym samym promieniowaniem.
Oczywiście oprócz statku potrzebna jest sztuczna inteligencja, która będzie w stanie pewnie wprowadzić statek na orbitę Marsa, wyładować kolonistów na jego powierzchnię, nie uszkadzając przy tym siebie ani ładunku, a następnie bez udziału ludzi zwrócić astronautom do świadomości (już na Marsie). Nie mamy jeszcze takich technologii, ale jest pewna nadzieja, że taka sztuczna inteligencja, a co najważniejsze polityczna i zasoby ekonomiczne na budowę opisywanego statku będziemy mieli powiedzmy bliżej połowy stulecia.
Dobra wiadomość jest taka, że marsjański „prom” dla kolonistów może nadawać się do ponownego wykorzystania. Będzie musiał podróżować niczym wahadłowiec między Ziemią a ostatecznym miejscem docelowym, dostarczając do kolonii dostawy „żywego ładunku”, aby zastąpić ludzi, którzy odpadli „z przyczyn naturalnych”. Aby dostarczyć „nieożywiony” ładunek (żywność, wodę, powietrze i sprzęt), ochrona przed promieniowaniem nie jest szczególnie potrzebna, więc nie ma potrzeby przekształcania superstatku w marsjańską ciężarówkę. Jest potrzebny wyłącznie do dostarczenia kolonistów i ewentualnie wysiania nasion/młodych zwierząt hodowlanych.
Po drugie, konieczne jest wcześniejsze wysłanie na Marsa sprzętu i zapasów wody, żywności i tlenu dla załogi składającej się z 6-12 osób na okres 12-15 lat (biorąc pod uwagę wszelkie siły wyższe). To samo w sobie jest nietrywialnym problemem, ale załóżmy, że nie mamy ograniczonych zasobów, aby go rozwiązać. Załóżmy, że wojny i niepokoje polityczne na Ziemi ustały, i Misja na Marsa Cała planeta działa zgodnie.
Sprzęt rzucany na Marsa, jak można się domyślić, to w pełni autonomiczny robot sztuczna inteligencja i zasilany kompaktem reaktor nuklearny. Będą musieli metodycznie, w ciągu dziesięciu do półtora roku, najpierw wykopać głęboki tunel pod powierzchnią czerwonej planety. Następnie – za kilka lat – mała sieć tuneli, do których trzeba będzie wciągnąć jednostki podtrzymujące życie i zapasy na potrzeby przyszłej wyprawy, a następnie wszystko to zostanie hermetycznie złożone w autonomiczną podmarsjańską wioskę.
Mieszkanie na wzór metra wydaje się optymalnym rozwiązaniem z dwóch powodów. Po pierwsze, chroni astronautów przed promieniami kosmicznymi znajdującymi się już na samym Marsie. Po drugie, ze względu na resztkową aktywność „marsotermiczną” pod powierzchnią planety, jest o stopień lub dwa cieplej niż na zewnątrz. Przyda się to kolonistom zarówno ze względu na oszczędność energii, jak i uprawę ziemniaków na własnych odchodach.
Wyjaśnijmy ważną kwestię: będziesz musiał zbudować kolonię półkula południowa, gdzie na planecie nadal występuje resztkowe pole magnetyczne.
Idealnie byłoby, gdyby astronauci w ogóle nie musieli wychodzić na powierzchnię (albo w ogóle nie zobaczą Marsa „na żywo”, albo zobaczą go tylko raz – podczas lądowania). Całą pracę na powierzchni będą musiały wykonać roboty, których poczynaniami koloniści będą musieli kierować ze swojego bunkra przez całe swoje krótkie życie (przy szczęśliwym zbiegu okoliczności dwadzieścia lat).
Trzeci, musimy porozmawiać o samej załodze i sposobach jej doboru.
Idealnym schematem dla tego drugiego byłoby przeszukanie całej Ziemi w poszukiwaniu… genetycznie identycznych (monozygotycznych) bliźniąt, z których jedno właśnie zostało dawcą narządów (np. „na szczęście” miało wypadek samochodowy). Brzmi to niezwykle cynicznie, ale niech to nie powstrzymuje Cię od przeczytania tekstu do końca.
Co daje nam bliźniak-dawca?
Martwy bliźniak daje swojemu bratu (lub siostrze) szansę zostania idealnym kolonistą na Marsie. Faktem jest, że czerwony szpik kostny pierwszego, dostarczony na Czerwoną Planetę w pojemniku dodatkowo chronionym przed promieniowaniem, może zostać przetoczony bliźniakowi astronauty. Zwiększa to szanse na przeżycie choroby popromiennej, ostrej białaczki i innych problemów, które z dużym prawdopodobieństwem przytrafią się koloniście w ciągu lat misji.
Jak zatem wygląda proces selekcji przyszłych kolonistów?
Wybieramy kilka milionów bliźniaków. Czekamy, aż coś się stanie jednemu z nich i składamy ofertę drugiemu. Rekrutowana jest pula, powiedzmy, stu tysięcy potencjalnych kandydatów. Teraz w ramach tej puli przeprowadzamy ostateczną selekcję pod kątem zgodności psychologicznej i przydatności zawodowej.
Naturalnie, aby rozszerzyć próbkę, astronauci będą musieli zostać wybrani na całej Ziemi, a nie w jednym lub dwóch krajach.
Oczywiście bardzo pomocna byłaby technologia umożliwiająca identyfikację kandydatów szczególnie odpornych na promieniowanie. Wiadomo, że niektórzy ludzie są znacznie bardziej odporni na promieniowanie niż inni. Z pewnością można to zidentyfikować przy pomocy niektórych markery genetyczne. Jeśli uzupełnimy pomysł o bliźnięta tą metodą, razem powinny znacząco zwiększyć przeżywalność marsjańskich kolonistów.
Poza tym przydałaby się nauka przetaczania szpiku kostnego osobom w stanie nieważkości. To nie jedyna rzecz, którą trzeba wymyślić specjalnie dla tego projektu, ale na szczęście mamy jeszcze czas, a ISS nadal wisi na orbicie okołoziemskiej, jakby specjalnie do testowania takich technologii.
PS. Muszę szczególnie zastrzec, że jestem zasadniczym wrogiem podróż kosmiczna Nie jestem i wierzę, że prędzej czy później „przestrzeń będzie nasza”. Pytaniem jest tylko cena tego sukcesu, a także czas, który ludzkość poświęci na rozwój niezbędne technologie. Myślę, że pod wpływem fantastyka naukowa i kulturze popularnej, wielu z nas jest raczej nieostrożnych, jeśli chodzi o zrozumienie trudności, które należy pokonać na tej drodze. Aby ta część była trochę bardziej otrzeźwiająca« kosmooptymiści» i ten tekst powstał.
W niektórych częściach opowiem, jakie mamy inne opcje dotyczące eksploracji kosmosu przez człowieka w dłuższej perspektywie.
Promieniowanie kosmiczne stanowi poważny problem dla projektantów statków kosmicznych. Starają się chronić przed tym astronautów, którzy znajdą się na powierzchni Księżyca lub udają się w długie podróże w głąb Wszechświata. Jeśli nie zostanie zapewniona niezbędna ochrona, cząstki te wylatują ogromna prędkość, przeniknie do ciała astronauty i uszkodzi jego DNA, co może zwiększyć ryzyko choroby nowotworowe. Niestety, wszystko stoi w miejscu znane metody zabezpieczenia są albo nieskuteczne, albo niepraktyczne.
