Угроза здоровью от космических лучей
Эта страница в настоящее время объединяется . После обсуждения согласие объединить эту страницу с « Воздействие ионизирующего излучения в космическом полете» было найдено . Вы можете помочь реализовать слияние, следуя инструкциям в разделе « Справка: Слияние» и резолюции обсуждения . Процесс стартовал в сентябре 2022 года . |
Угрозы для здоровья от космических лучей — это опасности, которые 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 величайших барьеров, стоящих на пути планов межпланетных путешествий пилотируемых космических кораблей . [3] [4] [5] но риски для здоровья от космической радиации также возникают при полетах 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 исследованием космоса , включая полет человека на Марс . [7] [8]
Радиационная среда в глубоком космосе
[ редактировать ]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] Солнечные энергичные частицы 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 высокоионизирующие формы излучения, которые вызывают выраженный биологический ущерб по сравнению с рентгеновскими лучами и гамма-лучами.
Микроскопическое выделение энергии от сильно ионизирующих 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, в то время 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 солнечного минимума и уменьшается во время солнечного максимума ( 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:
- 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]
- 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 .
- Межпланетное магнитное поле , заключенное в солнечном ветре , также отклоняет космические лучи. В результате потоки космических лучей внутри гелиопаузы обратно коррелируют с солнечным циклом . [15]
- 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 Солнца (СОО), защищая их от интенсивного излучения . [16] [17] [18]
В результате энерговклад ГКЛ в атмосферу незначителен – около 10 −9 солнечной радиации – примерно такой же, как звездный свет. [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 о возможной миссии человека на Марс. [3] может включать в себя большой радиационный риск, исходя из количества излучения энергичных частиц, обнаруженного детектором радиационной оценки (RAD) в Марсианской научной лаборатории во время путешествия с Земли на Марс в 2011–2012 годах. [21] [22] [23] Однако поглощенная доза и эквивалент дозы для миссии на Марс были предсказаны в начале 1990-х годов Бадхваром, Кучиноттой и другими (см., например, Бадхвар, 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
[ редактировать ]Потенциальные острые и хронические последствия космической радиации для здоровья, как и других видов ионизирующего излучения, включают как прямое повреждение ДНК, так и косвенные эффекты из-за образования 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 в себя как стохастические события, такие как радиационный канцерогенез. [25] и детерминированные дегенеративные эффекты тканей. 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 очевидное увеличение с 1950-х годов). [28] ) и положение 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 дополнительных 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 обновленной информации о дозах. к коэффициентам конверсии риска. 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 (NSRL) Брукхейвенской национальной лаборатории, показывают Лаборатории космической радиации НАСА , 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 организма. 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. легких, желудка, молочной железы и и ограничены или отсутствуют экспериментальные данные об ОБЭ для видов рака, которые доминируют в риске развития рака у человека, включая рак 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. Следовательно, необходимы наземные исследования 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: не было статистически значимого увеличения заболеваемости раком среди астронавтов по сравнению с контрольной группой. [37] см. в разделе «Радиационный канцерогенез космических полетов» Дополнительную информацию о рисках рака .
Центральная нервная система
[ редактировать ]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 при длительных космических полетах человека. [38] [39]
Модели радиации предполагают значительное воздействие ионов HZE, а также протонов и вторичной радиации во время Марса или длительных миссий на Луну, при этом оценки эффективных доз для 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 ионного излучения HZE, вероятно, погибнет. На основе расчетов потоков 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 хотя бы один раз пройти через ионы железа во время трехлетней миссии на Марс. [3] [43]
Несколько астронавтов Аполлона сообщили, что видели вспышки света , 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 самого продолжительного полета «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 указаны эквиваленты дозы в зивертах (Зв), но Зв является единицей сравнения рисков рака для различных типов ионизирующего излучения. Однако поглощенная доза в единицах грея (Гр) может быть более полезной для сравнения эффектов на ЦНС, поскольку ОБЭ для эффектов на ЦНС плохо изучена. Более того, утверждение о существовании «гипотетического» риска проблематично, поскольку некоторые исследования по оценке риска для ЦНС от космической радиации были сосредоточены на ранних и поздних нарушениях памяти и познания. [48]
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 . [49] [50] [51] Это исследование проблематично из-за многих факторов, в том числе из-за того, что интенсивность радиации, которой подверглись мыши, намного превышает обычные дозы миссии.
