«За последние 200 дней пребывания на Марсе мы узнали о воздействии радиации. Конечно, космическое пространство - опасное место, и излучение является одной из многих причин. Предполагалось, что как только наши астронавты благополучно приземляться на поверхность Марса, планета обеспечит надежную защиту от разрушительного действия радиации. Но оказалось всё не так - радиация влияла не только на человека, но и на автоматические аппараты», - было опубликовано в журнале «Наука».

«На Земле от радиации мы защищены магнитосферой и относительно плотной атмосферой. Но радиация на Марсе - это неоспоримый факт», - сказал Дон Хеслер, автор статьи «Радиационная обстановка поверхности Марса измеряется в Марсианской научной лаборатории».

На Земле радиационное излучение связывают с последствиями катастроф, таких как Чернобыль и Фукусима. Иногда мы беспокоимся, что компьютерная томография, рентген и трансконтинентальные рейсы могут быть причиной облучения. Самым опасным источником излучения, по данным Общества по физическим основам радиационной безопасности, является радон.

Марсоход «Curiosity», находясь в 180-дневном путешествии, позволил вычислить среднюю дозу облучения. Это примерно 300 мЗв, что эквивалентно 24 компьютерным томографиям. Чтобы добраться до Марса, астронавт будет подвергаться 15-кратному годовому облучению, нежели работник атомной станции.

«Изменчивость в уровнях радиации была намного больше, чем ожидалось, - сказал Хеслер. - Существуют также сезонные колебания излучения».

Соавтор исследования Дженнифер Эйгенборд из Института космических исследований утверждает, что потоки излучения имеют решающее значение при определении возможности жизни на Красной планете. Самые мощные частицы в воздухе проникают в марсианский грунт. Воздействуя на поверхность, галактические космические лучи и сильные солнечные энергетические частицы производят гамма-лучи и нейтроны, способные разорвать молекулярные связи в почве. Возможно, этот процесс уничтожил все следы жизни, расположенные близко к поверхности. Новое исследование предполагает, что найти органические молекулы можно, нужно лишь копать гораздо глубже.

«Если мы найдем органику на Марсе, то это нам поможет направить наше исследование в новое русло», - сказала Эйгенборд.

«Зная уровень радиации, мы сможем конструировать различные системы на поверхности, чтобы защитить наших астронавтов от вредного воздействия», - сказал Хеслер.

Чтобы выжить в пути и на планете, необходимо знать космическую погоду. Прогнозирование космической погоды является относительно новой областью, но имеет решающее значение для всех космических миссий.

Прогноз космической погоды включает прогнозирование солнечных вспышек, геомагнитных бурь и выбросов корональной массы, исходящих от Солнца.

«С помощью детектора оценки излучения (RAD) мы продолжаем получать сведения об излучении поверхности, типе частиц и относительных частотах. В настоящее время это единственный способ оценки излучений на Марсе. Данная система поможет более точно разработать костюмы астронавтов, наилучшее место пребывания на планете, запланировать деятельность вне космического корабля. Благодаря измерениям RAD мы можем начать писать «Руководство по выживанию на Марсе», - заявил Хеслер.

Curiosity имеет на борту прибор RAD для определения интенсивности радиоактивного облучения. В ходе своего полета к Марсу Curiosity производил замеры радиационного фона, а сегодня об этих результатах рассказали ученые, которые работают с NASA. Поскольку марсоход летел в капсуле, а датчик радиации располагался внутри, то эти замеры практически соответствуют тому радиационному фону, который будет присутствовать в пилотируемом космическом корабле.

Результат не вдохновляет - эквивалентная доза поглощенного радиационного облучения в 2 раза превосходит дозу МКС. И в четыре - ту, которая считается предельно допустимой для АЭС.

То есть шестимесячный полет к Марсу примерно равносилен 1 году проведенному на околоземной орбите или двум на атомной электростанции. Учитывая, что общая длительность экспедиции должна составить около 500 суток, перспектива открывается не оптимистичная.
Для человека накопленная радиация в 1 Зиверт повышает риск раковых заболеваний на 5%. NASA позволяет своим астронавтам за свою карьеру, набирать не более 3% риска или 0,6 Зиверта. С учетом того, что на МКС ежедневная доза составляет до 1 мЗв, то предельный срок пребывания астронавтов на орбите ограничивается примерно 600 сутками за всю карьеру.
На самом Марсе радиация должна быть примерно в два раза ниже чем в космосе, из-за атмосферы и пылевой взвеси в ней т.е. соответствовать уровню МКС, но точных показателей еще не публиковали. Интересны будут показатели RAD в дни пылевых бурь - узнаем насколько марсианская пыль является хорошим радиационным экраном.

Сейчас рекорд пребывания на околоземной орбите принадлежит 55-летнему Сергею Крикалеву - на его счету 803 суток. Но он набрал их с перерывами - всего он совершил 6 полетов с 1988 по 2005 год.

