Спеціальний радіаційний жилет AstroRad продемонстрував високу ефективність під час місячної місії Artemis I та, за розрахунками дослідників, може суттєво зменшувати небезпечний вплив сонячних спалахів на астронавтів. Про результати випробувань докладно пише видання Space Astronomy.
Повернення людей на Місяць у межах програми Artemis вимагає надійного захисту від сонячної радіації, зокрема від потужних та непередбачуваних сонячних частинкових подій. Забезпечити товстий шар захисту для всього корабля занадто важко через масу, тому вчені дедалі більше покладаються на персональні засоби захисту.
Як працює захисний жилет AstroRad
AstroRad розробила ізраїльська компанія StemRad за підтримки Ізраїльського космічного агентства та Lockheed Martin. Жилет створений спеціально для захисту від сонячних частинкових подій — вибухів на Сонці, які викидають потоки високоенергетичних частинок.
На відміну від класичного свинцевого захисту, який добре блокує рентгенівське та гамма-випромінювання, але може погіршувати ситуацію для заряджених частинок і нейтронів, AstroRad використовує пластик з високою щільністю водню. Водень має багато електронів на атом, що допомагає ефективно гальмувати заряджені частинки, і зазвичай не містить нейтронів, тож при взаємодії з нейтронами не створює додаткових небезпечних сплесків випромінювання.
Пластик у жилеті значно легший за свинець, тому в ньому простіше рухатися, а вага системи залишається прийнятною для космічних місій. Конструкція складається з тисяч жорстких пластикових шестикутних стержнів, складених «лусочками», що надає гнучкості. Кожен жилет важить близько 26 кілограмів.
Дослідники свідомо обрали формат жилета, а не повноцінного скафандра. Різні органи мають різну чутливість до радіації, тож рівномірний захист усього тіла — не найефективніший підхід. AstroRad «нарощує» товщину захисту саме там, де органи найвразливіші. За оцінками, такий таргетований підхід дає близько на 30% кращу загальну економію дози, ніж якби той самий матеріал розподілити рівномірно по всьому тілу.
Випробування на місії Artemis I
Під час безпілотної місії Artemis I наприкінці 2022 року AstroRad випробували на борту корабля Orion, використавши дві складні антропоморфні «фантомні» моделі — Зоар і Гельгу. Це штучні торси з пластиків, які імітують щільність людських тканин, кісток і органів, кожен оснащений понад 5600 датчиками радіації зовні й усередині.
Обидва фантоми моделювали дорослих жінок, оскільки попередні дослідження показали особливу вразливість грудних залоз та яєчників до опромінення, а жінки загалом мають вищий прогнозований ризик радіаційно зумовленого раку. Зоар, фантом від Ізраїльського космічного агентства, був одягнений у жилет AstroRad, тоді як Гельга, надана Німецьким аерокосмічним центром, залишилася без додаткового захисту.
Під час 26-денної подорожі до місячної орбіти й назад корабель не потрапив під сильний сонячний спалах. Однак, виміряну фонову дозу, зокрема при проходженні внутрішнього поясу Ван Аллена, дослідники використали як основу для моделювання того, що сталося б при реальних потужних сонячних подіях.
До 60% зниження дози під час сонячних спалахів
Проаналізувавши історичні сонячні частинкові події, науковці змоделювали, як би спрацював AstroRad за подібних умов. Для великого спалаху серпня 1972 року, наприклад, жилет, за їхніми оцінками, зменшив би дозу випромінювання майже на 60%.
Таке значення виявилося навіть кращим за попередні очікування — команда прогнозувала близько 45% скорочення дози. Детальний аналіз показав, що саме концепція таргетованого захисту найбільш чутливих органів виявилася ефективнішою, ніж розраховували спочатку.
Зниження опромінення такого масштабу може убезпечити астронавтів від еквівалента до 193 днів перебування в умовах глибокого космосу. Дослідники вважають, що AstroRad здатен допомогти подолати одну з ключових медичних перешкод для тривалих місій за межі Землі — польотів до Місяця та Марса.
Екстрений захист, що дозволяє працювати
AstroRad не призначений для постійного носіння протягом усієї місії. Жилет розглядається як засіб екстреного захисту саме під час сонячних частинкових подій, коли рівень радіації різко зростає. У таких умовах астронавти мають вдягати його на години або, за потреби, дні.
Попри це, жилет спроєктовано так, щоб у ньому можна було перебувати багато годин поспіль. Під час випробувань на Міжнародній космічній станції деякі члени екіпажу навіть спали в AstroRad.
Рівень захисту, який забезпечує жилет, за оцінками, подібний до того, що дає «штормове укриття» всередині корабля Orion, але зі значною перевагою: астронавт, одягнений в AstroRad, може залишати укриття й виконувати критично важливі завдання, залишаючись підвищено захищеним. Жилет можна застосовувати як самостійно, так і разом зі стаціонарним укриттям.
Наступний крок — виготовлення захисту в космосі
Команда також досліджує можливість виготовляти елементи радіаційного захисту безпосередньо в космосі з наявних на борту матеріалів. У співпраці з компанією Redwire вже продемонстровано, що компоненти AstroRad можна 3D-друкувати з переробленого поліетилену на борту МКС.
Свої результати дослідники представили онлайн у журналі Science Advances, підкреслюючи, що персональний захист на кшталт AstroRad може стати важливою частиною майбутньої інфраструктури пілотованих польотів до Місяця та Марса.