Обзор космической радиобиологии ЦНС , подготовленный Кучиноттой, Альпом, Сульцманом и Вангом, суммирует исследования на мелких животных изменений когнитивных функций и памяти, нейровоспалений, морфологии нейронов и нарушений нейрогенеза в гиппокампе. [48] 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 ионов HZE в космосе низки, так 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, пока 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 условия 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, в результате чего проникновение частиц в некоторые клетки изменяет реакцию других клеток, через которые частицы не проходят. Существует ограниченное количество экспериментальных данных, особенно в отношении эффектов на ЦНС, для оценки этого альтернативного предположения.
Профилактика
[ редактировать ]Защита космического корабля
[ редактировать ]Материальная защита может быть эффективной против галактических космических лучей, но тонкая защита может фактически усугубить проблему для некоторых лучей с более высокой энергией из-за увеличения количества вторичного излучения . [52] Например, считается, что алюминиевые стены МКС обеспечивают чистое снижение радиационного воздействия. Однако считается, что в межпланетном пространстве тонкая алюминиевая защита приведет к увеличению радиационного воздействия; для блокировки вторичного излучения потребуется более толстая защита. [53] [54]
Исследования защиты от космического излучения должны включать защиту, эквивалентную тканям или воде, а также изучаемый 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 вносят значительный вклад (>25%) в общий биологический ущерб от ГКЛ. Исследования алюминия, полиэтилена, жидкого водорода или других защитных материалов должны включать их комбинированное воздействие против первичного и вторичного излучения, а также их способность ограничивать вторичное излучение, производимое в тканях.
Изучаются несколько стратегий смягчения последствий этой радиационной опасности для планируемых межпланетных космических полетов человека:
- Космический корабль может быть изготовлен из богатого водородом пластика, а не из алюминия. [55]
- Масса и материал экранирования:
- Жидкий водород, часто используемый в качестве топлива, имеет тенденцию обеспечивать относительно хорошую защиту, производя при этом относительно низкие уровни вторичного излучения. Таким образом, топливо можно было разместить так, чтобы оно служило своего рода защитой вокруг экипажа. Однако по мере расходования топлива защита экипажа снижается.
- Пресная или сточная вода может способствовать защите. [56]
- Астероиды могут служить защитой. [57] [58]
- Легкие активные радиационные экраны на основе заряженного графена от гамма-лучей, параметры поглощения которых можно контролировать путем накопления отрицательного заряда. [59]
- Магнитное отклонение заряженных частиц излучения и/или электростатическое отталкивание является исследуемой гипотетической альтернативой чисто традиционному экранированию массами. Теоретически, требования к мощности для 5-метрового тора падают с чрезмерных 10 ГВт для простого чистого электростатического экрана (слишком разряженного космическими электронами) до умеренных 10 киловатт (кВт) при использовании гибридной конструкции. [53] Однако такая сложная активная защита еще не опробована, а ее работоспособность и практичность более неопределенны, чем материальная защита. [53]
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. После получения подтверждения SPE астронавты должны были переместиться в командный модуль, у которого были более толстые алюминиевые стены, 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 ссылка ]
Ни одна из этих стратегий в настоящее время не обеспечивает достаточного метода защиты. [60] при этом соответствуя вероятным ограничениям на массу полезной нагрузки в настоящее время (около 10 000 долларов США за кг) стартовых цен. Такие ученые, как почетный профессор Чикагского университета Юджин Паркер, не верят в то, что проблема может быть решена в ближайшее время. [60] 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 экипажного отсека разумных размеров. 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 составляет менее десятков миллизивертов или более в некоторых населенных пунктах. области 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. [52]
