Сонячні бурі випромінюють інтенсивні потоки протонів. На Землі людство надійно захищене атмосферою та магнітним полем. Проте екіпажі на шляху до Місяця чи Марса залишаються беззахисними перед непомітною загрозою, яка може спричинити гостру променеву хворобу та високий ризик розвитку раку.
Спроби побудувати суцільні алюмінієві корпуси, водяні бар’єри чи надпровідні магнітні щити впираються у головне обмеження космонавтики — масу. Кожен додатковий грам ваги на борту коштує колосальних ресурсів. Команда ізраїльсько-американського стартапу StemRad під керівництвом Джордана Хурі та Орена Мілштейна запропонувала альтернативний підхід: екранувати не весь космічний апарат, а безпосередньо тіло астронавта.
Принцип вибіркового захисту
Ідея протирадіаційного костюма довго вважалася нереалістичною, адже важкі свинцеві обладунки зробили б людину нерухомою. Проте інженери StemRad врахували, що тканини людського організму мають неоднакову чутливість до радіації. Наприклад, кістковий мозок, який відповідає за кровотворення, значно вразливіший за головний мозок чи м’язи.
Збереження навіть частини кісткового мозку дає організму змогу відновитися після опромінення високою дозою. Спільно з Lockheed Martin компанія розробила спеціальний захисний жилет AstroRad. Він захищає ділянку стегон, де міститься близько половини кісткового мозку, а також груди, живіт, товсту кишку та репродуктивні органи. Така точкова концепція дозволяє знизити ефективну дозу радіації майже на 60% без захисту голови та кінцівок.
Мозаїка з гнучких полімерів
Ефективність захисного матеріалу залежить від відношення його атомного номера до атомної маси. Найкращі показники має водень, тому ідеальним вибором став поліетилен високої щільності (HDPE) — твердий пластик із високим вмістом водню.
Щоб товстий шар пластику не обмежував рухів, його розділили на тисячі шестикутних стрижнів завдовжки від 9 до 60 мм, розміщених між шарами еластичної тканини. Конструкція розрахована за формулою Бете-Блоха, яка описує втрату енергії зарядженими частинками. Отриманий жилет залишається твердим, у той же час гнучкий та не сковує рухи носія.
Тестування на манекенах
Для перевірки AstroRad відправили у навколомісячний політ на космічному кораблі Orion у межах місії Artemis I. На борту перебували два манекени: «Зохар» у жилеті та «Хельга» без захисту. Тисячі внутрішніх датчиків фіксували рівень випромінювання.
Оскільки під час польоту сонячної бурі не сталося, науковці використали дані проходження через радіаційний пояс Ван Аллена та комп’ютерне моделювання методом Монте-Карло. Зіставивши їх із параметрами бур 1972 та 1989 років, вчені з’ясували, що жилет зменшує дозу радіації на ≈60% під час типових бур та на ≈40% під час надпотужних. Це дозволяє продовжити безпечний час перебування астронавта у космосі до 193 днів проти 40 днів із встановленим лімітом NASA у 600 мЗв.
Свобода рухів та подальша оптимізація
AstroRad забезпечує захист, аналогічний важкому укриттю Orion, але не блокує астронавтів в обмеженому просторі, дозволяючи їм виконувати операції під час спалахів. Втім, жилет майже не захищає від галактичних космічних променів, які мають занадто високу енергію.
Початкова маса жилета становила 26 кг, що відповідає вазі середньовічних обладунків. Використавши дані з місії Artemis I, фахівці StemRad уже зменшили його вагу до 16 кг без суттєвих втрат захисних властивостей. Наразі розробники працюють над ще легшою версією для комфортного тривалого носіння під час сонячних штормів.
Раніше ми повідомляли про те, як космічна радіація та галактичні промені «зводять з розуму» електроніку.
За матеріалами arstechnica.com
