16.3. Bljeskovi u očima iu elektronskim čipovima

Čitalac je dobro svjestan svemirske odiseje američkih astronauta na Mjesec. Tokom nekoliko ekspedicija, Zemljani su putovali na Mjesec na svemirskom brodu Apollo. Astronauti su proveli nekoliko dana u svemiru, uključujući i dug vremenski period izvan Zemljine magnetosfere.

Neil Armstrong (prvi astronaut koji je hodao po Mjesecu) izvijestio je Zemlju o svojim neobičnim osjećajima tokom leta: ponekad je primijetio blistave bljeskove u njegovim očima. Ponekad je njihova učestalost dostizala oko stotinu dnevno (slika 16.5). Naučnici su počeli da shvaćaju ovaj fenomen i brzo su došli do zaključka da su za to odgovorne galaktičke kosmičke zrake. Upravo te čestice visoke energije prodiru u očnu jabučicu i uzrokuju Čerenkov sjaj pri interakciji sa supstancom koja čini oko. Kao rezultat, astronaut vidi sjajan bljesak. Najefikasnija interakcija sa materijom nisu protoni, kojih kosmičke zrake sadrže više od svih drugih čestica, već teške čestice - ugljenik, kiseonik, gvožđe. Ove čestice, koje imaju veliku masu, gube znatno više svoje energije po jedinici prijeđenog puta od svojih lakših parnjaka. Oni su odgovorni za stvaranje Čerenkovljevog sjaja i stimulaciju retine - osjetljive membrane oka. Ovaj fenomen je danas nadaleko poznat. Verovatno je primećen i pre N. Armstronga, ali nisu svi svemirski piloti to prijavili Zemlji.
Trenutno se na Međunarodnoj svemirskoj stanici provodi poseban eksperiment kako bi se ovaj fenomen dublje proučio. To izgleda ovako: na glavu astronauta stavlja se kaciga napunjena detektorima za registraciju nabijenih čestica. Astronaut mora zabilježiti trenutak prolaska čestice kroz baklje koje promatra, a detektori vrše neovisno “pregled” njihovog prolaska kroz oko i detektor. Svjetlosni bljeskovi u očima kosmonauta i astronauta primjer su kako ljudski organ vida – oko – može poslužiti kao detektor kosmičkih čestica.
Međutim, tu se ne završavaju neprijatne posledice prisustva kosmičkih zraka visoke energije u svemiru...

Prije dvadesetak godina uočeno je da bi rad ugrađenih kompjutera satelita mogao biti poremećen. Ova kršenja mogu biti dva tipa: računar se može "zamrznuti" i nakon nekog vremena se oporavlja, ali ponekad čak i ne uspije. Opet, proučavajući ovaj fenomen, naučnici su došli do zaključka da su za to odgovorne teške GCR čestice. Baš kao i kod očne jabučice, oni prodiru unutar čipa i uzrokuju lokalna, mikroskopska oštećenja njegovog "srca" - osjetljivog područja poluvodičkog materijala od kojeg je napravljen. Mehanizam ovog efekta prikazan je na Sl. 16.6. Kao rezultat prilično složenih procesa povezanih s poremećajem kretanja nosača električne struje u materijalu čipa, dolazi do kvara u njegovom radu (oni se nazivaju "pojedinačni kvarovi"). Ovo je neugodan fenomen za ugrađenu opremu modernih satelita, koji su opremljeni kompjuterskim sistemima koji kontroliraju njegov rad. Kao rezultat toga, satelit može izgubiti orijentaciju ili ne ispuniti potrebnu naredbu operatera sa Zemlje. U najgorem slučaju, ako nema potrebnog rezervnog kompjuterskog sistema na brodu, možete izgubiti satelit.

Obratite pažnju na sl. 16.7. Prikazuje učestalost kvarova uočenih na jednom od satelita tokom niza godina. Ovdje je također ucrtana kriva solarne aktivnosti. Postoji visoka korelacija između oba fenomena. U godinama minimalne solarne aktivnosti, kada je fluks GCR maksimalan (sjetite se fenomena modulacije), učestalost kvarova se povećava, a pada na maksimum kada je fluks GCR minimalan. Nemoguće je boriti se protiv ove neprijatne pojave. Nikakva zaštita ne može spasiti satelit od ovih čestica. Prodorna sposobnost ovih čestica sa njihovim ogromnim energijama je prevelika.
Naprotiv, povećanje debljine kože letelice dovodi do suprotnog efekta. Neutroni, nastali kao rezultat nuklearnih reakcija GCR-a s materijom, stvaraju jaku radijacijsku pozadinu unutar broda. Ovi sekundarni neutroni, u interakciji s materijalom koji se nalazi u blizini čipa, generiraju, zauzvrat, teške čestice, koje, prodirajući unutar čipova, stvaraju kvarove.

Ovdje je potrebno podsjetiti čitaoca da se teške nabijene čestice nalaze ne samo u kosmičkim zracima. Prisutni su i u radijacijskim pojasevima, posebno u unutrašnjem dijelu najbližem Zemlji. Ovdje postoje protoni i teže čestice. A njihova energija može premašiti stotine MeV. Prisjetimo se sada južnoatlantske anomalije, koja se "spušta" iznad Zemlje. Nije teško zamisliti da bi elektronika svemirske letjelice koja leti na visini od 500 kilometara trebala "osjetiti" ove čestice. Onako kako je. Pogledajte sliku 16.8: možete vidjeti da je najveća učestalost kvarova uočena upravo u području anomalije.