Materiały tradycyjnie używane do budowy statków kosmicznych, takie jak aluminium, powodują pewne opóźnienia cząstki kosmiczne, ale w przypadku długoterminowych lotów w przestrzeń kosmiczną potrzebna jest silniejsza ochrona.
Amerykańska Agencja Kosmiczna (NASA) chętnie podejmuje się najbardziej ekstrawaganckich, na pierwszy rzut oka, pomysłów. Przecież nikt nie jest w stanie przewidzieć, który z nich pewnego dnia stanie się poważnym przełomem w badaniach kosmicznych. Pracuje w agencji specjalny instytut obiecujące koncepcje (NASA Institute for Advanced Concepts - NIAC), mające na celu gromadzenie właśnie takich osiągnięć - co najwyżej długoterminowy. Za pośrednictwem tego instytutu NASA rozdziela granty dla różnych uniwersytetów i instytutów na rozwój „genialnego szaleństwa”.
Obecnie rozważane są następujące opcje:
Ochrona za pomocą niektórych materiałów. Niektóre materiały, takie jak woda czy polipropylen, mają dobre właściwości ochronne. Ale aby chronić nimi statek kosmiczny, potrzeba ich dużo, a waga statku stanie się niedopuszczalnie duża.
Obecnie pracownicy NASA opracowali nowy, ultrawytrzymały materiał na bazie polietylenu, który planują wykorzystać przy montażu przyszłych statków kosmicznych. „Kosmiczny plastik” będzie w stanie chronić astronautów przed promieniowaniem kosmicznym lepiej niż metalowe osłony, ale jest znacznie lżejszy niż znane metale. Eksperci są przekonani, że jeśli materiał uzyska wystarczającą odporność na ciepło, możliwe będzie nawet wykonanie z niego poszycia statku kosmicznego.
Wcześniej sądzono, że tylko całkowicie metalowa skorupa umożliwi załogowemu statkowi kosmicznemu przedostanie się przez pasy radiacyjne Ziemi – strumienie naładowanych cząstek utrzymywanych przez pole magnetyczne w pobliżu planety. Nie zaobserwowano tego podczas lotów na ISS, ponieważ orbita stacji przebiega zauważalnie poniżej niebezpiecznego obszaru. Ponadto astronautom zagrażają rozbłyski słoneczne – źródło promieniowania gamma i zdjęcia rentgenowskie, a części samego statku są zdolne do promieniowania wtórnego - z powodu rozpadu radioizotopów powstałych podczas „pierwszego spotkania” z promieniowaniem.
Teraz naukowcy uważają, że nowy plastik RXF1 lepiej radzi sobie z tymi problemami, a jego niska gęstość nie jest ostatnim argumentem na jego korzyść: nośność rakiet wciąż nie jest wystarczająco wysoka. Znane są wyniki badań laboratoryjnych, w których porównywano go z aluminium: RXF1 wytrzymuje trzykrotnie większe obciążenia przy trzykrotnie mniejszej gęstości i wychwytuje więcej cząstek o wysokiej energii. Polimer nie został jeszcze opatentowany, dlatego nie opisano metody jego wytwarzania. Lenta.ru donosi o tym, powołując się na science.nasa.gov.
Konstrukcje dmuchane. Nadmuchiwany moduł, wykonany ze szczególnie wytrzymałego tworzywa sztucznego RXF1, będzie nie tylko bardziej kompaktowy w momencie startu, ale także lżejszy niż solidna stalowa konstrukcja. Oczywiście jego twórcy będą musieli zapewnić wystarczająco niezawodną ochronę przed mikrometeorytami w połączeniu z „ śmieci kosmiczne„, ale nie ma w tym nic zasadniczo niemożliwego.
Coś już na tym jest – prywatny nadmuchiwany statek bezzałogowy Genesis II jest już na orbicie. Wystrzelony w 2007 roku przez rosyjską rakietę Dniepr. Co więcej, jego masa jest imponująca jak na stworzone urządzenie prywatna firma, – ponad 1300 kg.
CSS (Commercial Space Station) Skywalker to komercyjny projekt nadmuchiwanej stacji orbitalnej. NASA przeznaczy na wsparcie projektu około 4 miliardów dolarów na lata 20110 – 2013. Mówimy o opracowaniu nowych technologii nadmuchiwanych modułów do eksploracji kosmosu i ciał niebieskich Układu Słonecznego.
Nie wiadomo, ile będzie kosztować nadmuchiwana konstrukcja. Ogłoszono już jednak całkowite koszty rozwoju nowych technologii. W 2011 r. na te cele zostanie przeznaczonych 652 mln dol., w 2012 r. (jeśli budżet nie zostanie ponownie zweryfikowany) – 1262 mln dol., w 2013 r. – 1808 mln dol.. Koszty badań mają być systematycznie zwiększane, ale biorąc pod uwagę smutne doświadczenia niedotrzymanych terminów i szacunków Constellations, bez skupiania się na jednym zakrojonym na szeroką skalę programie.
Moduły nadmuchiwane, automatyczne urządzenia dokujące pojazdy, orbitalne systemy magazynowania paliwa, autonomiczne moduły i zespoły podtrzymywania życia zapewniające lądowanie na innych ciała niebieskie. To tylko niewielka część zadań, jakie stoją obecnie przed NASA, aby rozwiązać problem lądowania człowieka na Księżycu.
Ochrona magnetyczna i elektrostatyczna. Do odbijania latających cząstek można używać silnych magnesów, są one jednak bardzo ciężkie i nie wiadomo jeszcze, jak niebezpieczne dla astronautów byłoby pole magnetyczne wystarczająco silne, aby je odbić. promieniowanie kosmiczne.
Statek kosmiczny lub stacja na powierzchni Księżyca z ochroną magnetyczną. Toroidalny magnes nadprzewodzący o natężeniu pola nie pozwoli większości promieni kosmicznych przedostać się do kokpitu znajdującego się wewnątrz magnesu, a tym samym dziesięciokrotnie lub więcej razy zmniejszyć całkowite dawki promieniowania kosmicznego.
Obiecujące projekty NASA - osłona przed promieniowaniem elektrostatycznym dla bazy księżycowej i teleskop księżycowy z płynnym lustrem (ilustracje ze strony spaceflightnow.com).
Rozwiązania biomedyczne. Organizm ludzki jest w stanie naprawić uszkodzenia DNA spowodowane małymi dawkami promieniowania. Jeśli ta zdolność zostanie wzmocniona, astronauci będą w stanie wytrzymać długotrwałe narażenie na promieniowanie kosmiczne. Więcej szczegółów
Ochrona płynnym wodorem. NASA rozważa możliwość wykorzystania w statkach kosmicznych zbiorników paliwa zawierających ciekły wodór, które można umieścić wokół przedziału załogi, w celu ochrony przed promieniowaniem kosmicznym. Pomysł ten opiera się na fakcie, że promieniowanie kosmiczne traci energię podczas zderzenia z protonami innych atomów. Ponieważ atom wodoru ma tylko jeden proton w swoim jądrze, proton z każdego z jego jąder „hamuje” promieniowanie. W pierwiastkach o cięższych jądrach niektóre protony blokują inne, przez co promienie kosmiczne do nich nie docierają. Można zapewnić ochronę wodorową, ale nie wystarczy, aby zapobiec ryzyku raka.
