Автор: Єлісей Ходоловський
Нові пілотовані космічні місії – запланована на наступний рік Artemis 2, майбутні висадки на Місяць і особливо політ на Марс зіткнуться з дуже небезпечним ворогом.
Це космічне випромінювання.
Воно суттєво відрізняється від звичних земних α, β і γ-променів.
Космічні промені складаються на 92% з протонів, на 6% з ядер гелію (α-частинок), 1% – ядра важчих елементів (Li, Be, B) та на 1% з електронів. Додатково у сонячному вітрі містяться нейтрони.
Ми на Землі захищені магнітним полем нашої планети, як і астронавти на МКС. Її орбіта проходить нижче першого радіаційного поясу Ван Аллена.
А за межами нашої магнітосфери космосом ширяють високоенергетичні частинки, енергія яких може становити від декількох МеВ до трильйонів ТеВ! Для порівняння, енергія розпаду кобальту-60 складає 2,8 МеВ.
Про цю проблему знали ще під час місій Аполлон. Тоді астронавти проходили крізь радіаційні пояси по найкоротшій траекторії, та й тривали ці місії від зльоту до посадки відносно недовго, декілька діб.
Micія Artemis 2 розрахована на 10 діб, що порівняно з польотами Аполлонів. Майбутні Artemis 3, 4 і наступні – вже на 30 діб, а Artemis 5-10 вже передбачають висадку на поверхню нашого супутника.
10 місія – це вже довгострокове (до півроку) перебування людей на Місяці.
Зокрема, при висадці астронавтам рекомендується негайно стати на лопату і копати ВОП, тобто укриття від опромінення; чи як варіант, накидати місячного реголіту на заздалегідь виготовлений каркас, створивши укриття на зразок ескімоського іглу.
Окопуватися у місячному грунті – складна робота, так як місячний реголіт – не пісок і не донбаська глина, а швидше схожий на товчене скло. Він надзвичайно абразивний, бо на Місяці немає ні рідкої води, ні атмосфери, які б згладили його частинки. Реголіт прилипає до скафандрів і може їх продерти, він зношує колеса і ходову місячного транспорту. Лопати та ковші місячних екскаваторів також будуть зношуватись дуже швидко.
Проте під дією мікрохвиль реголіт добре плавиться.
Ймовірно, 10-й місії доведеться попередньо запустити на наш супутник достатню кількість будівельної техніки для спорудження укриттів, здатних прихистити астронавтів щонайменше на півроку місії, а може, це почнуть робити навіть раніше.
У свіжому дайджесті Alpha Centauri розповідається про план польоту Starship до навколоземного астероїда, а Ілон Маск на презентаціях Starship декілька років тому зазначав, що можливостей цього корабля має вистачити на польоти до супутників Сатурна.
Проте залишається відкритим питання захисту екіпажу, а також, наприклад насіння рослин на борту чи на важливу електроніку.
НАСА на разі пропонує екранувати більш важливі вузли і агрегати менш важливими (наприклад, спальні місця чи бортовий компьютер екранувати холодильниками з їжею) та, можливо, передбачити невеликий аварійний сховок для екіпажу на випадок сонячного спалаху.
Галактичне випромінювання ж є ізотропним, воно присутнє постійно, пронизуючи корабель, пошкоджуючи людську ДНК, кришталик ока, нервову систему, мозок, викликаючи рак та безпліддя.
У ряді фантастичних творів говориться про захист екіпажу у дальньому космосі за допомогою захоплення космічних частинок магнітним чи електричним полем.
Навіть якщо припустити те, що на кораблі вдасться розмістити достатньо потужний генератор такого поля, залишається ще одна проблема.
Заряджені частинки, стикаючись з захисним полем, будуть створювати надзвичайно потужне гальмівне випромінювання ( рентген і γ, а також вибиті нейтрони), набагато потужніше за те, що ми спостерігаємо на Землі, від якого буде потрібен додатковий захист.
І ні, магнітне поле від гамми і рентгену не рятує.
Також відкритим є питання, що робити у разі пошкодження мікрометеоритом устаткування, яке підтримує це поле, адже тоді корабель залишиться без захисту взагалі.
Таким чином, для тривалих космічних польотів на разі єдиним варіантом безпеки є екранувати весь житловий об’єм, захистивши екіпаж як від космічних променів та гальмівного випромінювання, так і від метеоритів.
Найімовірніше, радіаційний захист доведеться монтувати на орбіті
Залишається тільки визначитись з матеріалом. Декотрі автори пропонують використовувати воду як захист від космічних променів.
Вода дійсно добре захищає від нейтронів, бо має багато водню у складі. Одна проблема – у складі космічних променів нейтронів немає, а для захисту від важких і дуже енергійних частинок доведеться робити захисний шар води дуже великим.
Зокрема, від галактичних протонів енергією 2 ГеВ необхідно захищатися шаром води товщиною 5 метрів. Якщо розглядати житловий модуль як сферу об’ємом 220 куб. м, то її внутрішній (корисний) радіус буде 3,75 м, а зовнішній – 8, 75 м. Вага водяного захисту складе майже 2,5 тисячі тонн. Такий важкий захист буде потребувати дуже довгого збирання та заправки на орбіті і великих витрат пального на політ та гальмування.
З іншого боку, після прильоту вода однозначно стане в нагоді майбутнім колоністам.
Інший спосіб – використовувати щит з важких елементів, які ефективно захищають від будь-якого випромінювання.
І ось тут можна згадати про уран (збіднений, як найбільш дешевий і доступний).
Збіднений уран є найкращим захистом від випромінювання за вагою через високу атомну вагу атомів урану; матеріали тим більше здатні блокувати радіоактивність, чим більша їх атомна вага, а уран є найважчим з доступних існуючих. Свинець, найважчий стабільний елемент, є найпоширенішою недорогою альтернативою.
Але якщо для ослаблення гамма-променів певної енергії необхідно застосовувати шар свинцю завтовшки 1 см, то при застосуванні урану буде достатньо листка товщиною 2 мм.
Так, уран важчий за свинець в 1,68 раз, але захищає уп’ятеро краще, що дає відчутний виграш у масі.
Наприклад, при використанні уранового захисту завтовшки 20 см на тому ж житловому модулі радіусом 3,75 м вага захисту буде близько 710 тонн.
Зрозуміло, що це тільки один з варіантів, але він здається мені досить перспективним, як мінімум, кращим за усі інші.
До того ж уран має значно вищу температуру плавлення (1130 °C), ніж свинець, а його міцність на розрив подібна до міцності сталі. Це дасть додатковий захист від мікрометеоритів під час подорожі.
Зрозуміло, що і такий захист теж доведеться збирати і монтувати на орбіті з заздалегідь виготовлених блочків, за декілька рейсів.
Невеликі елементи простіше виготовити, простіше збирати, а за потреби – можливо, і використати на новому місці – як щит чи навіть в ядерній енергетиці.
Для захисту людей від активності самого урану та запобігання окисленню блочки треба буде вкрити шаром захисту, наприклад з поліетилену.
Хто зна, може й побачимо в майбутньому космічні кораблі для експедицій в далекий космос, вкриті урановим захистом, наче Контактом-1 з мемів.
Це, звичайно, якщо людство захоче серйозно розвивати пілотовану космонавтику поза межами магнітосфери нашої планети.