Slična pojava se dešava tokom snažnih sunčevih baklji. Protoni i teška jezgra u SCR-u mogu uzrokovati iste pojedinačne kvarove u čipovima. I zaista se posmatraju. Jedan takav primjer je prikazan na slici 16.9: tokom snažne solarne oluje 14. jula 2000. godine. (zbog činjenice da se to dogodilo 14. jula, na dan osvajanja Bastilje, dobio je naziv „Dan Bastilje“) intenzivni tokovi solarnih protona „kolabirali“ su na Zemljinu magnetosferu, uzrokujući kvarove u radu sateliti. Jedini spas od gipsanih ploča - ubijača strugotina - su tehnička sredstva povezana s umnožavanjem posebno važnih elektroničkih elemenata opreme na vozilu.
Nisu samo inženjeri koji stvaraju elektronsku opremu na brodu zabrinuti zbog prisustva kosmičkih zraka visoke energije u svemiru. Biolozi također proučavaju mehanizme djelovanja ovih čestica. Ukratko izgledaju ovako.
Voda, glavna tvar bioloških tkiva, ionizira se pod utjecajem zračenja, stvaraju se slobodni radikali koji mogu uništiti molekularne veze DNK. Ne može se isključiti scenario direktnog oštećenja molekula DNK tokom usporavanja teške naelektrisane čestice (slika 16.10).

Rice. 16.10. Interakcija teških GCR čestica s molekulom DNK unutar njenih linearnih dimenzija od ~ 20 angstroma može dovesti do poremećaja u njegovoj strukturi na dva načina: bilo stvaranjem slobodnih radikala, bilo direktno - oštećenjem same molekule

Rice. 16.11. Alfa čestice (jezgra helijuma) i druge teške čestice kosmičkih zraka utiču na ćelije efikasnije od elektrona, lakih čestica. Teške čestice gube mnogo više energije po jedinici puta u materiji od lakših. Ovo je jasno prikazano na ovoj slici: sa istim dozama zračenja elektrona i teških čestica, broj oštećenih ćelija u potonjem slučaju je veći.

Rezultat? Neugodne genetske posljedice, uključujući i kancerogene. Slika 16.11 jasno pokazuje uticaj teških čestica na biološko tkivo: broj oštećenih ćelija u slučaju izlaganja česticama težim od protona naglo raste.
Naravno, ne može se pretpostaviti da su teški elementi u kosmičkim zracima jedini agens koji može izazvati rak. Biolozi, naprotiv, vjeruju da među svim ostalim faktorima okoline koji mogu utjecati na DNK, zračenje ne igra vodeću ulogu. Na primjer, neka kemijska jedinjenja mogu uzrokovati mnogo osjetljivija oštećenja od zračenja. Međutim, u uslovima dugog svemirskog leta, izvan Zemljinog magnetnog polja, čovek se nalazi uglavnom sam sa zračenjem. Štoviše, ovo nije sasvim obično zračenje poznato ljudima. To su galaktičke kosmičke zrake, koje, kao što sada znamo, sadrže teške nabijene čestice. Oni zapravo uzrokuju oštećenje DNK. To je očigledno. Posljedice ove interakcije nisu sasvim jasne. Šta znači reći da su moguće, na primjer, kancerogene posljedice takve interakcije?
Ovdje treba napomenuti da danas specijalisti svemirske medicine i biologije nisu u stanju dati sveobuhvatan odgovor. Postoje pitanja koja treba da se pozabave budućim istraživanjima. Na primjer, samo oštećenje DNK ne mora nužno dovesti do raka. Štoviše, molekuli DNK, nakon što su primili signal opasnosti o kršenju njihove strukture, pokušavaju sami uključiti "program popravke". I to se dešava, ponekad, ne bez uspeha. Svaka fizička trauma, isti udarac po tijelu čekićem, uzrokuje mnogo više štete na molekularnom nivou od zračenja. Ali ćelije obnavljaju DNK, a tijelo "zaboravlja" na ovaj događaj.
Stabilnost DNK je izuzetno visoka: vjerovatnoća mutacije ne prelazi 1 na 10 miliona, bez obzira na lokalne uslove. To je fantastična pouzdanost biološke strukture odgovorne za reprodukciju života. Čak ga i super-jaka polja zračenja ne mogu poremetiti. Postoji veliki broj bakterija koje ne mutiraju u izuzetno snažnim poljima zračenja, dostižući više hiljada Gy. Čak i kristalni silicij i mnogi strukturni materijali ne mogu izdržati takvo dozno opterećenje.
Problem je ovdje, kako to vide biolozi, što može doći do kvara u programu popravke: na primjer, hromozom može završiti na potpuno nepotrebnom mjestu u strukturi DNK. Ova situacija već postaje opasna. Međutim, čak i ovdje je moguć multivarijatan slijed događaja.
Prvo, moramo uzeti u obzir da proces mutacije - reprodukcija "pogrešnih ćelija" - traje dugo. Biolozi vjeruju da mogu proći decenije između početnog štetnog efekta i negativne implementacije ovog efekta. Ovo vrijeme je neophodno za formiranje nove formacije ćelija podložnih mutacijama, koja se sastoji od mnogo milijardi. Stoga je predviđanje razvoja štetnih posljedica vrlo problematično pitanje.
Druga strana problema uticaja zračenja na biološke strukture je da proces izlaganja malim dozama nije dovoljno proučen. Ne postoji direktna veza između veličine doze - količine zračenja - i oštećenja zračenja. Biolozi vjeruju da različite vrste hromozoma različito reaguju na zračenje. Neki od njih "zahtijevaju" značajne doze zračenja da bi proizveli učinak, dok su drugima potrebne samo vrlo male doze. Šta je ovde razlog? Na ovo još nema odgovora. Štaviše, posljedice istovremenog izlaganja dvije ili više vrsta zračenja na biološke strukture nisu sasvim jasne: recimo, GCR i SCR, ili GCR, SCR i radijacijski pojasevi. Sastav ovih vrsta kosmičkog zračenja je različit, a svaka od njih može dovesti do svojih posljedica. Ali efekat njihovog kombinovanog uticaja nije jasan. Konačan odgovor na ova pitanja leži samo u rezultatima budućih eksperimenata.