Biokombinezon. Projekt biokombinezonu opracowany przez grupę profesorów i studentów z Massachusetts Instytut Technologii(MIT). „Bio” – w tym przypadku nie oznacza biotechnologii, ale lekkość, niezwykły jak na skafander kosmiczny komfort, a w niektórych przypadkach nawet niedostrzegalność skorupy, która jest jakby kontynuacją ciała.
Zamiast szyć i sklejać skafander kosmiczny z osobnych kawałków różnych tkanin, zostanie on natryskiwany bezpośrednio na skórę człowieka w postaci szybko utwardzającego się sprayu. To prawda, że kask, rękawiczki i buty nadal pozostaną tradycyjne.
Technologia takiego natryskiwania (jako materiał stosowany jest specjalny polimer) jest już testowana przez wojsko amerykańskie. Proces ten nazywa się elektrospinlacingiem i przeprowadzają go specjaliści Centrum Badań Armia USA – Centrum systemów żołnierskich, Natick.
W uproszczeniu można powiedzieć, że najmniejsze kropelki lub krótkie włókna polimeru nabierają ładunku elektrycznego i pod wpływem pole elektrostatyczne pędzą do celu – obiektu, który należy przykryć folią – gdzie tworzą stopioną powierzchnię. Naukowcy z MIT zamierzają stworzyć coś podobnego, ale zdolnego do wytworzenia nieprzepuszczającej wilgoci i powietrza warstwy na ciele żywego człowieka. Po stwardnieniu folia zyskuje dużą wytrzymałość, zachowując elastyczność wystarczającą do ruchu rąk i nóg.
Warto dodać, że projekt przewiduje opcję kiedy W podobny sposób nadwozie zostanie spryskane kilkoma różnymi warstwami, na przemian z różnorodną wbudowaną elektroniką.
Linia rozwojowa skafandrów kosmicznych według wyobrażeń naukowców z MIT (ilustracja ze strony mvl.mit.edu).
A wynalazcy biokombinezonu mówią o obiecującym samozaciskaniu folii polimerowych w przypadku niewielkich uszkodzeń.
Nawet sama profesor Dava Newman nie jest w stanie przewidzieć, kiedy stanie się to możliwe. Może za dziesięć lat, może za pięćdziesiąt.
Jeśli jednak nie zaczniesz teraz zmierzać w stronę tego rezultatu, „fantastyczna przyszłość” nie nadejdzie.
Nawet gdyby loty międzyplanetarne były rzeczywistością, naukowcy coraz częściej tak twierdzą Ludzkie ciało z czysto biologicznego punktu widzenia czeka nas coraz więcej niebezpieczeństw. Eksperci nazywają twarde promieniowanie kosmiczne jednym z głównych zagrożeń. Na innych planetach, np. na Marsie, promieniowanie to będzie takie, że znacznie przyspieszy rozwój choroby Alzheimera.
„Promieniowanie kosmiczne stanowi bardzo poważne zagrożenie dla przyszłych astronautów. Możliwość, że narażenie na promieniowanie kosmiczne może prowadzić do problemów zdrowotnych, takich jak rak, została od dawna uznana” – mówi dr Kerry O'Banion, neurolog z University Medical Center w Rochester. Nasze eksperymenty wykazały również wiarygodnie, że promieniowanie twarde powoduje również przyspieszenie zmian w mózgu związanych z chorobą Alzheimera.”
Według naukowców cała przestrzeń kosmiczna jest dosłownie przesiąknięta promieniowaniem, a jednocześnie grubym atmosfera ziemska chroni przed tym naszą planetę. Uczestnicy krótkotrwałych lotów na ISS mogą już odczuć skutki promieniowania, choć formalnie znajdują się na niskiej orbicie, gdzie znajduje się kopuła ochronna grawitacja Ziemi wciąż pracuje. Promieniowanie jest szczególnie aktywne w tych momentach, gdy na Słońcu pojawiają się rozbłyski, z następczą emisją cząstek promieniowania.
Naukowcy twierdzą, że NASA już blisko współpracuje różne podejścia związane z ochroną człowieka przed promieniowaniem kosmicznym. Agencja kosmiczna po raz pierwszy zaczęła finansować „badania nad promieniowaniem” 25 lat temu. Obecnie znaczna część inicjatyw w tym obszarze związana jest z badaniami nad ochroną przyszłych marsonautów przed ostrym promieniowaniem na Czerwonej Planecie, gdzie nie ma takiej kopuły atmosferycznej jak na Ziemi.
Już teraz eksperci twierdzą z bardzo dużym prawdopodobieństwem, że promieniowanie marsjańskie wywołuje raka. W pobliżu asteroid występuje jeszcze większe ilości promieniowania. Przypomnijmy, że NASA planuje misję na asteroidę z udziałem człowieka na rok 2021, a na Marsa nie później niż w roku 2035. Podróż na Marsa i z powrotem, obejmująca trochę czasu tam spędzonego, może zająć około trzech lat.
Jak podała NASA, obecnie udowodniono, że promieniowanie kosmiczne powoduje, oprócz nowotworów, choroby układu sercowo-naczyniowego, układu mięśniowo-szkieletowego i endokrynologicznego. Teraz eksperci z Rochester zidentyfikowali kolejny wektor zagrożenia: badania wykazały, że wysokie dawki promieniowania kosmicznego wywołują choroby związane z neurodegeneracją, w szczególności aktywują procesy przyczyniające się do rozwoju choroby Alzheimera. Eksperci badali także wpływ promieniowania kosmicznego na centralny układ nerwowy człowieka.
Eksperci odkryli to na podstawie eksperymentów cząstki radioaktywne w przestrzeni kosmicznej mają w swojej strukturze jądra atomów żelaza, które mają fenomenalną zdolność penetracji. Dlatego zaskakująco trudno się przed nimi obronić.
Na Ziemi badacze przeprowadzili symulacje promieniowania kosmicznego w amerykańskim Brookhaven National Laboratory na Long Island, gdzie znajduje się specjalny akcelerator cząstek. W drodze eksperymentów badacze określili ramy czasowe, w których choroba występuje i postępuje. Dotychczas jednak badacze prowadzili eksperymenty na myszach laboratoryjnych, poddając je działaniu dawek promieniowania porównywalnych z tymi, jakie otrzymaliby ludzie podczas lotu na Marsa. Po eksperymentach prawie wszystkie myszy doznały zaburzeń w funkcjonowaniu układu poznawczego mózgu. Odnotowano także zaburzenia w funkcjonowaniu układu sercowo-naczyniowego. Ogniska akumulacji beta-amyloidu, czyli białka pewny znak zbliżająca się choroba Alzheimera.
Naukowcy twierdzą, że nie wiedzą jeszcze, jak walczyć z promieniowaniem kosmicznym, ale są przekonani, że promieniowanie to czynnik, który zasługuje na najpoważniejszą uwagę podczas planowania przyszłych lotów kosmicznych.
Od chwili pojawienia się na Ziemi wszystkie organizmy istniały, rozwijały się i ewoluowały w warunkach ciągłego narażenia na promieniowanie. Promieniowanie jest równie naturalne zjawisko naturalne jak wiatr, pływy, deszcz itp.
