План НАСА захистити марсіанських астронавтів від радіації

У місії Artemis I, яка нещодавно завершила історичний випробувальний політ навколо Місяця, на борту не було жодного астронавта, але було двоє дуже спеціальні пасажири: Хельга та Зохар, пара манекенів з високою анатомічною деталізацією, один з яких носив спеціальний радіаційний захист від радіації. подорож. Їхня місія? Виміряйте радіаційне опромінення в далекому космосі та визначте, чи може жилет захистити астронавтів від невидимих ​​небезпек космосу.

Щоб дізнатися більше про загрозу космічної радіації та як захистити астронавтів від неї, ми поговорили з генеральним директором компанії, яка виготовляє жилети, StemRad, а також відставному астронавту НАСА Скотту Келлі, ветерану місій на космічних станціях, який добре відомий своєю роллю в дослідженні астронавтів здоров'я.

Небачена небезпека радіації

Тут, на Землі, ми захищені від небезпечного випромінювання магнітосферою планети. Магнітне поле навколо Землі затримує випромінювання у двох областях, які називаються поясами Ван Аллена, що робить його безпечним для нас на поверхні. Але коли астронавти виходять за межі низької навколоземної орбіти, оскільки вони повинні відвідати Місяць (та інші потенційні місця в Сонячній системі, як-от Марс), вони піддаються небезпечному випромінюванню.

У довгостроковій перспективі вплив цього випромінювання, яке складається із заряджених частинок від сонця, називається сонячним вітри, частки, що викидаються під час викидів корональної маси, і космічні промені — можуть призвести до різних захворювань проблеми. Найважливіше те, що радіаційне опромінення підвищує ймовірність розвитку раку або різних дегенеративних захворювань. Ось чому NASA та інші космічні агентства встановлюють обмеження щодо кількості радіації, якій може піддаватися астронавт протягом свого життя.

Опромінення астронавтів у орбітальному середовищі, подібному до Міжнародної космічної станції набагато менше, ніж вони відчули б під час подорожі на Місяць, але цього все одно достатньо, щоб вплинути на екіпаж. «Іноді ви можете побачити, як космічні промені потрапляють на ваше очне яблуко, і ви розумієте, що це радіація, і вона також проходить через ваше тіло, а також ваші очі», – сказав Скотт Келлі, який брав участь у кількох місіях на Міжнародній космічній станції (МКС). «Отже, це те, про що ви знаєте».

Вихід за межі магнітосфери

Оскільки NASA планує відправити людей назад на Місяць і, зрештою, відправити місію з екіпажем на Марс, проблема радіаційного опромінення викликає велике занепокоєння. Попередні місії на Місяць за програмою «Аполлон» тривали всього кілька днів, і астронавти були пощастило не відчути жодних подій сонячних частинок, які підвищили рівень радіації в той час, коли вони були геть. Але для місій, які тривають тижнями чи навіть місяцями, нам потрібне рішення для захисту астронавтів від радіації.

Ось де на допомогу приходить жилет AstroRad. Виготовлений із багатого на водень полімерного матеріалу, жилет покриває таз і тулуб, захищаючи найбільш вразливі органи від сонячного випромінювання. Може здатися дивним, що захист від радіації можна застосувати лише до певних частин тіла Генеральний директор StemRad Орен Мільштейн сказав, що багато хто з тих, хто в космічній галузі подав цю ідею, були здивовані теж. Але захист всього тіла був би неймовірно громіздким, і найкращим захистом було б те, що астронавти могли б справді носити та виконувати свою роботу.

Замість підходу «все або нічого» вибірковий захист може збалансувати ефективність і практичність. Якщо ви можете захистити деякі з найбільш вразливих органів, як-от легені або тканини молочної залози, ви можете допомогти убезпечити людей, не надто обтяжуючи їх.

Концептуалізація кумулятивних ризиків

Як люди, ми частіше звикли думати про ризик як про безпосередню небезпеку, ніж як сукупний процес. Подумайте про різницю між страхом літати та тим, як ми думаємо про довгострокову небезпеку для здоров’я, як куріння. А коли справа доходить до космосу, природно думати про небезпеку з точки зору відмови ракет або вибуху космічного корабля, і важче уявити, як виглядає сукупний радіаційний вплив.

Один із ключових способів зменшити кумулятивне опромінення – зробити захист, який є достатньо хорошим, щоб запропонувати певний захист, але також, життєво важливо, достатньо зручним, щоб його носили астронавти. «Ми хочемо щось, що не тільки захищатиме вас, але й буде те, що ви захочете носити», — сказала Келлі. Він є членом консультативної ради StemRad і має особливе розуміння проблем здоров’я, з якими стикаються астронавти, оскільки він був частиною Революційне дослідження близнюків NASA про вплив космічного польоту на організм людини.

Жилет захищає частини тіла, забезпечуючи вільні рухи. І він може бути ефективним, навіть якщо його носити лише деякий час, як зазначив Мілштейн: «Це не все або нічого з точки зору тривалості використання. Ви можете використовувати продукт лише 70 відсотків часу, і він все одно буде дуже корисним. Ви можете зняти його, щоб прийняти душ або зайнятися фізичними вправами. Тому що радіація – це кумулятивна річ».

