Жилет AstroRad снизил дозу радиации до 60% в моделировании Artemis I
Автор: Елизавета Добровольская Носимая радиационная защита для дальних полётов, жилет AstroRad, впервые прошла проверку на данных миссии Artemis I. Международная команда исследователей показала, что жилет способен уменьшать дозу от крупных солнечных протонных событий, если защищать не весь корабль, а только самые уязвимые органы человека.
Проблема дальнего космоса в том, что полностью экранировать корабль тяжело из-за массы, а ионизирующее излучение остаётся одной из главных угроз за пределами магнитосферы Земли. Особенно опасны солнечные протонные события, когда поток высокоэнергетических частиц за несколько часов резко повышает полученную дозу.
AstroRad разработали StemRad и Lockheed Martin. Жилет закрывает не всё тело, а область над красным костным мозгом, лёгкими, желудком, кишечником, грудью и репродуктивными органами. Защитный слой сделали из полиэтилена высокой плотности с содержанием водорода, а для гибкости его разбили на шестиугольные сегменты разного размера. Масса тестовой версии составляла около 26 кг.
Проверка прошла во время беспилотного полёта Artemis I в 2022 году. В кабине Orion находились два антропоморфных фантома, Helga и Zohar, созданные из материалов, имитирующих человеческие ткани. На них разместили активные и пассивные дозиметры, при этом Zohar был экипирован AstroRad, а Helga осталась без персональной защиты.
Моделирование защиты AstroRad
Во время полёта к Луне и обратно сильной солнечной бури не произошло, поэтому прямого измерения эффекта жилета в таком сценарии не было. Авторы использовали данные, собранные при прохождении Orion через внутренний пояс Ван Аллена, и построили модель переноса излучения методом Монте-Карло.
После проверки модели на реальных измерениях исследователи подменили спектр излучения двумя историческими солнечными событиями: бурей августа 1972 года и более жёстким по энергетическому составу событием октября 1989 года. Для первого сценария расчёт показал снижение эффективной дозы примерно на 60%: с 222,3 до 87,5 мЗв. Для второго снижение составило около 38,5%: с 233,5 до 143,6 мЗв.
Разница между сценариями связана с энергией частиц. Низкоэнергетические протоны жилету остановить проще, а более жёсткий спектр 1989 года пробивает защиту лучше. Эффект оказался особенно заметным для отдельных органов: в сценарии 1972 года расчётная доза для груди снижалась на 75%, для желудка — примерно на 66%, для толстой кишки — на 65%, для лёгких — на 61%. Для события 1989 года соответствующие значения составляли около 55%, 39%, 39% и 40%.
Мозг почти не получил выигрыша от такой схемы защиты: снижение дозы для него составило около 3%. Это соответствует идее AstroRad, где материал сосредоточен не равномерно по всему телу, а в зонах, которые сильнее влияют на общий риск радиационного поражения.
Авторы сравнили результаты с ограничениями NASA. Без жилета событие уровня августа 1972 года дало бы экипажу Orion около 204 мЗв, а сценарий октября 1989 года — около 219 мЗв. С AstroRad значения снижались до 85,3 и 138,2 мЗв, то есть оставались ниже порога NASA в 250 мЗв для одного солнечного протонного события.
С учётом фонового галактического излучения жилет мог бы сберечь эквивалент 59—193 дней допустимого времени в дальнем космосе для сценария 1972 года и 40—131 день для сценария 1989 года. При этом AstroRad не рассчитан на постоянную защиту от галактических космических лучей: они приходят почти непрерывно и намного энергичнее, поэтому для их экранирования потребовалась бы гораздо большая масса.
Есть и практическая сторона. Orion может использовать специально защищённую зону, куда экипаж уходит во время сильной вспышки, но там люди теряют мобильность. AstroRad, по расчётам авторов, даёт сопоставимое снижение дозы в рассмотренных сценариях и позволяет астронавтам оставаться в рабочей части корабля.
Сам эксперимент не доказывает работу жилета в реальной буре, потому что ключевые выводы получили при экстраполяции измерений Artemis I через проверенную компьютерную модель. После анализа данных разработчики уже сократили массу конструкции примерно до 16 кг, а дальше рассматривают ещё более лёгкие версии и изготовление элементов защиты прямо в космосе из доступных материалов.