Kao što je već spomenuto, čim su Amerikanci započeli svoj svemirski program, njihov naučnik James Van Allen napravio je prilično važno otkriće. Prvi američki umjetni satelit koji su lansirali u orbitu bio je mnogo manji od sovjetskog, ali Van Allen je smislio da na njega priključi Gajgerov brojač. Time je i zvanično potvrđeno ono što je izraženo krajem 19. veka. Izvanredni naučnik Nikola Tesla pretpostavio je da je Zemlja okružena pojasom intenzivnog zračenja.

Fotografija Zemlje astronauta Williama Andersa

tokom misije Apolo 8 (NASA arhiva)

Teslu je, međutim, akademska nauka smatrala velikim ekscentrikom, pa čak i luđakom, pa su njegove hipoteze o gigantskom električnom naboju koji stvara Sunce dugo odložene, a termin „sunčev vetar“ nije izazivao ništa osim osmeha. . Ali zahvaljujući Van Allenu, Tesline teorije su oživljene. Na poticaj Van Allena i niza drugih istraživača, ustanovljeno je da radijacijski pojasevi u svemiru počinju na 800 km iznad površine Zemlje i protežu se do 24.000 km. Pošto je nivo zračenja tamo manje-više konstantan, dolazno zračenje treba da bude približno jednako izlaznom zračenju. U suprotnom, ili bi se nakupljao dok ne “ispeče” Zemlju, kao u peći, ili bi se isušio. Van Allen je ovom prilikom napisao: „Pojasi radijacije mogu se uporediti sa posudom koja curi, koja se stalno dopunjuje od Sunca i teče u atmosferu. Veliki dio solarnih čestica prelije posudu i prska, posebno u polarnim zonama, što dovodi do polarnog svjetla, magnetnih oluja i drugih sličnih pojava.”

Radijacija iz Van Alenovih pojaseva zavisi od sunčevog vetra. Osim toga, čini se da fokusiraju ili koncentrišu ovo zračenje u sebi. Ali pošto u sebi mogu da koncentrišu samo ono što je došlo direktno sa Sunca, ostaje otvoreno još jedno pitanje: koliko je radijacije u ostatku kosmosa?

Orbite atmosferskih čestica u egzosferi(dic.academic.ru)

Mjesec nema Van Allenove pojaseve. Ona takođe nema zaštitnu atmosferu. Otvoren je za sve solarne vjetrove. Da je došlo do jake sunčeve baklje tokom lunarne ekspedicije, kolosalan tok radijacije bi spalio i kapsule i astronaute na dijelu mjesečeve površine gdje su proveli dan. Ovo zračenje nije samo opasno – ono je smrtonosno!

Sovjetski naučnici su 1963. godine rekli poznatom britanskom astronomu Bernardu Lovellu da ne znaju način da zaštite astronaute od smrtonosnog dejstva kosmičkog zračenja. To je značilo da čak ni mnogo deblje metalne školjke ruskih uređaja nisu mogle da se nose sa zračenjem. Kako bi najtanji (gotovo kao folija) metal koji se koristi u američkim kapsulama mogao zaštititi astronaute? NASA je znala da je to nemoguće. Svemirski majmuni su umrli manje od 10 dana nakon povratka, ali NASA nam nikada nije rekla pravi uzrok njihove smrti.

Majmun-astronaut (RGANT arhiva)

Većina ljudi, čak i oni koji poznaju svemir, nisu svjesni postojanja smrtonosnog zračenja koje prožima njegova prostranstva. Čudno (ili možda samo iz razloga koji se mogu nagađati), u američkoj "Ilustrovanoj enciklopediji svemirske tehnologije" izraz "kosmičko zračenje" ne pojavljuje se ni jednom. I općenito, američki istraživači (posebno oni povezani s NASA-om) izbjegavaju ovu temu milju dalje.

U međuvremenu, Lovell je, nakon razgovora sa ruskim kolegama koji su bili itekako upoznati sa kosmičkom radijacijom, poslao informacije koje je imao administratoru NASA-e Hughu Drydenu, ali ih je on ignorirao.

Jedan od astronauta koji je navodno posjetio Mjesec, Collins, pomenuo je kosmičko zračenje samo dva puta u svojoj knjizi:

"Bar je Mjesec bio daleko izvan Zemljinih Van Allenovih pojaseva, što je značilo dobru dozu radijacije za one koji su tamo otišli i smrtonosnu dozu za one koji su se zadržali."

“Dakle, Van Allenovi radijacijski pojasevi koji okružuju Zemlju i mogućnost solarnih baklji zahtijevaju razumijevanje i pripremu kako bi se izbjeglo izlaganje posade povećanim dozama radijacije.”

Dakle, šta znači "razumjeti i pripremiti"? Da li to znači da je iza Van Allenovih pojaseva, ostatak prostora bez radijacije? Ili je NASA imala tajnu strategiju za zaštitu od sunčevih baklji nakon donošenja konačne odluke o ekspediciji?

NASA je tvrdila da jednostavno može predvidjeti sunčeve baklje, te je stoga poslala astronaute na Mjesec kada se baklje nisu očekivale i opasnost od zračenja za njih bila minimalna.

Dok su Armstrong i Aldrin radili u svemiru

na površini mjeseca, Michael Collins

postavljeno u orbitu (NASA arhiva)

Međutim, drugi stručnjaci kažu: "Moguće je samo predvidjeti približan datum budućeg maksimalnog zračenja i njegovu gustinu."