Naturalne promieniowanie tła (NBR) było obecne na Ziemi na wszystkich etapach jej powstawania. Było tam na długo przed pojawieniem się życia, a potem pojawiła się biosfera. Radioaktywność i towarzyszące jej promieniowanie jonizujące były czynnikiem wpływającym na aktualny stan biosfery, ewolucję Ziemi, życie na Ziemi i skład pierwiastkowy Układu Słonecznego. Każdy organizm narażony jest na działanie promieniowania tła charakterystycznego dla danego obszaru. Aż do lat czterdziestych XX wieku było to spowodowane dwoma czynnikami: rozpadem radionuklidów pochodzenia naturalnego, zlokalizowanych zarówno w środowisku danego organizmu, jak i w samym organizmie, oraz promieniowaniem kosmicznym.
Źródłami naturalnego (naturalnego) promieniowania są przestrzeń kosmiczna i zawarte w niej naturalne radionuklidy naturalna forma i stężenia we wszystkich obiektach biosfery: glebie, wodzie, powietrzu, minerałach, organizmach żywych itp. Każdy z otaczających nas obiektów i my sami jesteśmy radioaktywni w absolutnym tego słowa znaczeniu.
Ludność kuli ziemskiej otrzymuje główną dawkę promieniowania z naturalnych źródeł promieniowania. Większość z nich ma taki charakter, że absolutnie niemożliwe jest uniknięcie narażenia na promieniowanie z ich strony. W całej historii Ziemi różne rodzaje promieniowanie przenika do powierzchni ziemi z kosmosu i pochodzi z substancji radioaktywnych znajdujących się w skorupie ziemskiej. Człowiek jest narażony na promieniowanie na dwa sposoby. Substancje radioaktywne mogą znajdować się na zewnątrz organizmu i napromieniać go z zewnątrz (w tym przypadku mówimy o napromieniowaniu zewnętrznym) lub mogą przedostać się do powietrza, którym człowiek oddycha, do pożywienia lub wody i przedostać się do wnętrza organizmu (ta metoda napromieniania nazywa się wewnętrznym).
Każdy mieszkaniec Ziemi jest narażony na promieniowanie pochodzące z naturalnych źródeł promieniowania. Zależy to po części od tego, gdzie żyją ludzie. Poziom promieniowania w niektórych miejscach na kuli ziemskiej, szczególnie tam, gdzie występują skały radioaktywne, jest znacznie wyższy od przeciętnego, a w innych niższy. Źródła ziemskie Promieniowanie jest zbiorowo odpowiedzialne za większość narażenia, na jakie narażony jest człowiek w wyniku promieniowania naturalnego. Dostarczają one średnio ponad 5/6 rocznej skutecznej dawki równoważnej otrzymywanej przez ludność, głównie w wyniku narażenia wewnętrznego. Pozostała część pochodzi z promieni kosmicznych, głównie poprzez napromieniowanie zewnętrzne.
Naturalne tło radiacyjne tworzy promieniowanie kosmiczne (16%) oraz promieniowanie wytwarzane przez radionuklidy rozproszone w przyrodzie zawarte w skorupie ziemskiej, powietrzu gruntowym, glebie, wodzie, roślinach, żywności, organizmach zwierzęcych i ludzkich (84%). Technogeniczne promieniowanie tła związane jest głównie z obróbką i przemieszczaniem się skał, spalaniem węgiel, ropy, gazu i innych paliw kopalnych, a także badania bronie nuklearne i energię jądrową.
Naturalne promieniowanie tła jest integralnym czynnikiem środowiskowym mającym istotny wpływ na życie człowieka. Naturalne promieniowanie tła jest bardzo zróżnicowane w różnych regionach Ziemi. Równoważna dawka w organizmie człowieka wynosi średnio 2 mSv = 0,2 rem. Rozwój ewolucyjny pokazuje, że w naturalnych warunkach tła, optymalne warunki dla życia ludzi, zwierząt i roślin. Dlatego przy ocenie zagrożeń powodowanych przez promieniowanie jonizujące niezwykle istotna jest znajomość charakteru i poziomów narażenia z różnych źródeł.
Ponieważ radionuklidy, jak wszystkie atomy, tworzą w przyrodzie pewne związki i zgodnie z ich właściwości chemiczne są częścią niektórych minerałów, rozmieszczenie naturalnych radionuklidów w skorupie ziemskiej jest nierównomierne. Promieniowanie kosmiczne, jak wspomniano powyżej, również zależy od wielu czynników i może różnić się kilkukrotnie. Zatem naturalne promieniowanie tła w różne miejscaświat jest inny. Wiąże się to z konwencją pojęcia „normalnego tła promieniowania”: wraz z wysokością nad poziomem morza tło wzrasta na skutek promieniowania kosmicznego, w miejscach, gdzie na powierzchnię wychodzą granity lub piaski bogate w tor, promieniowanie tła jest również wyższe , i tak dalej. Można zatem mówić jedynie o średnim naturalnym tle promieniowania dla danego obszaru, terytorium, kraju itp.
Średnia skuteczna dawka otrzymywana przez mieszkańca naszej planety naturalne źródła rocznie jest 2,4 mSv .
Około 1/3 tej dawki powstaje w wyniku promieniowania zewnętrznego (w przybliżeniu w równym stopniu z przestrzeni kosmicznej, jak i radionuklidów), a 2/3 z promieniowania wewnętrznego, czyli naturalnych radionuklidów znajdujących się wewnątrz naszego organizmu. Średnia aktywność specyficzna człowieka wynosi około 150 Bq/kg. Naturalne promieniowanie tła ( ekspozycja zewnętrzna) na poziomie morza średnio około 0,09 μSv/h. Odpowiada to około 10 µR/h.
Promieniowanie kosmiczne to strumień cząstek jonizujących spadający na Ziemię przestrzeń kosmiczna. Skład promieniowania kosmicznego obejmuje:
Promieniowanie kosmiczne składa się z trzech składników różniących się pochodzeniem:
1) promieniowanie cząstek wychwyconych przez pole magnetyczne Ziemi;
2) galaktyczne promieniowanie kosmiczne;
3) promieniowanie korpuskularne Słońca.
Promieniowanie z cząstek naładowanych wychwytywane przez pole magnetyczne Ziemi - w odległości 1,2-8 promieni Ziemi znajdują się tzw. pasy radiacyjne zawierające protony o energii 1-500 MeV (głównie 50 MeV), elektrony o energii około 0,1 -0,4 MeV i niewielka ilość cząstek alfa.
Mieszanina. Galaktyczne promienie kosmiczne składają się głównie z protonów (79%) i cząstek alfa (20%), co odzwierciedla obfitość wodoru i helu we Wszechświecie. Wśród ciężkich jonów najwyższa wartość mają jony żelaza ze względu na ich stosunkowo dużą intensywność i dużą liczbę atomową.
Pochodzenie. Źródłami galaktycznego promieni kosmicznych są rozbłyski gwiazdowe, eksplozje supernowych, przyspieszenie pulsarów, eksplozje jąder galaktycznych itp.
Dożywotni. Czas życia cząstek promieniowania kosmicznego wynosi około 200 milionów lat. Uwięzienie cząstek następuje z powodu pola magnetycznego przestrzeni międzygwiazdowej.
Interakcja z atmosferą . Wchodząc do atmosfery, promienie kosmiczne oddziałują z atomami azotu, tlenu i argonu. Cząstki zderzają się z elektronami częściej niż z jądrami, ale cząstki o wysokiej energii tracą niewiele energii. Podczas zderzeń z jądrami cząstki są prawie zawsze eliminowane ze strumienia, więc osłabienie promieniowania pierwotnego jest prawie całkowicie spowodowane reakcjami jądrowymi.
