Місія – Марс: Фізики розрахували оптимальні “вікно можливостей” і товщину екрана від космічної радіації

Група науковців визначила вікно можливостей для пілотованих космічних польотів на Марс. Відповідно до розроблених моделей, найбільш сприятливим і безпечним для космонавтів буде період 2030-х років.

Науковці з Росії (Сколковський інститут науки й технологій, Москва), США (Каліфорнійський університет та Массачусетський технологічний інститут) та Німеччини (Потсдамський центр імені Гельмгольца (GFZ) та Потсдамський університет) на чолі з Юрієм Шпріцем і доктором Михайлом Добинде змоделювали варіанти місії, під час яких урахували фактор космічної погоди, тобто сонячної радіації та галактичного випромінювання, так щоб опромінення екіпажу космічного корабля було якомога меншим.

Космічна радіація – найголовніший виклик довгостроковим космічним місіям, адже корабель можна обладнати захисними екранами лише до певної межі, коли він стане занадто важким, а його запуск – економічно невигідним. Команда вирішила, що треба не протистояти космічній погоді, а адаптуватися до неї.

Політ до Марса при нинішньому рівні розвитку технологій займе близько дев’яти місяців. Корабель і його екіпаж упродовж подорожі будуть піддаватися впливу радіації двох видів: енергетичних часток сонячного походження (переважно протонів) і галактичних космічних променів (84% протонів, 14% позитивно заряджених альфа-частинок, 2% негативно заряджених електронів). Захищатися від них доволі важко, адже вони переміщаються з високою енергією й проникають на велику глибину матеріалів або навіть крізь них.

Кожні 11 років Сонце досягає пікової активності, тобто створює найбільше випромінювання. Модель міжнародної команди фізиків пропонує здійснити політ на Марс саме в цей період найбільшої сонячної активності: адже потік сонячної радіації фактично відбиває шкідливіші галактичні промені.

Науковці змоделювали два рівня радіації всередині космічного корабля, врахувавши 28 видів небезпечних частинок галактичного походження і 10 – випромінюваних Сонцем під час спалахів. Дослідники спиралися на вимірювання часток сонячного походження за 1998—2012 роки й на емпіричну модель  галактичних космічних променів, яка залежить від сонячного циклу.

У моделі космічний корабель імітувала сфера із внутрішнім діаметром 2 м. Як захисний екраном використали алюміній різної товщини. Сфера діаметром 35 см, наповнена водою, слугувала моделлю людського тіла. Учені вирахували дозу опромінення, яку накопичує тіло людини за час польоту до Марса за різних умов. Також вони проаналізували різні глибини проникнення в тіло, щоб розрізнити чутливість шкіри, кровотворення й інших органів.

“На сьогодні більшість космічних агенцій припускають, що сумарна доза опромінення космонавтів протягом їх життя не повинна перевищувати 1 зіверта, – каже Юрій Шпріц. – Нові розрахунки показують, що в цей ліміт можна вкластися, якщо корабель матиме оптимальне екранування, політ почнеться під час пікової активності Сонця й загальний час польоту не перевищить 3,8 року”.

“Ми визначили оптимальну комбінацію екранування космічних кораблів і дату запуску, що дозволяє максимально тривалий час польоту. Наші розрахунки показують, що найкращий час для початку пілотованого польоту на Марс і назад — це фаза спаду сонячної активності. Якщо середнє екранування становить 10 см алюмінію, місія може тривати до чотирьох років без перевищення дозволеної межі радіаційного ризику. Оскільки наступний сонячний максимум наближається досить скоро — приблизно у 2025 році — Марсу, можливо, доведеться почекати до середини 2030-х років“, — прокоментував перший автор дослідження, доктор Михайло Добинде.

Результати дослідження свідчать, що щільність матеріалу екранування 30 г/см² найбільш оптимальна: щільніший матеріал призводить до посилення процесу розсіювання часток, що створює так звані вторинні частки, які можуть підвищувати опромінення всередині космічного апарата. А якщо щільність екрану буде меншою за 30 г/см², то критичну дозу опромінення можна буде отримати навіть під час коротших польотів.

Автори продовжують дослідження ефективності різних екранувальних матеріалів та радіаційного середовища на поверхні Марса та Місяця.

За матеріалами: German Research Centre for Geosciences, EurasiaReview.