Sovjetski kosmonaut Leonov je ipak otišao u svemir 1966. godine - međutim, u super teškom olovnom odijelu. No, samo tri godine kasnije, američki astronauti skočili su na površinu Mjeseca, i to ne u super teškim svemirskim odijelima, već upravo suprotno! Možda su tokom godina stručnjaci iz NASA-e uspjeli pronaći neku vrstu ultra laganog materijala koji pouzdano štiti od zračenja?

Međutim, istraživači iznenada otkrivaju da su barem Apollo 10, Apollo 11 i Apollo 12 krenuli upravo u onim periodima kada su se broj sunčevih pjega i odgovarajuća sunčeva aktivnost približavali maksimumu. Općeprihvaćeni teorijski maksimum solarnog ciklusa 20 trajao je od decembra 1968. do decembra 1969. godine. Tokom ovog perioda, misije Apolo 8, Apollo 9, Apollo 10, Apollo 11 i Apollo 12 navodno su se pomaknule izvan zaštitne zone Van Alenovih pojaseva i ušle u cislunarni prostor.

Dalje proučavanje mjesečnih grafikona pokazalo je da su pojedinačne sunčeve baklje slučajni fenomen, koji se javlja spontano tokom 11-godišnjeg ciklusa. Takođe se dešava da se tokom „niskog“ perioda ciklusa desi veliki broj izbijanja u kratkom vremenskom periodu, a tokom „visokog“ perioda - veoma mali broj. Ali ono što je važno jeste da se veoma jaka izbijanja mogu pojaviti u bilo kom trenutku ciklusa.

Tokom Apolo ere, američki astronauti proveli su ukupno skoro 90 dana u svemiru. Budući da zračenje od nepredvidivih sunčevih baklji stiže do Zemlje ili Mjeseca za manje od 15 minuta, jedini način zaštite od njega bio bi korištenje olovnih kontejnera. Ali ako je snaga rakete bila dovoljna da podigne toliku dodatnu težinu, zašto je onda bilo potrebno ići u svemir u sićušnim kapsulama (doslovno 0,1 mm aluminijuma) pod pritiskom od 0,34 atmosfere?

To je uprkos činjenici da se čak i tanak sloj zaštitnog premaza, nazvan "mylar", prema posadi Apolla 11, pokazao toliko teškim da je morao biti hitno uklonjen sa lunarnog modula!

Čini se da je NASA odabrala specijalne momke za lunarne ekspedicije, iako prilagođene okolnostima, livene ne od čelika, već od olova. Američki istraživač problema, Ralph Rene, nije bio previše lijen da izračuna koliko je često svaka od navodno završenih lunarnih ekspedicija trebala biti pogođena sunčevom aktivnošću.

Inače, jedan od autoritativnih radnika NASA-e (usput rečeno ugledni fizičar) Bill Modlin je u svom radu “Izgledi za međuzvjezdano putovanje” iskreno izvijestio: “Sunčeve baklje mogu emitovati GeV protone u istom energetskom rasponu kao i većina kosmičkih čestice, ali mnogo intenzivnije. Povećanje njihove energije sa povećanim zračenjem predstavlja posebnu opasnost, jer GeV protoni prodiru kroz nekoliko metara materijala... Solarne (ili zvjezdane) baklje sa emisijom protona su periodično vrlo ozbiljna opasnost u međuplanetarnom prostoru, koja obezbjeđuje zračenje doza od stotine hiljada rendgena u nekoliko sati na udaljenosti od Sunca do Zemlje. Ova doza je smrtonosna i milione puta veća od dozvoljene. Smrt može nastupiti nakon 500 rendgena u kratkom vremenskom periodu.”

Da, hrabri američki momci tada su morali zasjati gore od četvrte černobilske elektrane. “Kosmičke čestice su opasne, dolaze iz svih smjerova i zahtijevaju najmanje dva metra gustog štita oko bilo kojeg živog organizma.” Ali svemirske kapsule koje NASA demonstrira do danas bile su prečnika nešto više od 4 metra. Uz debljinu zidova koju preporučuje Modlin, astronauti, čak i bez ikakve opreme, ne bi stali u njih, a da ne govorimo o činjenici da ne bi bilo dovoljno goriva za podizanje ovakvih kapsula. Ali, očito, ni rukovodstvo NASA-e ni astronauti koje su poslali na Mjesec nisu čitali knjige svog kolege i, blaženo nesvjesni, savladali sve trnje na putu do zvijezda.

Međutim, možda je NASA zapravo za njih razvila neku vrstu ultra-pouzdanih svemirskih odijela, koristeći (očito, vrlo tajni) ultra lagani materijal koji štiti od zračenja? Ali zašto se nigdje drugdje nije koristio, kako kažu, u miroljubive svrhe? Pa dobro, nisu hteli da pomognu SSSR-u oko Černobila: uostalom, perestrojka još nije počela. Ali, na primjer, 1979. godine, u istoj SAD, dogodila se velika nesreća reaktorske jedinice u nuklearnoj elektrani Three Mile Island, koja je dovela do topljenja jezgre reaktora. Pa zašto američki likvidatori nisu iskoristili svemirska odijela bazirana na mnogo reklamiranoj NASA tehnologiji, koja koštaju ne manje od 7 miliona dolara, da eliminišu ovu atomsku tempiranu bombu na svojoj teritoriji?..

Curiosity ima RAD instrument za mjerenje intenziteta izloženosti radijaciji. Curiosity je tokom leta na Mars mjerio pozadinsko zračenje, a danas su naučnici koji rade sa NASA-om govorili o ovim rezultatima. Pošto je rover leteo u kapsuli, a senzor radijacije se nalazio unutra, ova merenja praktično odgovaraju pozadini zračenja koja će biti prisutna u letelici sa ljudskom posadom.

Rezultat nije inspirativan - ekvivalentna doza apsorbiranog izlaganja zračenju je 2 puta veća od doze ISS-a. I četiri - onaj koji se smatra maksimalno dozvoljenim za nuklearnu elektranu.