Прибор RAD состоит из трех кремниевых твердотельных пластин, выступающих в качестве детектора. Дополнительно он имеет кристалл йодида цезия, который используется в качестве сцинтилятора . RAD установлен так, чтобы во время посадки смотреть в зенит и захватывать поле в 65 градусов.

Фактически это радиационный телескоп, который фиксирует ионизирующие излучения и заряженные частицы в широком диапазоне.

Радиация в космосе возникает в основном из двух источников: от Солнца - во время вспышек и коронарных выбросов, и от космических лучей, которые возникают во время взрывов сверхновых или других высокоэнергетических событий в нашей и других галактиках.


На иллюстрации: взаимодействие солнечного «ветра» и магнитосферы Земли.

Космические лучи составляют основную долю радиации в межпланетном путешествии. На них приходится доля излучения в 1,8 мЗв в сутки. Лишь три процента облучения накоплено Curiosity от Солнца. Это связано еще и с тем, что полет проходил в сравнительно спокойное время. Вспышки повышают суммарную дозу, и она приближается к 2 мЗв в сутки.

Пики приходятся на солнечные вспышки.

Нынешние технические средства более эффективны против солнечной радиации, которая имеет невысокую энергию. Например, можно оборудовать защитную капсулу, где космонавты смогут скрываться во время солнечных вспышек. Однако, от межзвездных космических лучей не защитят даже 30 см алюминиевые стены. Свинцовые, вероятно, помогли бы лучше, но это значительно повысит массу корабля, а значит затраты на его выведение и разгон.

Наиболее эффективным средством минимизации облучения должны стать новые типы двигателей, которые существенно сократят время полета до Марса и обратно. NASA сейчас работает над солнечным электрореактивным двигателем и ядерным тепловым. Первый может в теории разогнаться до 20 раз быстрее современных химических двигателей, но разгон будет очень долгим из-за малой тяги. Аппарат с таким двигателем предполагается направить для буксировки астероида , который NASA хочет захватить и перевести на окололунную орбиту для последующего посещения астронавтами.

Наиболее перспективные и обнадеживающие разработки по электрореактивным двигателям ведутся по проекту VASIMR . Но для путешествия к Марсу солнечных панелей будет недостаточно - понадобится реактор.

Ядерный тепловой двигатель развивает удельный импульс примерно втрое выше современных типов ракет. Суть его проста: реактор нагревает рабочий газ (предполагается водород) до высоких температур без использования окислителя, который требуется химическим ракетам. При этом предел температуры нагрева определяется только материалом из которого изготовлен сам двигатель.

Но такая простота вызывает и сложности - тягой очень сложно управлять. NASA пытается решить эту проблему, но не считает разработку ЯРД приоритетной работой.

Применение ядерного реактора еще перспективно тем, что часть энергии можно было бы пустить на генерацию электромагнитного поля, которое бы дополнительно защищало пилотов и от космической радиации, и от излучения собственного реактора. Эта же технология сделала бы рентабельной добычу воды на Луне или астероидах, то есть дополнительно стимулировала коммерческое применение космоса.
Хотя сейчас это не более чем теоретические рассуждения, не исключено, что именно такая схема станет ключом к новому уровню освоения Солнечной системы.

Американские учёные представили первый подробный отчёт о радиации на поверхности Марса. В основу легли данные собранные за первые триста дней миссии детектором оценки радиации (RAD), установленным на марсоходе Curiosity.

Результаты, опубликованные в журнале Science , показывают, что радиоактивное излучение хоть и представляет угрозу здоровью астронавтов, но всё-таки не ставит крест на планах пилотируемых полётов.

Излучение на Марсе гораздо жестче, чем на Земле по двум причинам. Во-первых, там отсутствует глобальное магнитное поле, которое прикрывает землян. Во-вторых, слишком тонкий слой атмосферы обеспечивает небольшую защиту от солнечного излучения, но бесполезен против космических лучей.

В среднем радиоактивное воздействие на поверхности планеты эквивалентно дозе в 0,67 миллизивертов. Это почти в три раза меньше дозы в 1,8 миллизивертов, которую ежесуточно регистрировал RAD во время межпланетного перелёта.

За первые восемь месяцев работы марсохода RAD зафиксировал один мощный всплеск излучения, связанный с вспышкой на Солнце, а также три "провала", вызванных корональными выбросами в межпланетное пространство , которые обеспечили магнитное экранирование от космического излучения.

"Мы продолжаем следить за радиационной обстановкой в разные периоды солнечного цикла и наблюдаем за последствиями крупных солнечных бурь. Эти измерения дают нам важную информацию для планирования будущих экспедиций", — сообщил в пресс-релизе NASA главный исследователь RAD Дон Хасслер (Donald Hassler) из Юго-западного исследовательского института в Боулдере.