Kiedy protony zderzają się z jądrami, neutrony i protony są wyrzucane z jąder i zachodzą reakcje rozszczepienia jądrowego. Powstałe cząstki wtórne mają znaczną energię i same indukują te same reakcje jądrowe, czyli tworzy się cała kaskada reakcji, tworzy się tzw. szeroki deszcz atmosferyczny. Pojedyncza pierwotna cząstka o wysokiej energii może wytworzyć deszcz dziesięciu kolejnych generacji reakcji, w wyniku których powstają miliony cząstek.
Nowe jądra i nukleony, stanowiące jądrowo aktywny składnik promieniowania, powstają głównie w górnych warstwach atmosfery. W jego dolnej części przepływ jąder i protonów jest znacznie osłabiony na skutek zderzeń jądrowych i dalszych strat jonizacyjnych. Na poziomie morza generuje jedynie kilka procent mocy dawki.
Kosmogeniczne radionuklidy
W wyniku reakcji jądrowych zachodzących pod wpływem promieni kosmicznych w atmosferze i częściowo w litosferze powstają jądra radioaktywne. Spośród nich największy udział w tworzeniu dawki mają (β-emitery: 3 H (T 1/2 = 12,35 lat), 14 C (T 1/2 = 5730 lat), 22 Na (T 1/2 = 2,6 lat) - przedostawanie się do organizmu człowieka wraz z pożywieniem. Jak wynika z przedstawionych danych, największy udział w promieniowaniu ma węgiel-14. Osoba dorosła spożywa wraz z pożywieniem ~95 kg węgla rocznie.
Promieniowanie słoneczne, składające się z promieniowanie elektromagnetyczne aż do zakresu rentgenowskiego, protonów i cząstek alfa;
Wymienione rodzaje promieniowania są pierwotne, prawie całkowicie zanikają na wysokości około 20 km w wyniku interakcji górne warstwy atmosfera. W tym przypadku powstaje wtórne promieniowanie kosmiczne, które dociera do powierzchni Ziemi i oddziałuje na biosferę (w tym człowieka). Promieniowanie wtórne obejmuje neutrony, protony, mezony, elektrony i fotony.
Intensywność promieniowania kosmicznego zależy od wielu czynników:
Zmiany strumienia promieniowania galaktycznego,
szerokość geograficzna,
Wysokości nad poziomem morza.
W zależności od wysokości intensywność promieniowania kosmicznego gwałtownie wzrasta.
Radionuklidy skorupy ziemskiej.
Długowieczne (z okresem półtrwania wynoszącym miliardy lat) izotopy, które nie miały czasu na rozkład podczas istnienia naszej planety, są rozproszone w skorupie ziemskiej. Prawdopodobnie powstały równocześnie z powstawaniem planet Układu Słonecznego (stosunkowo krótkotrwałe izotopy uległy całkowitemu rozpadowi). Izotopy te nazywane są naturalnymi substancjami promieniotwórczymi, to znaczy takimi, które powstały i stale ulegają odtworzeniu bez interwencji człowieka. Rozpadając się, tworzą pośrednie, także radioaktywne, izotopy.
Źródeł zewnętrznych promieniowanie to ponad 60 naturalnych radionuklidów występujących w biosferze Ziemi. Naturalne pierwiastki promieniotwórcze występują w stosunkowo małych ilościach we wszystkich powłokach i jądrze Ziemi. Szczególne znaczenie dla człowieka mają radioaktywne elementy biosfery, tj. ta część powłoki ziemskiej (lito-, wodna i atmosfera), w której znajdują się mikroorganizmy, rośliny, zwierzęta i ludzie.
Trwało to miliardy lat ciągły proces rozpad radioaktywny niestabilnych jąder atomowych. W rezultacie całkowita radioaktywność substancji ziemskiej i skał stopniowo malała. Stosunkowo krótkotrwałe izotopy uległy całkowitemu rozkładowi. Zachowały się głównie pierwiastki o okresach półtrwania mierzonych w miliardach lat oraz stosunkowo krótkotrwałe wtórne produkty rozpadu promieniotwórczego, tworzące kolejne łańcuchy przemian, tzw. rodziny pierwiastków promieniotwórczych. W skorupie ziemskiej naturalne radionuklidy mogą być mniej lub bardziej równomiernie rozproszone lub skoncentrowane w postaci osadów.
Naturalne (naturalne) radionuklidy można podzielić na trzy grupy:
Radionuklidy należące do rodzin promieniotwórczych (seria),
Inne (nie należące do rodzin radioaktywnych) radionuklidy, które weszły w skład skorupy ziemskiej podczas powstanie planety,
Radionuklidy powstają pod wpływem promieniowania kosmicznego.
Podczas formowania się Ziemi radionuklidy wraz ze stabilnymi nuklidami również stały się częścią jej skorupy. Większość tych radionuklidów należy do tak zwanych rodzin (serii) promieniotwórczych. Każda seria reprezentuje łańcuch kolejnych przemian radioaktywnych, gdy jądro powstałe podczas rozpadu jądra macierzystego również z kolei rozpada się, ponownie tworząc jądro niestabilne itp. Początkiem takiego łańcucha jest radionuklid, który nie powstaje z innego radionuklidu, ale jest zawarty w skorupie ziemskiej i biosferze od chwili ich narodzin. Ten radionuklid nazywany jest przodkiem, a jego imieniem nazwana została cała rodzina (seria). W sumie w przyrodzie występuje trzech przodków - uran-235, uran-238 i tor-232, a zatem trzy serie radioaktywne - dwa uran i tor. Wszystkie serie kończą się stabilnymi izotopami ołowiu.
Bardzo długi okres Okres półtrwania toru wynosi 14 miliardów lat, więc został on prawie w całości zachowany od czasu akrecji Ziemi. Uran-238 uległ rozkładowi w dużym stopniu, zdecydowana większość uranu-235 uległa rozkładowi, a izotop neptunu-232 uległ całkowitemu rozpadowi. Z tego powodu w skorupie ziemskiej jest dużo toru (prawie 20 razy więcej uranu), a uran-235 jest 140 razy mniej niż uran-238. Ponieważ przodek czwartej rodziny (neptun) uległ całkowitemu rozpadowi od czasu akrecji Ziemi, jest prawie nieobecny w skałach. Neptun znaleziono w rudach uranu w znikomych ilościach. Jednak jego pochodzenie jest wtórne i wynika z bombardowania jąder uranu-238 przez neutrony promieniowania kosmicznego. Neptun jest obecnie produkowany w wyniku sztucznych reakcji jądrowych. Dla ekologa to nie jest interesujące.