Odnosno, šestomjesečni let do Marsa približno je ekvivalentan jednoj godini provedenoj u niskoj orbiti Zemlje ili dvije u nuklearnoj elektrani. S obzirom da bi ukupno trajanje ekspedicije trebalo da bude oko 500 dana, izgledi nisu optimistični.
Za ljude, akumulirano zračenje od 1 Sieverta povećava rizik od raka za 5%. NASA dozvoljava svojim astronautima da akumuliraju ne više od 3% rizika ili 0,6 Sieverta tokom svoje karijere. Uzimajući u obzir da je dnevna doza na ISS-u do 1 mSv, maksimalni period boravka astronauta u orbiti ograničen je na otprilike 600 dana tokom cijele karijere.
Na samom Marsu zračenje bi trebalo da bude otprilike dva puta manje nego u svemiru, zbog atmosfere i suspenzije prašine u njemu, tj. odgovaraju nivou ISS-a, ali tačni pokazatelji još nisu objavljeni. RAD indikatori u danima prašnih oluja će biti zanimljivi - saznaćemo koliko je marsova prašina dobra kao štit od zračenja.

Sada rekord za boravak u orbiti oko Zemlje pripada 55-godišnjem Sergeju Krikalevu - on ima 803 dana. Ali skupljao ih je s prekidima - ukupno je napravio 6 letova od 1988. do 2005. godine.

RAD uređaj se sastoji od tri silikonske poluvodne pločice koje djeluju kao detektor. Osim toga, ima kristal cezijum jodida, koji se koristi kao scintilator. RAD je montiran da gleda u zenit tokom sletanja i snima polje od 65 stepeni.

Zapravo, radi se o radijacijskom teleskopu koji detektira jonizujuće zračenje i nabijene čestice u širokom rasponu.

Radijacija u svemiru dolazi prvenstveno iz dva izvora: sa Sunca, tokom baklji i koronalnih izbacivanja, i iz kosmičkih zraka, koji se javljaju prilikom eksplozija supernove ili drugih visokoenergetskih događaja u našoj i drugim galaksijama.


Na ilustraciji: interakcija solarnog "vjetra" i Zemljine magnetosfere.

Kosmičke zrake čine većinu zračenja tokom međuplanetarnog putovanja. Oni čine udio zračenja od 1,8 mSv dnevno. Samo tri procenta zračenja koje je akumulirao Curiosity sa Sunca. To je također zbog činjenice da je let obavljen u relativno mirno vrijeme. Epidemije povećavaju ukupnu dozu i ona se približava 2 mSv dnevno.

Vrhovi se javljaju tokom solarnih baklji.

Sadašnja tehnička sredstva su efikasnija protiv sunčevog zračenja koje ima nisku energiju. Na primjer, možete opremiti zaštitnu kapsulu u kojoj se astronauti mogu sakriti tokom sunčevih baklji. Međutim, aluminijski zidovi od 30 cm neće zaštititi od međuzvjezdanih kosmičkih zraka. Vjerovatno bi bolje pomogli olovni, ali bi se time znatno povećala masa broda, a to znači i trošak porinuća i ubrzanja.

Najefikasnije sredstvo za minimiziranje izloženosti zračenju trebale bi biti nove vrste motora, koji će značajno smanjiti vrijeme leta do Marsa i nazad. NASA trenutno radi na solarnom električnom pogonu i nuklearnom termičkom pogonu. Prvi može, u teoriji, ubrzati i do 20 puta brže od modernih hemijskih motora, ali će ubrzanje biti veoma dugo zbog malog potiska. Uređaj s takvim motorom bi trebao biti poslan da vuče asteroid, koji NASA želi da uhvati i prebaci u lunarnu orbitu radi naknadne posjete astronauta.

Najperspektivniji i ohrabrujući razvoji električnih pogona odvijaju se u okviru projekta VASIMR. Ali da biste putovali na Mars, solarni paneli neće biti dovoljni - trebat će vam reaktor.

Nuklearni termalni motor razvija specifičan impuls otprilike tri puta veći od modernih tipova raketa. Njegova suština je jednostavna: reaktor zagrijava radni plin (vjerovatno vodonik) na visoke temperature bez upotrebe oksidatora, što je potrebno za kemijske rakete. U ovom slučaju, granica temperature grijanja određena je samo materijalom od kojeg je izrađen sam motor.

Ali takva jednostavnost također uzrokuje poteškoće - potisak je vrlo teško kontrolirati. NASA pokušava riješiti ovaj problem, ali razvoj motora na nuklearni pogon ne smatra prioritetom.

Obećavajuća je i upotreba nuklearnog reaktora po tome što bi se dio energije mogao iskoristiti za stvaranje elektromagnetnog polja, koje bi dodatno štitilo pilote od kosmičkog zračenja i od zračenja vlastitog reaktora. Ista tehnologija bi učinila isplativim vađenje vode sa Mjeseca ili asteroida, odnosno dodatno bi stimulirala komercijalnu upotrebu svemira.
Iako sada ovo nije ništa drugo do teorijsko razmišljanje, moguće je da će takva šema postati ključ za novi nivo istraživanja Sunčevog sistema.

