Ziemia jest wyjątkową kolebką wszystkich żywych istot. Chronieni jego atmosferą i polem magnetycznym nie możemy myśleć o zagrożeniach radiacyjnych poza tymi, które tworzymy własnymi rękami. Jednak wszystkie projekty eksploracji kosmosu - bliskie i dalekie - niezmiennie napotykają problem bezpieczeństwa radiacyjnego. Kosmos jest wrogi życiu. Nie oczekuje się nas.
Orbita Międzynarodowej Stacji Kosmicznej była kilkakrotnie podnoszona i obecnie jej wysokość wynosi ponad 400 km. Zrobiono to w celu odsunięcia latającego laboratorium od gęstych warstw atmosfery, gdzie cząsteczki gazu wciąż dość zauważalnie spowalniają lot, a stacja traci wysokość. Aby zbyt często nie korygować orbity, dobrze byłoby podnieść stację jeszcze wyżej, ale nie da się tego zrobić. Dolny (protonowy) pas promieniowania zaczyna się około 500 km od Ziemi. Długi lot wewnątrz któregokolwiek z pasów radiacyjnych (a są dwa) będzie katastrofalny dla załóg.
Likwidator kosmonauty
Niemniej jednak nie można powiedzieć, że nie ma problemu z bezpieczeństwem radiacyjnym na wysokości, na której ISS obecnie lata. Po pierwsze, na południowym Atlantyku występuje tak zwana brazylijska anomalia magnetyczna. Tutaj ziemskie pole magnetyczne wydaje się opadać, a wraz z nim dolny pas promieniowania okazuje się być bliżej powierzchni. A ISS nadal go dotyka, lecąc w tym obszarze.
Po drugie, człowiekowi w kosmosie zagraża promieniowanie galaktyczne - strumień naładowanych cząstek pędzących ze wszystkich kierunków z ogromną prędkością, generowany przez wybuchy supernowych lub przez aktywność pulsarów, kwazarów i innych anomalnych ciał gwiazdowych. Część z tych cząstek jest zatrzymywana przez pole magnetyczne Ziemi (które jest jednym z czynników tworzących się pasów radiacyjnych), podczas gdy druga część traci energię w zderzeniach z cząsteczkami gazu w atmosferze. Coś dociera do powierzchni Ziemi, tak że małe radioaktywne tło jest obecne na naszej planecie absolutnie wszędzie. Średnio osoba żyjąca na Ziemi, która nie ma do czynienia ze źródłami promieniowania, otrzymuje rocznie dawkę 1 milisiwerta (mSv). Astronauta na ISS zarabia 0,5-0,7 mSv. Codziennie!
Pasy radiacyjne
Film promocyjny:
Pasy promieniowania Ziemi to regiony magnetosfery, w których gromadzą się naładowane cząstki o wysokiej energii. Pas wewnętrzny składa się głównie z protonów, a pas zewnętrzny z elektronów. W 2012 roku satelita NASA odkrył kolejny pas, który znajduje się pomiędzy dwoma znanymi.
„Można dokonać interesującego porównania” - mówi Wiaczesław Szurszakow, Kierownik Zakładu Bezpieczeństwa Radiacyjnego Kosmonautów w Instytucie Problemów Biomedycznych Rosyjskiej Akademii Nauk, kandydat nauk fizycznych i matematycznych. - Za dopuszczalną roczną dawkę dla pracownika elektrowni jądrowej przyjmuje się 20 mSv - 20 razy więcej niż otrzymuje zwykły człowiek. Dla specjalistów ratownictwa, specjalnie przeszkolonych osób, maksymalna roczna dawka wynosi 200 mSv. To już 200 razy więcej niż zwykła dawka i … praktycznie tyle samo, co astronauta, który od roku pracuje na ISS”.
Obecnie medycyna ustaliła maksymalną dawkę graniczną, której nie można przekraczać w życiu człowieka, aby uniknąć poważnych problemów zdrowotnych. To jest 1000 mSv lub 1 Sv. Dzięki temu nawet pracownik elektrowni jądrowej ze swoimi standardami może pracować cicho przez pięćdziesiąt lat, nie martwiąc się o nic. Z drugiej strony kosmonauta wyczerpie swój limit w ciągu zaledwie pięciu lat. Ale nawet po czterech latach lotu i uzyskaniu legalnego 800 mSv, prawie nie zostanie wpuszczony na nowy, roczny lot, ponieważ grozi przekroczenie limitu.
„Kolejnym czynnikiem zagrażającym promieniowaniu w kosmosie - wyjaśnia Wiaczesław Szurszakow - jest aktywność Słońca, a zwłaszcza tak zwane emisje protonów. W momencie wyrzucenia w krótkim czasie astronauta na ISS może otrzymać dodatkowe 30 mSv. Dobrze, że zdarzenia związane z protonami słonecznymi występują rzadko - 1-2 razy w 11-letnim cyklu aktywności słonecznej. Szkoda, że procesy te zachodzą stochastycznie, w przypadkowej kolejności i są trudne do przewidzenia. Nie pamiętam, żebyśmy zostali z góry ostrzeżeni przez naszą naukę o zbliżającym się uwolnieniu. Zwykle tak nie jest. Dozymetry na ISS nagle pokazują wzrost tła, wzywamy specjalistów od Słońca i otrzymujemy potwierdzenie: tak, jest anomalna aktywność naszej gwiazdy. To właśnie z powodu tych nagłych zdarzeń związanych z protonami słonecznymi nigdy nie wiemy na pewnojaką dawkę kosmonauta przyniesie ze sobą z lotu."