Предполагается, что экспедиция к Красной планете продлится 860 суток, из которых 180 уйдёт на перелёт в каждую сторону, и ещё 500 суток земляне проведут на поверхности планеты. Во время пилотируемого полёта дозу облучения можно будет снизить с помощью .

По оценке специалистов суммарная доза облучения, которую космические путешественники получат за всё путешествие, составит около одного зиверта .Такая доза не считается смертельной, но увеличивает риск развития смертельных форм рака как минимум на 5%.

Отметим, что согласно действующим правилам Американского космического агентства NASA риск подобных заболеваний за всю карьеру астронавтов не должен повышаться более чем на 3%. Однако существующие нормы были рассчитаны для работы на низкой околоземной орбите и, конечно же, требуют корректировки для дальних полётов.

Сейчас НАСА совместно с Институтом медицины (IOM) проводят исследования, чтобы разработать нормы и ограничения для экспедиций к другим планетам, в частности, к Марсу.

Новое исследование кроме чисто практического значения для будущих экспедиций проливает свет на . Уровень радиации на поверхности планеты позволяет предположить, что микробные организмы не могли сохраниться в верхних слоях почвы, а признаки существующих или прошлых форм жизни следует искать в скважинах .

Риск радиационного облучения на Марсе для людей не так велик, как считалось раньше, новые результаты, полученные марсоходом Curiosity (Кьюриосити), говорят о том, что теперь это не является препятствием для долговременных пилотируемых миссий к Красной Планете.

В результате миссии, которая будет состоять из 180 дней путешествия в один конец (к Красной Планете или обратно к Земле) и 500 дней, проведенных собственно на Марсе, человек получит суммарную дозу облучения, равную 1.01 зиверта, - таков результат измерений, проведенных детектором излучений ровера Radiation Assessment Detector (RAD).

Европейское Космическое Агентство ограничило допустимую дозу облучения, которую получают космонавты за все время своей работы, 1 зивертом – при этом риск возникновения злокачественных опухолей возрастает на 5%.

«Безусловно, это приемлемое число», - заявляет руководитель отдела RAD Дон Хасслер (Don Hassler) из Юго-Западного Научно-Исследовательского Института в Боулдере, и ведущий автор исследования, результаты которого были опубликованы 9 декабря в журнале Science.

Доза облучения, полученного на Марсе, в 1 зиверт, превышает существующие стандарты NASA, которые ограничивают для астронавтов возрастающий риск заболевания раком, тремя процентами. Однако эти границы были установлены для миссий, предназначенных для полетов на околоземной орбите, в ближайшее время они могут быть пересмотрены с учетом более далеких полетов, считает Хасслер.

"NASA работает с Институтом Медицины Национальной Академии Наук, чтобы оценить, какими будут приемлемые границы для дальних космических полетов, таких, как миссия на Марс", - заявляет Хасслер.

Новые результаты представляют собой наиболее полную на данный момент картину радиационного окружения на пути к Марсу и на поверхности Красной Планеты. В них входят данные, которые RAD собрал за 8 месяцев, которые длилось космическое путешествие к Марсу, и в течение первых 300 дней на планете, - с августа 2012 года.

Измерения RAD охватывают два разных типа излучения энергетических частиц – галактических космических лучей, которые ускоряются до невероятных скоростей взрывами отдаленных сверхновых, и солнечных энергетических частиц, которые выбрасываются в космос штормами, которые происходят на Солнце.

Данные RAD показывают, что космонавты, исследующие поверхность Марса, будут получать дозу, равную приблизительно 0.64 миллизиверта каждый день. Во время путешествия к Марсу уровень радиации будет выше приблизительно в три раза - 1.84 миллизиверта каждый день.

Однако, Хасслер подчеркивает, что радиационное окружение Марса динамично, поэтому измерения Curiosity – не окончательные. Например, данные RAD были собраны во время пика 11-летнего цикла солнечной активности, в то время, когда поток галактических космических лучей относительно низкий (так как солнечная плазма обычно рассеивает солнечные лучи).

Измерения, сделанные Curiosity, должны помочь NASA в планировании пилотируемой миссии к Марсу, которую космическое агентство планирует запустить в середине 2030-х. Так же они дают информацию, которая помогает в поисках признаков жизни на Красной Планете в настоящем или прошлом – еще одна из главных задач, поставленных NASA.

Например, Хасслер заявляет, что новые результаты исследований RAD позволяют предположить, что на поверхности Марса найти признаки жизни будет затруднительно. "Эти измерения говорят нам о том, что признаки жизни на планете в прошлом можно найти на глубине около 1 метра", - говорит Хасслер.