Было рассмотрено несколько методов активной защиты, которые могут быть менее массивными, чем пассивная защита, но они остаются спекулятивными. [53] [61] [62] Поскольку тип излучения, проникающего дальше всего через толстую материальную защиту глубоко в межпланетное пространство, представляет собой положительно заряженные ядра (ГэВ), было предложено отталкивающее электростатическое поле, но оно имеет проблемы, включая нестабильность плазмы и мощность, необходимую для ускорителя, постоянно удерживающего заряд от нейтрализуется электронами из дальнего космоса. [63] 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 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. [53]
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
[ редактировать ]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. [64] 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 носимые защитные экраны могут быть полезны, особенно для снижения воздействия на здоровье SPE, которые обычно состоят из частиц, имеющих меньшую проникающую силу, чем частицы GCR. [65] Материалами, предлагаемыми для изготовления этого типа защитного снаряжения, часто являются полиэтилен или другие полимеры, богатые водородом. [48] Вода также была предложена в качестве защитного материала. 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 избирательной 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
[ редактировать ]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 ссылка ]
Трансгуманизм
[ редактировать ]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
[ редактировать ]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
[ редактировать ]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 небольшим 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 ссылка ]
Орбиты системы Земля-Солнце Точки Лагранжа L 1 и L 3 - L 5 всегда находятся вне защиты магнитосферы Земли.
См. также
[ редактировать ]- Электромагнитное излучение и здоровье
- Фоновое излучение
- Влияние космического полета на организм человека
- гелиосфера
- Колонизация точки Лагранжа
- Список микроорганизмов, испытанных в космосе
- Список солнечных бурь
- Магнитосфера
- Лаборатория космической радиации НАСА
- Протон: воздействие на человека
- Радиобиология
- Солнечная вспышка: опасности
- Солнечное протонное событие
- Солнечный ветер
- Космическая медицина
- Космическая остеопения
- Ван Аллен звонит
- Эффекты центральной нервной системы от радиационного воздействия во время космического полета
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б 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.
- ^ Чанг, Кеннет (27 января 2014 г.). «Существа, не созданные для космоса» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 27 января 2014 г.
- ^ Jump up to: а б с д Фонг, доктор медицинских наук, Кевин (12 февраля 2014 г.). «Странное, смертельное воздействие Марса на ваше тело» . Проводной . Проверено 12 февраля 2014 г.
- ^ «Могут ли люди отправиться на Марс?» . science.nasa.gov. Архивировано из оригинала 19 февраля 2004 года . Проверено 2 апреля 2017 г.
- ^ Сига, Дэвид (16 сентября 2009 г.), «Слишком много радиации, чтобы астронавты могли добраться до Марса» , New Scientist (2726)
- ^ Виртс, Терри (2017). Вид сверху: космонавт фотографирует мир . Нэшнл Географик. п. 101. ИСБН 9781426218644 .
Всякий раз, когда МКС пролетала через Южно-Атлантическую аномалию , мы подвергались гораздо большему потоку [галактического космического излучения].
- ^ Данн, Марсия (29 октября 2015 г.). «Отчет: НАСА необходимо лучше справляться с опасностями для здоровья на Марсе» . АП Новости . Проверено 30 октября 2015 г.
- ^ Персонал (29 октября 2015 г.). «Усилия НАСА по управлению рисками для здоровья и работоспособности человека при освоении космоса (IG-16-003)» (PDF) . НАСА . Архивировано из оригинала (PDF) 9 октября 2022 года . Проверено 29 октября 2015 г.
- ^ «Биомедицинские результаты Аполлона - радиационная защита и приборы» . lsda.jsc.nasa.gov. Архивировано из оригинала 15 мая 2013 года . Проверено 2 апреля 2017 г.
- ^ «Оценка воздействия космических лучей на экипаж самолета» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 23 марта 2017 года . Проверено 5 мая 2011 г.
