Многие из нас читали фантастические рассказы о пилотируемых перелётах к другим планетам и звёздам. В Солнечной системе существует много интересных объектов для визитов и колонизации, однако Марс – ближайший к нам и самый популярный. Что мешает нам отправиться туда прямо сейчас?
На самом деле опасность есть: и в космосе, и на Марсе людям угрожает высокий уровень радиации.
В Солнечной системе есть два основных источника радиации: почти постоянный фон космических лучей (в основном протонов), доза от которых по измерениям детектора RAD в миссии «Кьюриосити» на Марс составила 1,8 миллизиверт (мЗв) в день, и нерегулярные кратковременные мощные протонные штормы во время солнечных вспышек. Для примера в 253-дневной миссии «Кьюриосити» к Марсу было зафиксировано пять вспышек, во время одной из них в марте 2012 года за три дня доза облучения для астронавта составила бы сразу 20 мЗв. Для понимания: по нормативам, 20 мЗв – это предельная годовая доза для работников атомных станций в России. Космические лучи также называют солнечным ветром, потому что это постоянный поток ионизированных частиц из солнечной короны в космос. Если миссия космонавта обошлась бы без вспышек и присутствовал бы только постоянный фон, то предельная годовая доза для персонала на Земле набралась бы за 11 дней.
На Земле от космических лучей нас защищает плотная атмосфера высотой около 10 км, что, как знает любой школьник, эквивалентно 760 мм ртутного столба. Можно представить, как будто атмосферы нет, но над каждым из нас защита из почти метра ртути, плотность которой выше, чем у свинца. Ни одна опасная частица из космоса не может «пробить» атмосферу и долететь до поверхности. Из космоса легко преодолеть эту защиту могут только нейтрино. Они рождаются в центре Солнца и в большом количестве присутствуют в открытом космосе в Солнечной системе и на Земле, но слабо взаимодействуют с веществом и не представляют для нас никакой опасности.
Дополнительную защиту нам обеспечивает магнитное поле нашей планеты, не позволяющее заряженным частицам солнечного ветра попадать прямо в атмосферу. Радиационный фон на Международной космической станции, которая летает недалеко от поверхности и тоже защищена магнитным полем Земли, составляет около 0,6–0,7 мЗв в день, что в три раза ниже, чем в открытом космосе. На Земле за год мы получаем дозу суммарно менее 1 мЗв (без учёта медицинских рентгеновских обследований), то есть атмосфера нас очень эффективно защищает от космической радиации.
На Марсе такой плотной атмосферы нет, поэтому на поверхности планеты уровень облучения почти как в космосе. Это означает, что находиться на поверхности опасно и длительные миссии (и тем более колонии) должны размещаться под поверхностью марсианского грунта для защиты от радиации.
Рассмотрим сценарий экспедиции на Марс с возвращением экипажа и оценим, какую дозу радиации получат космонавты.
Если экономить топливо и лететь по самой оптимальной траектории, то путь в одну сторону займёт 250 дней. Далее космонавты будут какое-то время строить станцию, исследовать Марс и ждать возможности для старта на Землю – такие ситуации возникают чуть реже, чем раз в два года, так как Марс и Земля вращаются вокруг Солнца с разной скоростью. Марс делает оборот вокруг Солнца за 1,88 года, приблизительно в два раза медленнее нашей планеты. Проект NASA по полёту на Марс предполагает, что астронавты проведут на Марсе 500 дней и затем полетят обратно.
В этом случае вся экспедиция займёт до трёх лет, из которых 500 дней экипаж проведёт в открытом космосе. За время перелётов будет набрана доза порядка 1 Зв, плюс столько же на Красной планете, если не защищаться от космического излучения. На защищённой марсианской станции, по оценкам NASA, за 500 дней путешественники получат 0,35 Зв. Суммарно 1,35 Зв – это уже большая доза для человека. С учётом того, что обычный человек на Земле за год набирает дозу порядка 1 мЗв, то, чтобы набрать 0,35 или 1 Зв, нужно прожить 350 или 1000 лет.
Роскосмос считает, что предельная доза для космонавтов – 1 Зв. На самом деле потенциально опасно уже в пять раз меньше (200 мЗв). Безопасными считаются дозы в сотни раз ниже, чем допустимые для космонавтов: в России для работающего на радиационных объектах персонала предельной годовой дозой установлено 20 мЗв, а для населения – 5 мЗв, ещё в четыре раза ниже.
Радиация вызывает повреждение клеток различных органов, и если большая доза получена не за короткое время (самый опасный случай, который может привести к смерти), то основная угроза для здоровья – повышение шансов появления злокачественных опухолей (рака). Чем выше доза, тем выше вероятность заболевания. Однако при больших дозах (порядка 1 Зв) возникают и другие системные проблемы в организме: например, мутнеет хрусталик глаза (развивается катаракта) и повреждается костный мозг, участвующий в системе кроветворения. Неизученным и потенциально опасным для дальних миссий остаётся вопрос влияния существенной радиации на нервную систему человека и, соответственно, поведение космонавтов.
Чтобы снизить время полёта к Красной планете, предлагается оборудовать космический корабль мощным плазменным двигателем, и такие разработки ведутся. В этом случае, по оценкам NASA, при самом коротком полёте к Марсу и обратно (180 дней в одну сторону) космонавты получат дозу облучения 0,66 Зв (без учёта солнечных вспышек, которые сложно прогнозировать и которые могут значительно увеличить суммарное облучение). Но для работы мощного двигателя потребуется ядерный реактор на борту корабля, что создаст дополнительное облучение для членов экипажа. Даже в этом случае в миссии на Марс космонавт получит дозу заведомо больше 1 Зв (более 0,66 Зв в полёте и 0,35 Зв на планете).
Обеспечить космонавтов хорошей радиационной защитой в космосе не удастся, так как это сильно увеличит массу корабля и, следовательно, стоимость всей миссии. При подлёте к Марсу корабль нужно будет затормозить, чтобы не разбиться о планету. А на взлёте при возвращении нужно будет преодолеть гравитацию Марса.
Получается, что начальную колонизацию планет и спутников лучше доверить роботам, а люди позже должны лететь на быстрых космических кораблях на готовые защищённые базы. Именно это мы сейчас наблюдаем на Марсе: в данный момент он заселён только сделанными человеком роботами.
Иллюстрация: Елена Рюмина