Важливість ергономіки

Щоб жилет був практичним у космічних польотах, астронавти повинні мати можливість вільно пересуватися під час його носіння. AstroRad був випробуваний на МКС п’ятьма астронавтами, які носили його вдень і вночі, виконуючи свої звичайні обов’язки, щоб перевірити, чи не заважає він їхнім рухам.

«Для багатьох життєво важливих справ, таких як їжа та сон — речей, які забирають багато часу — жилет підійшов», — сказав Мільштейн. Однак жилет перешкоджав певним рухам, таким як підняття рук над головою, що ускладнювало виконання таких завдань, як розвантаження вантажного автомобіля.

«Розвантажувати вантажний автомобіль складно, тому що все плаває», — сказав Келлі. «Коли ви дістаєте купу предметів із сумки, відкриваєте сумку, і всі вони починають летіти геть, і вам потрібно впоратися з цим, це стає викликом». За його словами, завдання було здебільшого психологічним, оскільки воно вимагає від астронавтів надзвичайної обережності методичні. Але будь-яка перешкода руху ускладнить і без того важке завдання.

«Мікрогравітація робить майже все важчим», — сказала Келлі.

Щоб зробити жилет максимально гнучким без шкоди для захисту, він виготовлений із тисяч шестикутників різної глибини, які поміщені в сітку. Це дозволяє окремим ділянкам мати товщий захист, ніж інші (наприклад, більший захист легенів), залишаючись при цьому достатньо гнучкими, щоб дозволяти рухатися. Наразі жилет доступний у двох розмірах, для чоловіків і жінок, але є плани щодо модульного система, яка дозволить жилету стати коротшим або довшим для більшої кількості різних розмірів тіла.

Тестування захисту в реальному сценарії

Тести, проведені на AstroRad на МКС, мали зрозуміти зручність і посадку жилетів для астронавтів, але вони не оцінювали кількість радіації, яка була заблокована. Для цього найкращий спосіб перевірити ефективність бронежилета — побачити його в ситуації, схожій на реальну місію з екіпажем.

Ось чому місія Artemis I, екіпаж якої було виведено, включала два манекени Хельга та Зохар, які мають форму торса та наповнені детекторами. Два торси призначені для виявлення вхідних частинок радіації, і один буде носити жилет, щоб команди могли побачити, наскільки жилет ефективний для зупинки цього випромінювання. Протягом 25-денного польоту від Землі навколо Місяця і назад вони будуть піддані такому ж радіаційному середовищу, в якому астронавти будуть під час майбутніх місій.

«Вперше в історії ми зможемо кількісно визначити дозу радіації та проникнення радіації в організм у глибокому космосі — те, чого ніколи не робили. І в той же час підтвердити потенційний контрзахід», – сказав Мільштейн. «Це буде скарбниця даних про сприйнятливість людини до радіації на рівні органів у далекому космосі».

У центрі уваги AstroRad – захист від іонізуючого випромінювання, оскільки воно є найбільш небезпечним для здоров’я людини. Але цей тест також покаже, чи ефективний жилет для зупинки іншого типу випромінювання, яке називається галактичними космічними променями. Це фонове випромінювання важко заблокувати, тому користь, ймовірно, буде незначною, але всі ці дані є корисними для майбутніх заходів захисту.

Психологія ризик-менеджменту

Дослідження космосу завжди супроводжуватиметься певним ризиком, і астронавтів вчать розділяти цю реальність як частину своєї роботи. «Вас навчають зосереджуватися на роботі та речах, які ви можете контролювати, і ігнорувати все інше», — пояснила Келлі. «Ви усвідомлюєте ризик, але не дозволяєте йому вивести вас з ладу».

Радіація — лише один із багатьох ризиків, з якими стикаються астронавти. Однак, на відміну від миттєвих ризиків, таких як невдача запуску, радіація є «цей невідомий ризик», — сказав Келлі. «Це тривалий ризик, якому ви піддаєтеся все своє життя».

На космічні агентства покладено моральний обов’язок утримувати своїх астронавтів у максимально можливій безпеці як з точки зору безпосередніх ризиків, так і з точки зору довгострокового впливу на здоров’я. Для місій Artemis на Місяць і для майбутніх екіпажних досліджень на далекій території захист від радіації буде важливою частиною цього.

Для Келлі ключем до його підходу до управління ризиками є збалансованість, яка передбачає пом’якшення тих ризиків, з якими можна впоратися, і впорання з тими, з якими неможливо. «Ми робимо це настільки безпечним, наскільки це можливо в розумних межах», — сказав він. «Якби ви хотіли, щоб речі були на 100% безпечні, ви б ніколи не виходили з дому».

Рекомендації редакції

• NASA відновило зв'язок із марсіанським вертольотом після дев'яти тижнів тиші
• Волонтери NASA цілий рік житимуть у змодельованому середовищі існування Марса
• Як спостерігати за двома американськими астронавтами під час виходу у відкритий космос на МКС у п’ятницю
• NASA втратило зв’язок із гелікоптером Mars Ingenuity на тиждень — але зараз усе гаразд
• Червневі поради NASA щодо спостереження за небом включають Марс у вулику