Około 0,0003% (według różnych źródeł 0,00025-0,0004%) skorupy ziemskiej stanowi uran. Oznacza to, że jeden metr sześcienny najzwyklejszej gleby zawiera średnio 5 gramów uranu. Są miejsca, gdzie ta ilość jest tysiące razy większa – są to złoża uranu. Metr sześcienny wody morskiej zawiera około 1,5 mg uranu. To naturalne pierwiastek chemiczny jest reprezentowany przez dwa izotopy -238U i 235U, z których każdy jest przodkiem własnego szeregu radioaktywnego. Zdecydowana większość uranu naturalnego (99,3%) to uran-238. Ten radionuklid jest bardzo stabilny, prawdopodobieństwo jego rozpadu (mianowicie rozpadu alfa) jest bardzo małe. Prawdopodobieństwo to charakteryzuje się okresem półtrwania wynoszącym 4,5 miliarda lat. Oznacza to, że od czasu powstania naszej planety jej ilość zmniejszyła się o połowę. Z tego wynika z kolei, że promieniowanie tła na naszej planecie było kiedyś wyższe. Łańcuchy przemian promieniotwórczych generujące naturalne radionuklidy szeregu uranu:
Seria radioaktywna obejmuje zarówno radionuklidy długożyciowe (to znaczy radionuklidy o długim okresie półtrwania), jak i krótkotrwałe, ale wszystkie radionuklidy z tej serii istnieją w przyrodzie, nawet te, które szybko się rozpadają. Wynika to z faktu, że z biegiem czasu ustaliła się równowaga (tzw. „Równowaga świecka”) - szybkość rozpadu każdego radionuklidu jest równa szybkości jego powstawania.
Istnieją naturalne radionuklidy, które przedostały się do skorupy ziemskiej podczas formowania się planety i nie należą do serii uranu ani toru. Przede wszystkim jest to potas-40. Zawartość 40 K w skorupie ziemskiej wynosi około 0,00027% (masa), okres półtrwania wynosi 1,3 miliarda lat. Nuklid potomny, wapń-40, jest stabilny. Potas-40 występuje w znacznych ilościach w roślinach i organizmach żywych i przyczynia się do tego znaczący wkład do całkowitej dawki wewnętrznego promieniowania człowieka.
Naturalny potas zawiera trzy izotopy: potas-39, potas-40 i potas-41, z czego tylko potas-40 jest radioaktywny. Stosunek ilościowy tych trzech izotopów w przyrodzie wygląda następująco: 93,08%, 0,012% i 6,91%.
Potas-40 rozkłada się na dwa sposoby. Około 88% jego atomów ulega promieniowaniu beta i staje się atomami wapnia-40. Pozostałe 12% atomów ulegających wychwytowi K zamienia się w atomy argonu-40. Metoda oznaczania potasu i argonu opiera się na tej właściwości potasu-40 wiek absolutny skały i minerały.
Trzecia grupa naturalnych radionuklidów obejmuje radionuklidy kosmogeniczne. Te radionuklidy powstają pod wpływem promieniowania kosmicznego ze stabilnych nuklidów w wyniku reakcji jądrowych. Należą do nich tryt, beryl-7, węgiel-14, sód-22. Na przykład reakcje jądrowe powstawania trytu i węgla-14 z azotu pod wpływem kosmicznych neutronów:
Specjalne miejsce Węgiel należy do naturalnych radioizotopów. Naturalny węgiel składa się z dwóch stabilne izotopy, wśród których dominuje węgiel-12 (98,89%). Reszta to prawie wyłącznie węgiel-13 (1,11%).
Oprócz stabilnych izotopów węgla znanych jest jeszcze pięć radioaktywnych. Cztery z nich (węgiel-10, węgiel-11, węgiel-15 i węgiel-16) mają bardzo krótkie okresy półtrwania (sekundy i ułamki sekundy). Piąty radioizotop, węgiel-14, ma okres półtrwania wynoszący 5730 lat.
W naturze stężenie węgla-14 jest niezwykle niskie. Przykładowo we współczesnych roślinach na każde 109 atomów węgla-12 i węgla-13 przypada jeden atom tego izotopu. Jednak wraz z nadejściem broń atomowa i technologii nuklearnej węgiel-14 jest otrzymywany sztucznie w wyniku interakcji powolne neutrony azotem atmosferycznym, dlatego jego ilość stale rośnie.
Istnieje pewna konwencja dotycząca tego, jakie pochodzenie uważa się za „normalne”. Zatem przy „średniej planetarnej” rocznej dawce skutecznej na osobę wynoszącej 2,4 mSv, w wielu krajach wartość ta wynosi 7-9 mSv/rok. Oznacza to, że od niepamiętnych czasów miliony ludzi żyły w warunkach ładunków dawek naturalnych kilkakrotnie wyższych od średniej statystycznej. Badania medyczne a statystyki demograficzne pokazują, że nie wpływa to w żaden sposób na ich życie, nie ma żadnego negatywny wpływ na ich zdrowie i zdrowie ich potomstwa.
Mówiąc o umowności pojęcia „normalnego” tła naturalnego, można także wskazać szereg miejsc na planecie, w których poziom promieniowania naturalnego przekracza średnią statystyczną nie tylko kilkukrotnie, ale i kilkudziesięciu razy (tabela); Na ten efekt narażone są dziesiątki i setki tysięcy mieszkańców. I to też jest normą, nie wpływa to w żaden sposób na ich zdrowie. Ponadto wiele obszarów o podwyższonym promieniowaniu tła jest od wieków miejscami masowej turystyki (wybrzeża morskie) i uznanymi kurortami (Kaukaskie Wody Mineralne, Karlowe Wary itp.).
07.12.2016
Łazik Curiosity ma na pokładzie instrument RAD umożliwiający określenie intensywności narażenia na promieniowanie. Podczas lotu do Ciekawostka z Marsa dokonał pomiarów promieniowania tła, a dziś naukowcy współpracujący z NASA wypowiadali się na temat tych wyników. Ponieważ łazik leciał w kapsule, a czujnik promieniowania znajdował się w jej wnętrzu, pomiary te praktycznie się z tym zgadzają promieniowanie tła, który będzie obecny w załogowym statku kosmicznym.Urządzenie RAD składa się z trzech krzemowych płytek półprzewodnikowych, które pełnią rolę detektora. Dodatkowo posiada kryształ jodku cezu, który służy jako scyntylator. RAD jest zamontowany tak, aby podczas lądowania patrzeć na zenit i rejestrować pole 65 stopni.
W rzeczywistości jest to teleskop radiacyjny, który wykrywa promieniowanie jonizujące i naładowane cząstki w szerokim zakresie.
Równoważna dawka pochłoniętego promieniowania jest 2 razy większa niż dawka ISS.
Sześciomiesięczny lot na Marsa odpowiada w przybliżeniu 1 rokowi spędzonemu na niskiej orbicie okołoziemskiej. Biorąc pod uwagę, że całkowity czas trwania wyprawy powinien wynieść około 500 dni, perspektywy nie napawają optymizmem.
W przypadku ludzi skumulowane promieniowanie o wartości 1 siwerta zwiększa ryzyko raka o 5%. NASA pozwala swoim astronautom kumulować w ciągu swojej kariery nie więcej niż 3% ryzyka lub 0,6 siwerta.
Średnia długość życia astronautów jest niższa niż średnia w ich krajach. Co najmniej jedna czwarta zgonów jest spowodowana nowotworami.
Spośród 112 rosyjskich kosmonautów, którzy polecieli, 28 nie jest już z nami. Pięć osób zginęło: Jurij Gagarin – na myśliwcu, Władimir Komarow, Gieorgij Dobrowolski, Władysław Wołkow i Wiktor Patsajew – podczas powrotu z orbity na Ziemię. Wasilij Łazariew zmarł w wyniku zatrucia alkoholem niskiej jakości.
Spośród 22 pozostałych zdobywców oceanu gwiezdnego przyczyną śmierci dziewięciu była onkologia. Anatolij Lewczenko (47 lat), Jurij Artiukhin (68), Lew Demin (72), Władimir Wasiutin (50), Giennadij Strekałow (64), Giennadij Sarafanow (63), Konstantin Feoktistow (83), Witalij Sewastyanow (75) zmarli raka.). Oficjalna przyczyna śmierci kolejnego astronauty, który zmarł na raka, nie została ujawniona. Do lotów poza Ziemię wybierani są najzdrowsi i najsilniejsi.