Kosmičko zračenje predstavlja veliki problem za dizajnere svemirskih letjelica. Od toga nastoje zaštititi astronaute koji će biti na površini Mjeseca ili ići na duga putovanja u dubine svemira. Ako se ne obezbijedi potrebna zaštita, ove čestice, leteći velikom brzinom, prodre će u tijelo astronauta i oštetiti njegov DNK, što može povećati rizik od raka. Nažalost, do sada su sve poznate metode zaštite ili nedjelotvorne ili nepraktične.
Materijali koji se tradicionalno koriste za izgradnju svemirskih letjelica, poput aluminija, hvataju neke svemirske čestice, ali dugoročne misije u svemiru zahtijevaju jaču zaštitu.
Američka svemirska agencija (NASA) rado preuzima najekstravagantnije, na prvi pogled, ideje. Uostalom, niko sa sigurnošću ne može predvidjeti koji će se od njih jednog dana pretvoriti u ozbiljan iskorak u svemirskim istraživanjima. Agencija ima poseban institut za napredne koncepte (NASA Institute for Advanced Concepts - NIAC), dizajniran da akumulira upravo takve razvoje - na veoma dugi rok. Preko ovog instituta NASA distribuira grantove raznim univerzitetima i institutima za razvoj “briljantnog ludila”.
Trenutno se istražuju sljedeće opcije:

Zaštita određenim materijalima. Neki materijali, poput vode ili polipropilena, imaju dobra zaštitna svojstva. Ali da bi se njima zaštitio svemirski brod, bit će ih potrebno puno, a težina broda će postati neprihvatljivo velika.
Trenutno su zaposleni u NASA-i razvili novi ultra-jak materijal, vezan za polietilen, koji planiraju koristiti u sastavljanju budućih svemirskih brodova. "Svemirska plastika" će moći bolje da zaštiti astronaute od kosmičkog zračenja od metalnih štitova, ali je mnogo lakša od poznatih metala. Stručnjaci su uvjereni da će, kada materijal dobije dovoljnu otpornost na toplinu, od njega biti moguće napraviti čak i kožu svemirskih letjelica.
Ranije se vjerovalo da će samo potpuno metalna školjka omogućiti svemirskom brodu s ljudskom posadom da prođe kroz Zemljine radijacijske pojaseve - tokove nabijenih čestica koje drži magnetsko polje u blizini planete. Ovo se nije dogodilo tokom letova do ISS-a, jer orbita stanice prolazi primjetno ispod opasnog područja. Osim toga, astronautima prijete sunčeve baklje - izvor gama i rendgenskih zraka, a dijelovi samog broda sposobni su za sekundarno zračenje - zbog raspada radioizotopa nastalih tokom "prvog susreta" sa zračenjem.
Sada naučnici vjeruju da se nova RXF1 plastika bolje nosi s ovim problemima, a njena mala gustoća nije posljednji argument u njenu korist: nosivost rakete još uvijek nije dovoljno visoka. Poznati su rezultati laboratorijskih ispitivanja u kojima je upoređen sa aluminijumom: RXF1 može izdržati tri puta veća opterećenja pri tri puta manjoj gustini i uhvatiti više čestica visoke energije. Polimer još nije patentiran, pa način njegove proizvodnje nije prijavljen. Ovo prenosi Lenta.ru pozivajući se na science.nasa.gov.

Konstrukcije na naduvavanje. Modul na naduvavanje, napravljen od posebno izdržljive RXF1 plastike, neće biti samo kompaktniji pri lansiranju, već i lakši od čvrste čelične konstrukcije. Naravno, njegovi programeri će morati da obezbede prilično pouzdanu zaštitu od mikrometeorita zajedno sa „svemirskim otpadom“, ali u tome nema ništa suštinski nemoguće.
Nešto je već tu - privatni bespilotni brod na naduvavanje Genesis II je već u orbiti. Lansiran 2007. godine ruskom raketom Dnjepar. Štaviše, njegova težina je prilično impresivna za uređaj koji je kreirala privatna kompanija - preko 1300 kg.

CSS (Commercial Space Station) Skywalker je komercijalni projekat orbitalne stanice na naduvavanje. NASA izdvaja oko 4 milijarde dolara za podršku projektu za 20110-2013. Riječ je o razvoju novih tehnologija za module na naduvavanje za istraživanje svemira i nebeskih tijela Sunčevog sistema.

Nije poznato koliko će koštati konstrukcija na naduvavanje. Ali ukupni troškovi za razvoj novih tehnologija su već objavljeni. U 2011. godini za ove namjene biće izdvojeno 652 miliona dolara, u 2012. godini (ako se budžet ne revidira ponovo) - 1262 miliona dolara, u 2013. godini - 1808 miliona dolara, planirano je da se troškovi istraživanja stalno povećavaju, ali uzimajući u obzir tužno iskustvo propuštenih rokova i procjena Constelations, bez fokusiranja na jedan veliki program.
Moduli na naduvavanje, automatski uređaji za pristajanje vozila, sistemi za skladištenje goriva u orbiti, autonomni moduli za održavanje života i kompleksi koji omogućavaju sletanje na druga nebeska tela. Ovo je samo mali dio zadataka s kojima se NASA sada suočava kako bi riješila problem spuštanja čovjeka na Mjesec.

Magnetna i elektrostatička zaštita. Snažni magneti se mogu koristiti za odbijanje letećih čestica, ali magneti su veoma teški i još nije poznato koliko bi magnetsko polje dovoljno jako da reflektuje kosmičko zračenje bilo opasno za astronaute.

Svemirska letjelica ili stanica na površini Mjeseca s magnetskom zaštitom. Toroidalni supravodljivi magnet sa jačinom polja neće dozvoliti da većina kosmičkih zraka prodre u kokpit koji se nalazi unutar magneta, i na taj način smanji ukupne doze zračenja kosmičkog zračenja za desetine ili više puta.

Obećavajući NASA projekti su štit od elektrostatičkog zračenja za lunarnu bazu i lunarni teleskop sa tekućim ogledalom (ilustracije sa spaceflightnow.com).