К примеру, NASA поддерживает работу нескольких спутников, которые изучают Солнце, космическую среду по всей Солнечной системе и отслеживают галактические космические лучи в надежде обеспечить лучшее понимание солнечной и космической радиации. Также в агентстве занимаются поисками лучших вариантов экранирования астронавтов и электроники.

В 2014 году NASA запустило Reducing Galactic Cosmic Rays Challenge, интенсивный конкурс с призом в 12 000 долларов, которыми будут поощрены лучшие идеи по снижению воздействия на космонавтов галактических космических лучей. После первого конкурса в апреле 2014 года последовал еще один в июле с общим призовым уже в 30 000 долларов за идеи, связанные с активной и пассивной защитой.

Когда дело доходит до долгосрочного пребывания и колонизации, в прошлом всплывали еще несколько идей. Например, как предлагали Роберт Зубрин и Дэвид Бейкер в плане миссии Mars Direct, жилища можно строить прямо в земле, которая будет естественной защитой от радиации.

Предлагали также и создавать надувные модули, заключенные в керамике, созданной с помощью марсианского грунта. Этот план будет опираться на технику 3D-печати, известную как «спекание», когда песок превращается в расплавленный материал с помощью рентгеновских лучей.

MarsOne, некоммерческая организация, которая обещает колонизировать Марс в ближайшие несколько десятилетий, предлагает свой вариант защиты марсианских поселенцев от радиации. Организация предложила встроить экранирование в космический аппарат миссии, транспортное средство и жилой модуль. В случае солнечной вспышки, если защиты будет недостаточно, они предлагают создать специализированное радиационное убежище (расположенное в полой емкости для воды) внутри их Mars Transit Habitat.

Но самое радикальное предложение по снижению воздействия включает перезапуск ядра планеты для восстановления ее магнитосферы. Для этого нам нужно разжижить внешнее ядро, чтобы оно снова могло конвектировать вокруг внутреннего ядра. Собственное вращение планеты начнет создавать эффект динамо и магнитное поле будет генерироваться.

По словам Сэма Фактора, аспиранта с кафедры астрономии Университета штата Техас, есть два способа сделать это. Первый - взорвать серию термоядерных боеголовок вблизи ядра планеты, а второй - пропустить электрический ток через планету, производя сопротивление в ядре, которое будет разогреваться.

Учеными из Национального института наук синтеза (NIFS) в Японии в 2008 году было проведено исследование, в котором рассмотрели возможность создания искусственного магнитного поля вокруг Земли. Обнаружив, что за последние 150 лет интенсивность магнитного поля упала на 10%, они выступили за создание окружающих планету сверхпроводящих колец, которые могли бы компенсировать будущие потери.

С несколькими изменениями, такая система может быть адаптирована для Марса. Она будет создавать магнитное поле, которое может помочь экранировать поверхность от части вредоносной радиации. И если терраформаторы смогут создать на Марсе атмосферу, такая система также защитит ее от солнечного ветра.

Наконец, исследование, проведенное в 2007 году исследователями из Института минералогии и петрографии в Швейцарии, показало, как выглядит ядро Марса. Используя алмазную камеру, ученые смогли воспроизвести условия давления на железо-серные и железо-никель-серные системы, которые соответствуют центру Марса.


Они обнаружили, что при температурах марсианского ядра (порядка 1227 градусов по Цельсию), внутреннее ядро было бы жидким, но внешнее - слегка затвердевшим. Это сильно отличается от земного ядра, в котором отвердевание внутреннего ядра высвобождает тепло, которое сохраняет внешнее расплавленным, рождая таким образом эффект динамо и магнитное поле.

Отсутствие твердого внутреннего ядра на Марсе будет означать, что однажды жидкое внешнее ядро должно было иметь другой энергетический источник. Каким-то образом этот источник иссяк, и внешнее ядро затвердело, положив конец эффекту динамо. Однако их исследование также показало, что остывание планеты могло бы привести к отвердению ядра в будущем, поскольку либо богатые железом твердые вещества провалились бы в центр, либо сульфиды железа кристаллизовались бы в ядре.

Другими словами, ядро Марса однажды может стать твердым, нагревая внешнее ядро и расплавляя его. В сочетании с собственным вращением планеты, это будет вырабатывать эффект динамо, который однажды снова запустить магнитное поле планеты. Если это правда, то колонизация Марса и безопасное проживание на нем будет вопросов времени - нужно будет подождать, пока ядро кристаллизуется.

По-другому никак. В настоящее время радиация на поверхности Марса довольно опасна. Поэтому любые полеты на планету в будущем будут принимать во внимание радиационную защиту и контрмеры. И все, кто останется на Марсе надолго, должны будут либо закопаться глубже в землю, либо оградить себя от солнечных и космических лучей.

Но необходимость - мать изобретения, не так ли? И раз уж нам нужно начинать колонизировать другие миры, если мы хотим выжить как вид, нам придется прибегать к инновационным решениям.