- ^ Источники и последствия ионизирующего излучения, НКДАР ООН, 2008 г.
- ^ Филлипс, Тони (25 октября 2013 г.). «Влияние космической погоды на авиацию» . Новости науки . НАСА. Архивировано из оригинала 28 сентября 2019 года . Проверено 12 июля 2017 г. .
- ^ «Радиационные пояса Земли с орбитой безопасной зоны» . Центр космических полетов Годдарда, НАСА. 15 декабря 2004 г. Архивировано из оригинала 13 января 2016 г. . Проверено 27 апреля 2009 г.
- ^ Вайнтрауб, Рэйчел А. «Безопасная зона Земли стала горячей зоной во время легендарных солнечных бурь» . Центр космических полетов Годдарда, НАСА. Архивировано из оригинала 7 мая 2016 года . Проверено 27 апреля 2009 г.
- ^ 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 .
- ^ НАСА (2005). «Вспышки в небе: молнии уничтожают космическое излучение, окружающее Землю» . НАСА . Архивировано из оригинала 6 июня 2016 года . Проверено 24 сентября 2007 г.
- ^ 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.
- ^ Демирколь, 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 .
- ^ Джаспер Киркби; Космические лучи и климат CERN-PH-EP/2008-005 26 марта 2008 г.
- ^ Jump up to: а б Дозы космического облучения органов космонавтов прошлых и будущих миссий Таблица 4
- ^ Jump up to: а б 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 .
- ^ Jump up to: а б Зейтлин, К.; и др. (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 . ПМИД 23723233 . S2CID 604569 .
- ^ Jump up to: а б Чанг, Кеннет (30 мая 2013 г.). «Данные о радиационном риске для путешественников на Марс» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 31 мая 2013 г.
- ^ 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.
- ^ 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 .
- ^ 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 . ПМИД 11604058 . S2CID 14387508 .
- ^ Растегар, З.Н.; 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 . ПМИД 12136284 . S2CID 9877997 .
- ^ Jump up to: а б Р.А. Мевальдт; и др. (3 августа 2005 г.). «Доза космического излучения в межпланетном пространстве – современные оценки и оценки наихудшего случая» (PDF) . Международная конференция по космическим лучам . 2 . 29-я Международная конференция по космическим лучам , Пуна (2005 г.) 00, 101-104: 103. Бибкод : 2005ICRC....2..433M . Проверено 8 марта 2008 г.
{{cite journal}}
: CS1 maint: местоположение ( ссылка ) - ^ Джон Дадли Миллер (ноябрь 2007 г.). «Радиационный редукс». Научный американец .
- ^ Совет по космическим исследованиям и отдел инженерных и физических наук Национальной академии наук (2006 г.). Опасность космической радиации и перспективы исследования космоса . НАП. дои : 10.17226/11760 . ISBN 978-0-309-10264-3 .
- ^ Исследование: Побочный ущерб от космических лучей увеличивает риск рака у марсианских астронавтов . Университет Невады, Лас-Вегас (UNLV). Май 2017.
- ^ 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 : 2017НатСР...7.1832С . дои : 10.1038/s41598-017-02087-3 . ПМК 5431989 . ПМИД 28500351 .
- ^ 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 .
- ^ 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. дои : 10.1007/s00411-006-0091-y . ПМИД 17256176 . S2CID 45921940 .
- ^ Реттнер, Рэйчел (5 июля 2019 г.). «Похоже, что космическая радиация не является причиной смерти астронавтов от рака» . ЖиваяНаука . Проверено 7 мая 2021 г.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 . ПМИД 17235598 . S2CID 20017654 .
- ^ 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 .
- ^ 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 . ПМИД 9650608 .
- ^ 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 .