Biomedicinska rješenja. Ljudsko tijelo je sposobno ispraviti oštećenje DNK uzrokovano malim dozama zračenja. Ako se ova sposobnost poboljša, astronauti će moći izdržati produženo izlaganje kosmičkom zračenju. Više detalja

Zaštita tečnim vodonikom. NASA razmatra mogućnost korištenja rezervoara goriva svemirskih letjelica koji sadrže tečni vodonik, koji se mogu postaviti oko odjeljka za posadu, kao zaštitu od kosmičkog zračenja. Ova ideja se zasniva na činjenici da kosmičko zračenje gubi energiju kada se sudara sa protonima drugih atoma. Pošto atom vodonika ima samo jedan proton u svom jezgru, proton iz svakog njegovog jezgra "koči" zračenje. U elementima sa težim jezgrima, neki protoni blokiraju druge, tako da kosmičke zrake ne dopiru do njih. Može se obezbijediti zaštita od vodika, ali ona nije dovoljna da spriječi rizik od raka.

Biosuit. Ovaj projekat Bio-Suit razvija grupa profesora i studenata na Massachusetts Institute of Technology (MIT). "Bio" - u ovom slučaju ne znači biotehnologiju, već lakoću, neobičnu udobnost za svemirska odijela, au nekim slučajevima čak i neprimjetnost školjke, koja je kao nastavak tijela.
Umjesto šivanja i lijepljenja svemirskog odijela od odvojenih komada različitih tkanina, ono će se prskati direktno na kožu osobe u obliku spreja koji se brzo stvrdnjava. Istina, kaciga, rukavice i čizme i dalje će ostati tradicionalni.
Tehnologiju takvog prskanja (kao materijal koristi se poseban polimer) američka vojska već testira. Ovaj proces se zove Electrospinlacing, razvijaju ga stručnjaci iz istraživačkog centra američke vojske - Soldier system center, Natick.
Pojednostavljeno, možemo reći da sitne kapljice ili kratka vlakna polimera dobijaju električni naboj i pod utjecajem elektrostatičkog polja jure prema svojoj meti – objektu koji treba prekriti filmom – gdje formiraju spojena površina. Naučnici sa MIT-a namjeravaju stvoriti nešto slično, ali sposobno stvoriti film koji ne propušta vlagu i zrak na tijelu žive osobe. Nakon stvrdnjavanja, film poprima visoku čvrstoću, održavajući elastičnost dovoljnu za kretanje ruku i nogu.
Treba dodati da je projektom predviđena mogućnost da se nekoliko različitih slojeva na sličan način nanese na tijelo, naizmjenično sa raznolikom ugrađenom elektronikom.

Razvojna linija svemirskih odijela kakvu su zamislili naučnici MIT-a (ilustracija sa web stranice mvl.mit.edu).

A izumitelji bioodijela govore o obećavajućem samozatezanju polimernih filmova u slučaju manjih oštećenja.
Čak ni sama profesorica Dava Newman ne može predvidjeti kada će to postati moguće. Možda za deset godina, možda za pedeset.

Ali ako ne krenete ka ovom rezultatu sada, "fantastična budućnost" neće doći.

Takav koncept kao što je sunčevo zračenje postao je poznat dosta davno. Kao što su pokazala brojne studije, nije uvijek odgovoran za povećanje nivoa jonizacije zraka.

Ovaj članak je namijenjen osobama starijim od 18 godina

Jeste li već napunili 18 godina?

Kosmičko zračenje: istina ili mit?

Kosmičke zrake su zračenje koje nastaje prilikom eksplozije supernove, kao i kao posljedica termonuklearnih reakcija na Suncu. Različita priroda porijekla zraka utiče i na njihove osnovne karakteristike. Kosmičke zrake koje prodiru iz svemira izvan našeg Sunčevog sistema mogu se podijeliti u dvije vrste - galaktičke i međugalaktičke. Potonja vrsta ostaje najmanje proučavana, jer je koncentracija primarnog zračenja u njoj minimalna. Odnosno, intergalaktičko zračenje nije od posebne važnosti, jer je potpuno neutralizirano u našoj atmosferi.

Nažalost, malo se može reći o zracima koji nam dolaze iz naše galaksije zvane Mliječni put. Uprkos činjenici da njegova veličina prelazi 10.000 svjetlosnih godina, sve promjene u polju zračenja na jednom kraju galaksije odmah će odjeknuti na drugom.

Opasnosti od zračenja iz svemira

Direktno kosmičko zračenje je destruktivno za živi organizam, pa je njegov uticaj izuzetno opasan za ljude. Srećom, naša Zemlja je pouzdano zaštićena od ovih svemirskih vanzemaljaca gustom kupolom atmosfere. Služi kao odlična zaštita za sav život na zemlji, jer neutrališe direktno kosmičko zračenje. Ali ne u potpunosti. Kada se sudari sa zrakom, raspada se na manje čestice jonizujućeg zračenja, od kojih svaka ulazi u pojedinačnu reakciju sa svojim atomima. Tako je visokoenergetsko zračenje iz svemira oslabljeno i formira sekundarno zračenje. Istovremeno, gubi svoju smrtonosnost - nivo zračenja postaje približno isti kao kod rendgenskih zraka. Ali nemojte biti uznemireni - ovo zračenje potpuno nestaje dok prolazi kroz Zemljinu atmosferu. Kakvi god bili izvori kosmičkih zraka i kakvu god moć imali, opasnost za osobu koja se nalazi na površini naše planete je minimalna. To može samo nanijeti opipljivu štetu astronautima. Izloženi su direktnom kosmičkom zračenju, jer nemaju prirodnu zaštitu u obliku atmosfere.

Energija koju oslobađaju kosmičke zrake prvenstveno utiče na magnetsko polje Zemlje. Nabijene jonizujuće čestice bukvalno ga bombardiraju i postaju uzrok najljepše atmosferske pojave - . Ali to nije sve - radioaktivne čestice, zbog svoje prirode, mogu uzrokovati kvarove u raznim elektronicima. I ako u prošlom stoljeću to nije izazivalo mnogo nelagode, u naše vrijeme je to vrlo ozbiljan problem, budući da su najvažniji aspekti modernog života vezani za struju.