Szalone cząsteczki
Problemy z promieniowaniem dla załóg lecących na Marsa zaczną się na Ziemi. Statek o wadze 100 ton lub więcej będzie musiał być przez długi czas przyspieszany na orbicie okołoziemskiej, a część tej trajektorii przejdzie przez pas radiacyjny. To nie są godziny, ale dni i tygodnie. Dalej - wychodząc poza magnetosferę i promieniowanie galaktyczne w swojej pierwotnej postaci, wiele ciężko naładowanych cząstek, których uderzenie pod „parasolem” ziemskiego pola magnetycznego jest niewielkie.
„Problem w tym”, mówi Wiaczesław Szurszakow, „że wpływ cząstek na krytyczne narządy ludzkiego ciała (na przykład na układ nerwowy) jest obecnie mało zbadany. Możliwe, że promieniowanie spowoduje utratę pamięci przez astronautę, nieprawidłowe reakcje behawioralne i agresję. Jest bardzo prawdopodobne, że efekty te nie będą zależne od dawki. Dopóki nie zgromadzi się wystarczających danych o istnieniu organizmów żywych poza polem magnetycznym Ziemi, wyprawa w kosmos jest bardzo ryzykowna."
Kiedy eksperci ds. Bezpieczeństwa radiacyjnego sugerują, że projektanci statków kosmicznych zwiększają bezpieczeństwo biologiczne, odpowiadają na pozornie całkiem racjonalne pytanie: „W czym problem? Czy któryś z kosmonautów umarł na chorobę popromienną? Niestety, dawki promieniowania otrzymane na pokładzie nawet statków przyszłości nie są, ale zwykłe dawki ISS, mimo że mieszczą się w normach, wcale nie są nieszkodliwe. Z jakiegoś powodu radzieccy kosmonauci nigdy nie narzekali na swój wzrok - najwyraźniej bali się o swoją karierę, ale dane amerykańskie wyraźnie pokazują, że promieniowanie kosmiczne zwiększa ryzyko zaćmy, zmętnienia soczewki. Badania krwi astronautów wskazują na wzrost aberracji chromosomalnych limfocytów po każdym locie kosmicznym, co w medycynie jest uważane za marker nowotworowy. Generalnie stwierdzono, żeże uzyskanie przez całe życie dopuszczalnej dawki 1 Sv skraca życie średnio o trzy lata.
Ryzyko księżycowe
Jednym z „mocnych” argumentów zwolenników „spisku księżycowego” jest twierdzenie, że przekroczenie pasów radiacyjnych i przebywanie na Księżycu, gdzie nie ma pola magnetycznego, spowodowałoby nieuchronną śmierć astronautów z powodu choroby popromiennej. Amerykańscy astronauci naprawdę musieli przekroczyć pasy promieniowania Ziemi - protonowe i elektroniczne. Ale stało się to w ciągu zaledwie kilku godzin, a dawki otrzymane przez załogi Apollo podczas misji okazały się znaczące, ale porównywalne z dawkami otrzymywanymi przez dawnych członków ISS. „Oczywiście Amerykanie mieli szczęście” - mówi Wiaczesław Shurshakov - „w końcu podczas ich lotów nie zdarzyło się ani jedno zdarzenie protonu słonecznego. Gdyby tak się stało, astronauci otrzymaliby dawki subletalne - nie 30 mSv, ale 3 Sv.
Zmocz ręczniki
„My, specjaliści w dziedzinie bezpieczeństwa radiacyjnego”, mówi Wiaczesław Szurszakow, „nalegamy na wzmocnienie ochrony załóg. Na przykład na ISS najbardziej narażone są kabiny astronautów, w których odpoczywają. Nie ma tam dodatkowej masy, a jedynie metalowa ściana o grubości kilku milimetrów oddziela człowieka od kosmosu. Jeśli zredukujemy tę barierę do ekwiwalentu wody przyjętego w radiologii, to tylko 1 cm wody. Dla porównania: atmosfera ziemska, pod którą chowamy się przed promieniowaniem, to 10 m wody. Niedawno zaproponowaliśmy ochronę kabin astronautów dodatkową warstwą nasączonych wodą ręczników i serwetek, co znacznie zmniejszyłoby skutki promieniowania. Opracowywane są leki chroniące przed promieniowaniem, chociaż nie są one jeszcze używane na ISS. Może,w przyszłości, wykorzystując metody medycyny i inżynierii genetycznej, będziemy mogli udoskonalić organizm ludzki, tak aby jego krytyczne organy były bardziej odporne na czynniki radiacyjne. Ale w każdym razie, bez bacznej uwagi nauki na ten problem, można zapomnieć o dalekich lotach kosmicznych”.
Oleg Makarov