Zatem dziewięciu z 22 astronautów, którzy zmarli na raka, stanowi 40,9%. Przyjrzyjmy się teraz podobnym statystykom dla całego kraju. W zeszłym roku ten świat opuściło 1 milion 768 tysięcy 500 Rosjan (dane Rosstat). Jednocześnie od przyczyny zewnętrzne(awarie transportowe, zatrucia alkoholowe, samobójstwa, morderstwa) zginęło 173,2 tys. Pozostaje 1 milion 595 tysięcy 300. Ilu obywateli zginęło z powodu onkologii? Odpowiedź: 265,1 tys. Osób. Lub 16,6%. Dla porównania: 40,9 i 16,6%. Okazuje się, że zwykli obywatele umierają na raka 2,5 razy rzadziej niż astronauci.
Nie ma podobnych informacji na temat amerykańskiego korpusu astronautów. Ale nawet fragmentaryczne dane wskazują, że onkologia dotyka także amerykańskich astronautów. Oto częściowa lista ofiar straszna choroba: John Swigert Jr. – rak szpiku kostnego, Donald Slayton – rak mózgu, Charles Veach – rak mózgu, David Walker – nowotwór, Alan Shepard – białaczka, George Lowe – rak okrężnicy, Ronald Paris – guz mózgu.
Podczas jednego lotu na orbitę okołoziemską każdy członek załogi otrzymuje taką samą ilość promieniowania, jak gdyby był badany w gabinecie rentgenowskim 150–400 razy.
Biorąc pod uwagę, że dzienna dawka na ISS wynosi aż 1 mSv (dopuszczalna roczna dawka dla człowieka na Ziemi), wówczas termin ostateczny Pobyt astronautów na orbicie jest ograniczony do około 600 dni w ciągu całej ich kariery.
Na samym Marsie promieniowanie powinno być około dwa razy niższe niż w kosmosie, ze względu na atmosferę i zawieszony w nim pył, tj. odpowiadać poziomowi ISS, ale dokładne wskaźniki nie zostały jeszcze opublikowane. Ciekawe będą wskaźniki RAD w dni burz piaskowych – dowiemy się, jak dobry jest pył marsjański w roli osłony radiacyjnej.
Teraz rekord przebywania na orbicie okołoziemskiej należy do 55-letniego Siergieja Krikalewa - ma on 803 dni. Ale zbierał je sporadycznie - w sumie wykonał 6 lotów w latach 1988-2005.
Promieniowanie w przestrzeni kosmicznej pochodzi głównie z dwóch źródeł: ze Słońca podczas rozbłysków i wyrzutów koronalnych oraz z promieni kosmicznych, które powstają podczas wybuchów supernowych lub innych wysokoenergetycznych zdarzeń w naszej i innych galaktykach.
Na ilustracji: oddziaływanie „wiatru” słonecznego i magnetosfery ziemskiej.
Promienie kosmiczne stanowią większość promieniowania podczas podróży międzyplanetarnych. Odpowiadają za część promieniowania wynoszącą 1,8 mSv dziennie. Tylko trzy procent promieniowania zgromadzonego przez Curiosity ze Słońca. Wynika to również z faktu, że lot odbył się w stosunkowo spokojnym czasie. Ogniska zwiększają dawkę całkowitą i zbliżają się do 2 mSv dziennie.
Szczyty występują podczas rozbłysków słonecznych.
Aktualny środki techniczne bardziej skuteczny w walce z promieniowaniem słonecznym, które ma niską energię. Można na przykład wyposażyć kapsułę ochronną, w której astronauci będą mogli ukryć się podczas rozbłysków słonecznych. Jednak nawet 30-centymetrowe aluminiowe ściany nie ochronią przed międzygwiezdnym promieniowaniem kosmicznym. Ołowione prawdopodobnie pomogłyby lepiej, ale to znacznie zwiększyłoby masę statku, a co za tym idzie, koszt jego wystrzelenia i rozpędzenia.
Może zaistnieć konieczność zmontowania międzyplanetarnego statku kosmicznego na orbicie okołoziemskiej i zawieszenia ciężkich płyt ołowianych w celu ochrony przed promieniowaniem. Lub użyj Księżyca do montażu, gdzie waga statku kosmicznego będzie niższa.
Bardzo Skuteczne środki Aby zminimalizować narażenie na promieniowanie, należy opracować nowe typy silników, które znacznie skrócą czas lotu na Marsa i z powrotem. NASA pracuje obecnie nad elektrycznym napędem słonecznym i nuklearnym napędem termicznym. Pierwszy może teoretycznie przyspieszać nawet 20 razy szybciej niż nowoczesne silniki chemiczne, ale przyspieszenie będzie bardzo długie ze względu na niski ciąg. Urządzenie z takim silnikiem ma zostać wysłane do holowania asteroidy, którą NASA chce przechwycić i przenieść na orbitę Księżyca w celu późniejszej wizyty astronautów.
Najbardziej obiecujące i zachęcające zmiany w napędzie elektrycznym prowadzone są w ramach projektu VASIMR. Ale co do podróży na Marsa panele słoneczne nie wystarczy - będziesz potrzebował reaktora.
Jądrowy silnik cieplny wytwarza impuls właściwy około trzy razy większy niż nowoczesne typy rakiet. Jego istota jest prosta: reaktor podgrzewa gaz roboczy (zakłada się, że wodór). wysokie temperatury bez użycia utleniacza, wymaganego w przypadku rakiet chemicznych. W takim przypadku granicę temperatury ogrzewania określa jedynie materiał, z którego wykonany jest sam silnik.
Ale taka prostota powoduje również trudności - ciąg jest bardzo trudny do kontrolowania. NASA stara się rozwiązać ten problem, ale nie uważa rozwoju silników o napędzie atomowym za priorytet.
Wykorzystanie reaktora jądrowego jest nadal obiecujące, ponieważ część energii może zostać wykorzystana do wytwarzania pole elektromagnetyczne, co dodatkowo chroniłoby pilotów zarówno przed promieniowaniem kosmicznym, jak i promieniowaniem pochodzącym z własnego reaktora. Ta sama technologia sprawiłaby, że opłacalne byłoby wydobywanie wody z Księżyca czy asteroid, czyli jeszcze bardziej pobudziłoby komercyjne wykorzystanie kosmosu.
Chociaż obecnie jest to nic innego jak rozumowanie teoretyczne, możliwe, że taki schemat stanie się kluczem do nowego poziomu eksploracji Układu Słonecznego.
Dodatkowe wymagania dotyczące mikroukładów kosmicznych i wojskowych.
Przede wszystkim zwiększone są wymagania dotyczące niezawodności (zarówno samego kryształu, jak i obudowy), odporności na wibracje i przeciążenia, wilgotność, zakres temperatur jest znacznie szerszy, ponieważ wyposażenie wojskowe Powinien działać zarówno w temperaturze -40C, jak i po nagrzaniu do 100C.
Następnie - odporność na czynniki szkodliwe wybuch jądrowy- EMR, duża chwilowa dawka promieniowania gamma/neutronowego. W chwili wybuchu normalne działanie może nie być możliwe, ale przynajmniej urządzenie nie powinno ulec nieodwracalnemu uszkodzeniu.
