Исследования, проведённые в рамках Artemis I, продемонстрировали, что адресное экранирование наиболее уязвимых органов может значительно уменьшить дозу радиации приблизительно на 60% для солнечной бури 1972 года и почти на 40% для более интенсивного события 1989 года
15 августа 2026, 21:29Наука и космосDarth Sahara0
Одной из основных опасностей для пилотируемых полётов за пределами магнитосферы Земли остаётся ионизирующее излучение. Особенно критичны солнечные протонные события (Solar Particle Events, SPE) — кратковременные выбросы высокоэнергетических частиц, способные за считанные часы резко увеличить дозу, которую получает астронавт. Полная защита всего космического аппарата затруднительна из-за его массы, поэтому международная команда учёных исследовала альтернативный метод: защищать не весь корабль, а конкретно наиболее чувствительные к радиации ткани человека.
В эксперименте использовали жилет AstroRad, созданный StemRad и Lockheed Martin. Его цель — не создать равномерный защитный слой вокруг всего тела, а сосредоточить защитный материал над органами и тканями, наиболее подверженными радиации: красным костным мозгом, лёгкими, желудком, кишечником, грудной клеткой и репродуктивными органами. Основным материалом защитного слоя является водородсодержащий полиэтилен высокой плотности (HDPE). Чтобы сделать толстый защитный слой более гибким, инженеры разделили его на шестиугольные сегменты различного размера. Масса тестовой версии составила около 26 кг.
Эксперимент проводился во время беспилотной миссии Artemis I в 2022 году. В кабине Orion находились два антропоморфных «фантома» — Helga и Zohar, изготовленные из материалов, имитирующих человеческие ткани. Внутри и на поверхности каждого находились активные и пассивные дозиметры, при этом Zohar был дополнительно облачен в AstroRad, тогда как Helga оставалась без индивидуальной защиты. Во время полёта к Луне и обратно не произошло значительного солнечного протонного события, что сделало невозможным прямое измерение воздействия жилета на солнечной буре.
Вместо этого исследователи воспользовались данными, полученными во время прохождения корабля Orion через внутренний радиационный пояс Ван Аллена. На их основе была создана и протестирована модель переноса излучения с помощью метода Монте-Карло. Расчёт воспроизвёл измеренные дозы с высокой точностью, после чего исследователи заменили спектр радиации пояса на спектры двух исторических солнечных событий — мощной бури августа 1972 года и более сильного по энергетическому составу события октября 1989 года.
Для сценария, соответствующего солнечной буре августа 1972 года, моделирование показало уменьшение эффективной дозы примерно на 60%: с 222,3 до 87,5 мЗв. Для события октября 1989 года защита оказалась менее эффективной из-за более высокой доли высокоэнергетических протонов, но всё равно составила около 38,5% — доза снизилась с 233,5 до 143,6 мЗв. Таким образом, эффективность AstroRad напрямую зависит от энергетического спектра солнечного события: низкоэнергетические протоны легче останавливаются относительно небольшим количеством материала, в то время как более энергичные частицы проникают глубже.
Эффект особенно заметен для отдельных органов. В сценарии 1972 года расчётная доза для груди уменьшалась на 75%, для желудка — примерно на 66%, для толстой кишки — на 65%, для лёгких — на 61%. В случае события уровня 1989 года соответствующие значения составили около 55, 39, 39 и 40%. При этом мозг практически не выигрывал от такой защиты: снижение его дозы составило около 3%. Это соответствует принципу, заложенному в конструкцию AstroRad: материал не распределяется равномерно по телу, а сосредоточивается там, где радиационное поражение наиболее значительно влияет на общий риск.
Авторы сравнили полученный эффект с действующими ограничениями NASA. Без жилета событие уровня августа 1972 года обеспечивало бы экипажу Orion около 204 мЗв эффективной дозы, а сценарий октября 1989 года — около 219 мЗв. С AstroRad эти значения снижались до 85,3 и 138,2 мЗв соответственно, оставаясь ниже установленного NASA порога в 250 мЗв для отдельного солнечного протонного события. Учитывая фоновое галактическое космическое излучение, использование жилета могло бы сохранить эквивалент 59–193 дней допустимого времени пребывания в дальнем космосе для события 1972 года и 40–131 день для события 1989 года — в зависимости от фазы солнечного цикла.
При этом AstroRad не предназначен для постоянной защиты от галактических космических лучей. В отличие от солнечных протонных событий, они поступают практически непрерывно и содержат значительно более энергичные частицы, поэтому для их эффективного экранирования потребовалась бы гораздо большая масса материала. Жилет рассматривается как аварийное решение во время солнечной бури, позволяющее уменьшить дозу в наиболее опасные часы или дни.
Метод также имеет практическое преимущество перед радиационным убежищем внутри корабля. Orion может использовать специально экранированную область, куда экипаж должен переместиться во время сильной солнечной вспышки. Однако такое укрытие ограничивает мобильность астронавтов. AstroRad обеспечивает сопоставимое снижение дозы в рассматриваемых сценариях, но позволяет человеку оставаться в рабочей зоне корабля и продолжать выполнять необходимые задачи. При этом сам эксперимент не подтверждает эффективность жилета во время реальной солнечной бури: ключевые результаты были получены именно экстраполяцией измерений Artemis I с помощью валидированной компьютерной модели.
Следующее ограничение — масса. Версия AstroRad, использовавшаяся на Artemis I, весила около 26 кг. После анализа полученных данных разработчики уже смогли сократить массу конструкции примерно до 16 кг без значительной потери защитных свойств. В дальнейшем команда рассматривает возможность создания ещё более лёгких вариантов, а также изготовления элементов радиационной защиты непосредственно в космосе из доступных материалов.
Таким образом, исследование впервые продемонстрировало на данных реального полёта за пределы низкой околоземной орбиты, что персональная носимая радиационная защита может существенно уменьшить дозу от крупных солнечных протонных событий даже внутри уже экранированного космического корабля. Для будущих экспедиций к Луне и Марсу AstroRad рассматривается не как замена корабельной защите, а как дополнительный уровень, позволяющий пережить солнечную бурю с меньшим радиационным риском и при этом не прекращать работу экипажа.
Источники:Science AdvancesarstechnicaНаука и космос0космосNASAАстронавтыКосмические полетыСолнечные вспышкиОсвоение луныРадиация
