Защита астронавтов от радиации при полетах на Луну и Марс

Следует отметить, что КА «Аполлон», чтобы долететь до Луны, должен был обязательно лететь по трассе Кондратюка, которая является оптимальной для полёта к Луне и обратно. Сущность данной трассы заключается в том, что при отклонении от неё гравитационное поле Земли не позволит вывести КА на параболическую траекторию, в связи с чем необходимо будет снижать массу полезной нагрузки. Некоторые пользователи различных чатов, не имея понятия о карте земной гравитации, говорят о том, что РН «Сатурн-5» с грузом 44 тонны якобы летел через полюса Земли, чтобы не пролетать через пояса Ван Аллена. Таким пользователям следует понимать, что для выведения 44 тонн через северный или южный полюс Земли необходимо было увеличить массу РН от официальной в 3 раза и во столько же раз увеличить тягу двигателей 1 и 2 ступеней данной РН! Дело в том, что Земля имеет максимум гравитации в районе полюсов и минимум – в плоскости экватора. Соответственно, чем ближе ракета космического назначения летит к плоскости экватора, тем большую полезную нагрузку РН может вывести на околоземную орбиту и тем меньше объем необходимого для этого КРТ [44].

Рис. 16

Рис. 16. Траектории движения Аполлон 11, Аполлон 14, Аполлон 15 и Аполлон 17 относительно геомагнитного экватора, так же указана внутренняя зона Ван Аллена [58].

Рис. 16 показывает, что на заявленной транслунной траектории Аполлон 14 и Аполлон 17 (также миссии Аполлон 10 и Аполлон 16 из-за близких параметров TLI к А-14) проходят через опасный для человека радиационный протонный пояс.

Аполлон 8, Аполлон 12, Аполлон 15 и Аполлон 17 проходят через сердцевину электронного радиационного пояса.

Случай 3. Прохождение через зоны Ван Аллена под углом в 30 градусов.

Автор, Александр Матанцев, показал в своих моделях (рис. 14 и рис. 15, что при движении КА под углом в 30 градусов относительно входной поверхности тора зон Ван Аллена время пролета в этих зонах уменьшается до 62,7 – 80% относительно длины пролета в направлении, перпендикулярном этим поверхностям.

Казалось бы, какое замечательное решение, увеличил угол влета КА в зоны Ван Аллены, и получай меньшее время полета в сильно радиационных зонах, и меньшую дозу облучения. На самом деле, необходимо учитывать два фактора:

– время пролета через зоны Ван Аллена;

– расстояние и общее время полета, например, до Луны или Марса.

Сущность этого положения состоит в увеличении количества топлива при удлинении всей траектории движения при большем угле.

Часть 3. Единицы доз облучения

Дальше мы подходим к самому важному этапу расчетов – определению дозы облучения в зонах Ван Аллена. Исследователи утверждают, что пролететь сквозь них и не получить серьезных доз радиации – невозможно. По этой причине полет к Луне без надежной радиационной защиты астронавтов и электронного оборудования – невозможен [13]. Однако следует эти умозаключения подтвердить реальными цифрами. Для этого проведем ряд расчетов. Но начинать следует с определения единиц ионизирующих излучений, которых немало в зонах Ван Аллена.

Рис. 17

Рис. 17. Дозы облучения: экспозиционная, поглощенная, эквивалентная [4]

Рис. 18

Рис. 18. Единицы ионизирующего излучения и перевод одних единиц в другие [6]

Рис. 19

Рис. 19. Предельно допустимые дозы облучения для людей [7]

Рис. 20

Рис. 20. Величины экспозиционной дозы в Рентгенах (Р) [9]

Рис. 21

Рис. 21. Дозы радиации и последствия для человека [8]

Рис. 22

Рис. 22. Дозы облучения в Зивертах (Зв) и Греях (Гр)

Рис. 23

Рис. 23. Действующие нормы по дозам облучения НРБУ-2000 [10]

Перевод и пересчет одних единиц в другие показан на рис. 18. Теперь рассмотрим допустимые дозы облучения для человека. На рис. 19 показаны предельно допустимые дозы облучения для людей. При этом рассмотрены три основные категории: население в целом, персонал, к которому относятся и космонавты, и астронавты, и лица, привлекаемые к ликвидации последствий аварий.

Для персонала, для космонавтов и астронавтов ПДД (предельно-допустимая доза) в системе СИ составляет, в среднем, 20мЗв (2 бэр) в год или же по максимуму не более 50 мЗв (5 бэр) в течение года.

В литературе часто встречается экспозиционная доза, измеряемая в рентгенах (Р). Диапазон излучения в 80 – 100Р или 0,8 – 1 Зв – это начало развития лучевой болезни.

На рис. 20 указано воздействие различных экспозиционных доз в Рентгенах (Р). Доза облучения в 350 Р приводит в 50% случаев к смерти, а 600 Р – 90% смертности.

Из данных на рис. 23, допустимая доза облучения (ПДД) по нормам НРБУ-2000, для персонала, для космонавтов и астронавтов, составляет 5 бэр за год, по рис. 18 переводим в систему СИ, и получаем 50 мЗв в год.

В литературе указывается допустимая доза облучения и за час:

– безопасная для человека доза – 0,0003 – 0,0005 Зв в час;

– предельно допустимая доза за час – 0,01 Зв

Летальные дозы указаны на рис. 20, рис. 21 и рис. 22:

– (5,5 – 7) Зв – летальный исход;

– 350 – 700 Р- летальный исхо;

– от 700 Р и выше – смерть в 100%;

– — 350 Р – смерть 50% за 30 суток;

– (3—5) Зв – 50% умрет за 1 – 2 месяца;

– (10—50) Зв – смерть через 1 – 2 недели;

– 100 Зв – моментальная смерть.

Часть 4. Вычисление автором, Александром Матанцевым, длины эффективной магнитосферы, включающей и зоны Ван Аллена

На рис. 10 и рис. 11 показано, что эффективная зона хвоста магнитосферы тянется до 15 земных радиусов.

Магнитосфера имеет сложную непостоянную по конфигурации форму и магнитный шлейф. Внешняя граница магнитосферы устанавливается на расстоянии около 100 – 200 тыс. км от Земли, где магнитное поле ослабевает и становится соизмеримым с космическим магнитным полем.

Рис. 24

Рис. 24. Внешняя магнитосфера [19]

Автор, Александр Матанцев, вычислил длину эффективной магнитосферы. На рис. 24 показаны траектории заряженных частиц в магнитном поле Земли. Для нас в данном случае интересна форма и размер магнитосферы. Форма магнитосферы эллипсообразная с утолщением слева и сужением справа. Эта внешняя сплошная линия эллипса является той самой границей, слева от которой магнитное поле еще можно считать эффективным, а справа магнитное поле так ослабевает, что становится соизмеримым с космическим магнитным полем. Такое мизерное магнитное поле справа эллипса не может оказать влияние на защиту человека на КА от ионизирующих излучений.

На этом рис. 24 дан масштаб в 32 тыс. км на одно деление. Поэтому легко вычислить, что длина магнитосферы от центра Земли составляет 4,5 деления или 134,6 тыс. км. Найденное значение длины магнитосферы находится в пределах, указанных выше: от 100 до 200 тыс. км. Расстояние от Земли до Луны меняется от 367 до 404 тыс. км – рис. 25. Поэтому произведенное вычисление очень важно, так как показывает, что на пути от Земли до Луны могут быть участки, где, по существу, нет магнитосферы, нет эффективного магнитного поля, и нет защиты человека магнитным полем от ионизирующего излучения.