Сонячні спалахи та корональні викиди маси можуть спрямовувати в міжпланетний простір інтенсивні потоки високоенергетичних протонів та інших заряджених частинок. На Землі від них нас захищають атмосфера й магнітосфера. Проте під час польотів до Місяця чи Марса астронавти можуть зазнавати небезпечного опромінення. Потужна сонячна протонна подія здатна спричинити гостру променеву хворобу, а накопичене опромінення підвищує довгостроковий ризик розвитку раку та інших наслідків для здоров’я.
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 співвідношення його атомного номера та 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 та водночас гнучким, не сковуючи 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, науковці з’ясували, що жилет міг би зменшити дозу радіації на ≈ 60 % під час типових бур у сценарії, подібному до події 1972 року, та на ≈ 40 % під час надпотужних, як для більш енергетичної події 1989-го.
За розрахунками дослідників, такий рівень захисту може суттєво збільшити час, протягом якого астронавт зможе перебувати в глибокому космосі до досягнення встановленого NASA кар’єрного ліміту в 600 мЗв: для сценарію 1972 року — приблизно до 193 днів. Для події 1989 року відповідна оцінка становить близько 131 дня.
Свобода рухів та подальша оптимізація
AstroRad не замінює повноцінне радіаційне укриття Orion, але дає змогу забезпечити локальний захист найбільш чутливих органів, не змушуючи астронавта залишатися в обмеженому просторі. Це особливо важливо під час потужних сонячних протонних подій, коли екіпажу може знадобитися продовжувати виконувати операції. Водночас жилет значно менш ефективний проти галактичних космічних променів — високоенергетичних частинок, які надходять із-за меж Сонячної системи й набагато складніше екрануються.
Початкова версія 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