- ^ Пинский, Л.С.; Осборн, WZ; Бейли, СП; Бенсон, Р.Э. и Томпсон, Л.Ф. (1974). «Световые вспышки, наблюдаемые астронавтами с Аполлона-11 по Аполлон-17». Наука . 183 (4128): 957–959. Бибкод : 1974Sci...183..957P . дои : 10.1126/science.183.4128.957 . ПМИД 17756755 . S2CID 43917453 .
- ^ 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 .
- ^ МакНалти, П.Дж.; Пиз, вице-президент; Бонд, вице-президент (1977). «Сравнение явлений световспышки, наблюдаемых в космосе и в лабораторных экспериментах» . Наука о жизни. Космическое разрешение . 15 : 135–140. дои : 10.2172/7312082 . ПМИД 11958207 .
- ^ 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 . ПМИД 12001954 . S2CID 42284495 .
- ^ Jump up to: а б с Найто, Сатоши, Ре; Сомея, Кусумото, Хироки; Койке, Масамунэ; Тошиаки, Наоки; Кодама, Хироаки; Мацуо, Синобу, Ясухиро; Оримо, Син-Ичи (1 августа 2020 г. ) . Науки о жизни в космических исследованиях . 26 : 69–76 Бибкод : 2020LSSR... 69N doi : / . ISSN 2214-5524 ... 26 10.1016 j.lssr.2020.05.001
- ^ 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 повышенному накоплению 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 .
- ^ Персонал (1 января 2013 г.). «Исследование показывает, что космические путешествия вредны для мозга и могут ускорить возникновение болезни Альцгеймера» . КосмическаяСсылка. Архивировано из оригинала 21 мая 2020 года . Проверено 7 января 2013 г.
- ^ Кауинг, Кейт (3 января 2013 г.). «Важные результаты исследований, о которых НАСА не говорит (обновление)» . Часы НАСА . Проверено 7 января 2013 г.
- ^ Jump up to: а б Космические поселения НАСА SP-413 : исследование конструкции. Приложение E. Массовая защита . Получено 3 мая 2011 г.
- ^ Jump up to: а б с д и Г.Лэндис (1991). «Магнитная радиационная защита: идея, время которой вернулось?» . Архивировано из оригинала 5 апреля 2016 года . Проверено 8 марта 2008 г.
- ^ Ребекка Бойл (13 июля 2010 г.). «Зонд Юнона, созданный для изучения радиационного пояса Юпитера, получил титановый костюм межпланетной брони» . Популярная наука .
- ^ «НАСА — Пластиковые космические корабли» . science.nasa.gov. Архивировано из оригинала 23 марта 2010 года . Проверено 2 апреля 2017 г.
- ^ «Космические лучи могут помешать дальним космическим путешествиям» . Новый учёный. 1 августа 2005 года . Проверено 2 апреля 2017 г.
- ^ Морган, П. (2011) «Чтобы поехать на Марс, просто отметьте астероид». Архивировано 13 апреля 2011 г. в Wayback Machine Discover. блоге журнала
- ^ 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 . дои : 10.1016/j.actaastro.2010.02.026 .
- ^ 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 .
- ^ Jump up to: а б 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 .
- ^ Моделирование магнитных щитов для космических кораблей . Проверено 3 мая 2011 г.
- ^ 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 .
- ^ Космические поселения НАСА SP-413 : исследование дизайна. Приложение D. Щит плазменного ядра , получено 3 мая 2011 г.
- ^ 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 . дои : 10.1016/j.actaastro.2013.04.013 . ISSN 0094-5765 . S2CID 120839628 .
- ^ 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 .
- ^ 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 . дои : 10.1016/j.lssr.2017.08.003 . ISSN 2214-5524 . ПМИД 29198316 .
- ^ 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
[ редактировать ]- Риски для здоровья во внеземной среде - энциклопедический сайт
- Разгонный ускоритель в Брукхейвенской национальной лаборатории .
- Лаборатория космической радиации. Архивировано 23 июля 2012 года в Wayback Machine в BNL.
- Короткометражный фильм «Радиация и космические путешествия» доступен для бесплатного просмотра и скачивания в Интернет-архиве .