I wreszcie – jeśli mikroukład jest przeznaczony do przestrzeni kosmicznej – stabilność parametrów przy powolnym narastaniu całkowitej dawki promieniowania i przeżycie po spotkaniu z silnie naładowanymi cząsteczkami promieniowania kosmicznego.
Jak promieniowanie wpływa na mikroukłady?
W „kawałkach cząstek” promieniowanie kosmiczne składa się z 90% protonów (tj. jonów wodoru), 7% jąder helu (cząstek alfa), ~1% cięższych atomów i ~1% elektronów. Cóż, gwiazdy (w tym Słońce), jądra galaktyczne, droga Mleczna- obficie oświetlaj wszystko nie tylko światłem widzialnym, ale także promieniowaniem rentgenowskim i gamma. Podczas rozbłysków promieniowanie słoneczne wzrasta 1000-1000000 razy, co może stanowić poważny problem (zarówno dla przyszłych ludzi, jak i obecnych statków kosmicznych poza magnetosferą Ziemi).
W promieniowaniu kosmicznym nie ma neutronów oczywisty powód- wolne neutrony mają okres półtrwania wynoszący 611 sekund i zamieniają się w protony. Nawet ze Słońca neutron nie może dotrzeć, chyba że bardzo prędkość relatywistyczna. Niewielka liczba neutronów dociera z Ziemi, ale są to drobnostki.
Wokół Ziemi istnieją 2 pasy naładowanych cząstek – tzw. radiacyjne: na wysokości ~4000 km od protonów i na wysokości ~17000 km od elektronów. Cząsteczki poruszają się tam po zamkniętych orbitach, wychwytywane przez ziemskie pole magnetyczne. Istnieje również brazylijska anomalia magnetyczna - gdzie wewnętrzna pas radiacyjny zbliża się do ziemi, aż do wysokości 200 km.
Elektrony, gamma i promieniowanie rentgenowskie.
Kiedy promieniowanie gamma i rentgenowskie (w tym promieniowanie wtórne uzyskane w wyniku zderzenia elektronów z korpusem urządzenia) przechodzi przez mikroukład, w dielektryku bramki tranzystorów zaczyna stopniowo gromadzić się ładunek, i odpowiednio parametry tranzystory zaczynają się powoli zmieniać - napięcie progowe tranzystorów i prąd upływowy. Zwykły cywilny mikroukład cyfrowy może przestać działać normalnie po 5000 radach (jednak osoba może przestać działać po 500-1000 radów).
Ponadto promieniowanie gamma i rentgenowskie powoduje, że wszystkie złącza pn wewnątrz chipa zachowują się jak małe „ panele słoneczne„- a jeśli w kosmosie promieniowanie jest zwykle niewystarczające, aby znacząco wpłynąć na działanie mikroukładu, podczas wybuchu jądrowego przepływ promieniowania gamma i rentgenowskiego może już być wystarczający, aby zakłócić działanie mikroukładu z powodu efektu fotoelektrycznego.
Na niskiej orbicie o długości 300–500 km (na której latają ludzie) roczna dawka może wynosić 100 radów lub mniej, więc nawet przez 10 lat skumulowana dawka będzie tolerowana przez mikroukłady cywilne. Ale na wysokich orbitach> 1000 km roczna dawka może wynosić 10 000-20 000 rad, a konwencjonalne mikroukłady zyskają dawka śmiertelna w ciągu kilku miesięcy.
Ciężkie cząstki naładowane (HCP) - protony, cząstki alfa i jony wysokoenergetyczne
To jest najbardziej wielki problem elektronika kosmiczna - TZCH mają tak wysoką energię, że „przebijają” mikroukład (wraz z korpusem satelity) i pozostawiają „ślad” ładunku. W najlepszy scenariusz może to prowadzić do błędu oprogramowania (0 staje się 1 lub odwrotnie - single-event stress, SEU), w najgorszym przypadku - doprowadzić do zatrzaśnięcia tyrystora (single-event latchup, SEL). W chipie zatrzaskowym zasilacz jest zwarty do masy, prąd może płynąć bardzo wysoko i prowadzić do spalenia mikroukładu. Jeśli uda Ci się wyłączyć zasilanie i podłączyć je przed spalaniem, to wszystko będzie działać jak zwykle.
Być może właśnie tak stało się z Phobosem-Gruntem - według oficjalnej wersji nieodporne na promieniowanie importowane układy pamięci zawiodły już na drugiej orbicie, a jest to możliwe tylko ze względu na promieniowanie wysokiego napięcia (w oparciu o całkowitą zgromadzoną dawki promieniowania na niskiej orbicie, cywilny chip mógłby działać przez długi czas).
To zatrzaskowanie ogranicza użycie konwencjonalnych chipów naziemnych w przestrzeni kosmicznej za pomocą wszelkiego rodzaju sztuczek programowych w celu zwiększenia niezawodności.
Co się stanie, jeśli zabezpieczysz statek kosmiczny ołowiem?
Cząstki o energii 3*1020 eV czasami docierają do nas wraz z galaktycznymi promieniami kosmicznymi, tj. 300 000 000 TeV. W jednostkach zrozumiałych dla człowieka jest to około 50J, tj. jeden cząstka elementarna energię jak kula z pistoletu sportowego małego kalibru.
Kiedy taka cząstka zderza się np. z osłoną radiacyjną atomu ołowiu, po prostu rozrywa ją na strzępy. Fragmenty będą również miały gigantyczną energię i rozerwą na strzępy wszystko, co stanie im na drodze. Ostatecznie im grubsza ochrona przed ciężkimi pierwiastkami, tym więcej odłamków i promieniowania wtórnego otrzymamy. Ołów może jedynie znacznie osłabić stosunkowo łagodne promieniowanie ziemskich reaktorów jądrowych.
Promieniowanie gamma ma podobny efekt. wysokie energie- ma także zdolność rozrywania na strzępy ciężkich atomów w wyniku reakcji fotojądrowej.
Zachodzące procesy można rozważyć na przykładzie lampy rentgenowskiej.
Elektrony z katody lecą w kierunku anody ciężkiego metalu, a po zderzeniu z nim powstaje promieniowanie rentgenowskie w wyniku bremsstrahlung.
Kiedy elektron z promieniowania kosmicznego dotrze do naszego statku, nasza ochrona przed promieniowaniem zamieni się w naturalną lampę rentgenowską, obok naszych delikatnych mikroukładów i jeszcze delikatniejszych organizmów żywych.
Z powodu tych wszystkich problemów ochrona przed promieniowaniem wykonane z ciężkich pierwiastków, jak na ziemi - nie są używane w kosmosie. Stosuj ochronę przez większą część składający się z aluminium, wodoru (z różnych polietylenów itp.), ponieważ można go rozbić jedynie na cząstki subatomowe - a to jest znacznie trudniejsze, a taka ochrona generuje mniej promieniowania wtórnego.
Ale w każdym razie nie ma żadnej ochrony przed HTC większa ochrona- im więcej promieniowania wtórnego z cząstek wysokoenergetycznych, optymalna grubość aluminium wynosi około 2-3 mm. Najtrudniejszą rzeczą jest połączenie ochrony wodorowej i nieco cięższych pierwiastków (tzw. Graded-Z) - ale to nie jest dużo lepsze niż czysta ochrona „wodorowa”. Ogólnie promieniowanie kosmiczne można osłabić około 10 razy i to wszystko.