Защита астронавтов от радиации при полетах на Луну и Марс

Рис. 29

Рис. 29. Поглощенная доза радиации на круговой орбите космического аппарата (КА) с перигеем в 828,8 км для КА «Канопус-СТ» [77]

Рис. 30

Рис. 30. Поглощенная доза радиации на круговой орбите КА с перигеем в 828,8 км для КА «Канопус-СТ». Автор, Александр Матанцев, отметил значение дозы для толщины экрана в 0,1 г/см

На рис. 29 и рис. 30 показаны результаты оценки ожидаемых в 2012 году поглощенных доз радиации на орбите КА «Канопус-СТ». Ожидаемая мощность поглощенной дозы радиации внутри сферы толщиной в 1 г/см

алюминия будет около 2 тыс. рад в год. Основной вклад в суммарную поглощенную дозу радиации будут вносить (в высоких широтах) частицы СКЛ, релятивистские электроны внешнего ЕРПЗ и протоны внутреннего ЕРПЗ. На данной орбите поглощенной дозой радиации от тормозного излучения релятивистских электронов можно пренебречь.

Получен следующий результат. На орбите высотой 510 км, немного большей, чем орбита МКС, доза за год при толщине алюминиевого экрана 0,1 г/см

составляет 3х10

рад, а для орбиты в 828,8 км, заходящей в пояс Ван Аллена, доза увеличивается до 10

 рад, или почти в 3 раза. Этот факт хорошо характеризует высокую активность внутренней зоны Ван Аллена.

Случай 3. Космический аппарат (КА) на орбите ГЛОНАСС с большой высотой орбиты до 19000 км.

Спутники ГЛОНАСС находятся на средневысотной круговой орбите на высоте 19400 км с наклонением 64,8° и периодом 11 часов 15 минут. Такая орбита оптимальна для использования в высоких широтах (северных и южных полярных регионах), где сигнал GPS ловится плохо.

Рис. 31

Рис. 31. Орбита ГЛОНАСС и другие [117]

Рис. 32

Рис. 32. Дозы облучения в КА ГЛАНАСС с перигеем около 19000 км [78]

Результаты оценки ожидаемых в 2012 году поглощенных доз радиации на орбите КА ГЛОНАСС приведены на рис. 32. Ожидаемая мощность поглощенной дозы радиации внутри сферы толщиной в 1г/см

алюминия будет около 130 тыс. рад в год. Заметим, что величина ожидаемой поглощенной дозы радиации на орбите КА «Канопус-СТ» в этот же период не более 2 тыс. рад в год.

На орбите КА ГЛОНАСС основной вклад в суммарную поглощенную дозу радиации дают релятивистские электроны внешнего ЕРПЗ. При данной толщине радиационной защиты всеми другими источниками радиации можно пренебречь. В отличие от протонов релятивистские электроны при взаимодействии с веществом эффективно генерируют тормозное электромагнитное излучение. При толщине радиационной защиты более 4 г/см

алюминия на орбите КА ГЛОНАСС основной вклад в суммарную поглощенную дозу радиации даст тормозное излучение релятивистских электронов внешнего ЕРПЗ.

Расчеты по рис. 32 делает автор, Александр Матанцев.

Спутник ГЛОНАСС летает на такой огромной орбите на высоте 19400 км, что охватывает обе радиационные зоны Ван Аллена. Поэтому следует вспомнить состав поясов.

Внутренний пояс Ван Аллена (внутренний ЕРПЗ), который находится на высоте 3000—12000 км и состоит, в основном, из протонов с энергией 10—500 МэВ, а также небольшого количества нейтронов [22, 49].

Внешний пояс Ван Аллена (внешний естественный радиационный пояс Земли, сокращённо – ЕРПЗ), который находится на высоте 17000—57000 км и состоит, в основном, из электронов с энергией от 100 кэВ до 10 ГэВ, а также небольшое количество протонов и нейтронов с энергией от 1 до 100 МэВ и античастиц [22, 49];

Случай 3—1. На рис. 32 показаны дозы облучения в зонах Ван Аллена.

Прежде всего, обращаем внимание на то, что суммарная радиация в зонах Ван Аллена, обозначенная цифрой 1 на рис. 32, складывается из нескольких составляющих:

– от электронов внешней зоны Ван Аллена, обозначенная цифрой 2,

– от протонов внутренней зоны Ван Аллена, обозначенная цифрой 4.

Кроме того, важно соотношение дозы, полученной от воздействия электронов и протонов, обозначенные цифрами 2 и 4, это соотношение, назовем через К примерно, равно отношению дозы обучения внешнего пояса Н

и внутреннего пояса Н

. К = Н

/Н

Это соотношение равно:

– для защиты в 0,1 г/см

, как в американских скафандрах, К = 10

; как видно, имеется огромная разница по сравнению с предыдущим случаем для КА Канопус-СТ, который летал по орбите внутри внутренней зоны Ван Аллена и влияние внешней зоны было минимально, здесь же, наоборот, влияние внешней зоны с её электронами огромно;

– для защиты в 0,324 г/см

, как в отечественном скафандре «Кречет» с алюминиевой защитой, соотношение еще меньше, чем 10

; опять же огромно влияние электронов от внешней зоны.

Случай 3—2, по графику на рис. 32, с минимальной защитой 0,1г/см

, как в первых американских скафандрах. Суммарная доза составляет 1200000 рад за год, или 1200000 Р (рентген) за год, или 100000 Р за месяц, или 3333Р за сутки, что мгновенно смертельно!

Случай 3—3 – с улучшенной защитой американского скафандра в 0,2г/см

, как в первых американских скафандрах. Суммарная доза составляет 4х10

рад за год или 400000 Р (рентген) за год, или 33333 Р за месяц, или 1111Р за сутки, что смертельно!

Случай 3—4 – с улучшенной защитой советского скафандра «Кречет» в 0,324г/см

. Суммарная доза составляет 1,2х10

рад за год или 120000 Р (рентген) за год, или 10000 Р за месяц, или 333Р за сутки, что также смертельно! Можно подсчитать допустимое время работы в скафандре «Кречет» в зонах Ван Алена. Если задаться допустимой одноразовой дозой в 25 Р, то время возможной работы составит 1,8 часа.

Случай 3—5 – внутри КА с минимальной толщиной стенок в 1 г/см

. Это, примерно, 0,5 см толщины защиты. Суммарная доза составляет 10

рад за год или 10000 Р (рентген) за год, или 833 Р за месяц, или 28Р за сутки, что допустимо за сутки, но недопустимо при полете более недели.