Ljudi su također osjetljivi na ove posjetioce iz svemira, iako je mehanizam djelovanja kosmičkih zraka vrlo specifičan. Jonizirane čestice (odnosno sekundarno zračenje) utječu na magnetsko polje Zemlje, uzrokujući na taj način oluje u atmosferi. Svi znaju da se ljudsko tijelo sastoji od vode, koja je vrlo osjetljiva na magnetske vibracije. Dakle, kosmičko zračenje utiče na kardiovaskularni sistem i uzrokuje loše zdravlje ljudi osetljivih na vremenske prilike. Ovo je, naravno, neprijatno, ali nikako fatalno.

Šta štiti Zemlju od sunčevog zračenja?

Sunce je zvijezda u čijoj se dubini neprestano odvijaju različite termonuklearne reakcije, koje su praćene snažnim energetskim emisijama. Ove nabijene čestice nazivaju se solarnim vjetrom i imaju snažan utjecaj na našu Zemlju, odnosno na njeno magnetsko polje. Upravo s njim djeluju ionizirane čestice koje čine osnovu solarnog vjetra.

Prema najnovijim istraživanjima naučnika iz cijelog svijeta, plazma školjka naše planete igra posebnu ulogu u neutralizaciji sunčevog vjetra. To se događa na sljedeći način: sunčevo zračenje se sudara sa magnetnim poljem Zemlje i raspršuje se. Kada ga ima previše, plazma školjka prima udarac i dolazi do procesa interakcije sličan kratkom spoju. Posljedica takve borbe mogu biti pukotine na zaštitnom štitu. Ali priroda je i to predvidila - tokovi hladne plazme dižu se sa površine Zemlje i jure na mjesta sa oslabljenom zaštitom. Dakle, magnetno polje naše planete odražava udar iz svemira.

No, vrijedno je navesti činjenicu da sunčevo zračenje, za razliku od kosmičkog zračenja, ipak dopire do Zemlje. Istovremeno, ne biste trebali uzalud da brinete, jer je to u suštini energija Sunca, koja bi trebala pasti na površinu naše planete u raspršenom stanju. Tako zagrijava površinu Zemlje i pomaže razvoju života na njoj. Stoga je vrijedno jasno razlikovati različite vrste zračenja, jer neke od njih ne samo da nemaju negativan utjecaj, već su i neophodne za normalno funkcioniranje živih organizama.

Međutim, nisu sve tvari na Zemlji podjednako osjetljive na sunčevo zračenje. Postoje površine koje ga upijaju više od drugih. To su, u pravilu, podloge s minimalnim nivoom albeda (sposobnosti reflektiranja sunčevog zračenja) - zemlja, šuma, pijesak.

Dakle, temperatura na površini Zemlje, kao i dužina svjetlosnog dana, direktno zavise od toga koliko sunčevog zračenja apsorbira atmosfera. Želio bih reći da najveći dio energije još uvijek dopire do površine naše planete, jer zračna ljuska Zemlje služi kao barijera samo za zrake infracrvenog spektra. Ali UV zrake su samo djelomično neutralizirane, što dovodi do nekih kožnih problema kod ljudi i životinja.

Uticaj sunčevog zračenja na ljudski organizam

Kada su izloženi zracima infracrvenog spektra sunčevog zračenja, toplotni efekat se jasno manifestuje. Podstiče vazodilataciju, stimuliše kardiovaskularni sistem i aktivira disanje kože. Kao rezultat, glavni sistemi tijela se opuštaju, a povećava se proizvodnja endorfina (hormona sreće) koji imaju analgetski i protuupalni učinak. Toplota također utiče na metaboličke procese, aktivirajući metabolizam.

Svjetlosno zračenje sunčevog zračenja ima značajan fotohemijski efekat, koji aktivira važne procese u tkivima. Ova vrsta sunčevog zračenja omogućava osobi da koristi jedan od najvažnijih sistema dodira u vanjskom svijetu – vid. Upravo tim kvantima trebamo biti zahvalni na činjenici da sve vidimo u boji.

Važni faktori uticaja

Sunčevo zračenje u infracrvenom spektru također stimulira moždanu aktivnost i odgovorno je za mentalno zdravlje ljudi. Takođe je važno da upravo ova vrsta sunčeve energije utiče na naše biološke ritmove, odnosno na faze aktivne aktivnosti i sna.

Bez čestica svjetlosti mnogi vitalni procesi bi bili ugroženi, što bi moglo dovesti do razvoja raznih bolesti, uključujući nesanicu i depresiju. Također, uz minimalan kontakt sa sunčevim svjetlosnim zračenjem, radna sposobnost osobe je značajno smanjena, a većina procesa u tijelu se usporava.

UV zračenje je veoma korisno za naš organizam, jer pokreće i imunološke procese, odnosno stimuliše odbranu organizma. Potreban je i za proizvodnju porfirita, analoga biljnog hlorofila u našoj koži. Međutim, višak UV zraka može izazvati opekotine, pa je vrlo važno znati kako se pravilno zaštititi od toga u periodima maksimalne sunčeve aktivnosti.

Kao što vidite, dobrobiti sunčevog zračenja za naše tijelo su neosporne. Mnogi ljudi su veoma zabrinuti da li hrana apsorbuje ovu vrstu zračenja i da li je opasno jesti kontaminiranu hranu. Ponavljam – solarna energija nema nikakve veze sa kosmičkim ili atomskim zračenjem, što znači da se toga ne treba plašiti. I bilo bi besmisleno izbegavati to... Niko još nije tražio način da pobegne od Sunca.