Наука и технологии 28 Сентября 2021

На Марс — без опасной дозы

Российские ученые планируют испытать на МКС защиту космонавтов от радиации в межпланетных полетах. Специалисты Института космических исследований завершают изготовление полного эквивалента будущего летного прибора
На Марс — без опасной дозы
В 2023 году БТН-М2 (бортовой телескоп нейтронов) должны будут доставить на орбиту грузовым кораблем «Прогресс»
atomic-energy.ru

В 2023 году БТН-М2 (бортовой телескоп нейтронов) должны будут доставить на орбиту грузовым кораблем «Прогресс». Как рассказал заведующий отделом ядерной планетологии Института космических исследований (ИКИ) РАН Игорь Митрофанов, испытания устройства планируется проводить на новом многоцелевом лабораторном модуле «Наука» Международной космической станции.

Снаружи модуля «Звезда» сейчас работает полный эквивалент изготавливаемого прибора — БТН-М1. С его помощью исследователи изучают, как распределяются в окрестности МКС потоки нейтронов, которые возникают в веществе станции под воздействием космических лучей или во время солнечных вспышек, и оценивают их вклад в дозу радиации, получаемую космонавтами во время выходов в открытый космос.


БТН-М1.jpg
Снаружи модуля «Звезда» сейчас работает полный эквивалент изготавливаемого прибора — БТН-М1
sun1-88.userapi.com

Комплексное исследование нейтронных потоков

«БТН-М1 и БТН-М2 — это два прибора в рамках одного эксперимента “БТН-Нейтрон” на борту российского сегмента МКС, — рассказал “Стимулу” Игорь Митрофанов. — БТН-М1 был установлен на модуле “Звезда” еще в 2007 году для регистрации локальных потоков нейтронов и гамма-лучей вне гермоотсека этого модуля. Это излучение возникает от бомбардировки верхней атмосферы Земли и вещества станции энергичными частицами галактических и солнечных космических лучей, проникающих во внутреннюю область магнитосферы. Прибор БТН-М2 создается для установки внутри гермоотсека модуля “Наука”. Два прибора будут работать одновременно, и по данным их измерений можно построить полную инженерную модель нейтронного фона как вне станции, так и внутри гермоотсеков».

Прибор БТН-2 будет также оснащен съемными экранами радиационной защиты от нейтронов. Сравнивая данные измерений с экранами и без них, можно будет оценить эффективность этой защиты и выяснить, можно ли ее применять для создания «радиационных убежищ» будущих межпланетных космических кораблей.

magnifier.png Прибор БТН-2 будет оснащен съемными экранами радиационной защиты от нейтронов. Сравнивая данные измерений с экранами и без них, можно будет оценить эффективность этой защиты и выяснить, можно ли ее применять для создания «радиационных убежищ» будущих межпланетных космических кораблей

Эти экраны основаны на разработках для космических нейтронных телескопов ЛЕНД и ФРЕНД, которые были созданы в отделе ядерной планетологии ИКИ РАН совместно с коллегами из лаборатории нейтронной физики Объединенного института ядерных исследований.

«Для этих телескопов с высоким пространственным разрешением мы разработали нейтронные коллиматоры — массивные толстостенные детали, которые окружают детекторы нейтронов со всех сторон, как стенки колодца, оставляя для проникновения частиц в детекторы только небольшой телесный угол — угол под названием “поле зрения”, — рассказывает Игорь Митрофанов. — Внешние нейтроны, падающие на телескоп вне “поля зрения”, практически полностью поглощаются веществом коллиматора. Благодаря таким коллиматорам телескопы на борту спутников Луны (ЛЕНД) и Марса (ФРЕНД) регистрируют потоки нейтронного излучения от этих небесных тел с высоким пространственным разрешением. Мы решили применить опыт создания коллиматоров для космических нейтронных телескопов для создания экранов от нейтронной радиации на борту космических аппаратов — так была предложена концепция прибора БТН-М2 для МКС».

По словам ученого, благодаря этому эксперименту исследователи поймут, насколько возможно уменьшить нейтронный радиационный фон на борту станции с применением таких защитных экранов. Для МКС на низкой околоземной орбите это не очень важно, а для будущих полетов за пределы земной магнитосферы, в далекий космос, где нейтроны, произведенные галактическими и солнечными космическими лучами, будут очень серьезной радиационной опасностью для экипажа, появятся варианты нейтронной радиационной защиты уже прямо на борту аппарата.


МИТРОФАНОВ111.jpg
Заведующий отделом ядерной планетологии Института космических исследований РАН Игорь Митрофанов
ИКИ

Защитить от космической бомбардировки

Межпланетное пространство наполнено галактическими космическими лучами — это потоки не только нейтронов, но и энергичных протонов и ионов, которые генерируются далеко в нашей галактике взрывающимися звездами. Наше Солнце также излучает такие потоки в периоды солнечной активности. Радиационный фон от энергичных заряженных частиц представляет очень серьезную опасность для живых организмов. На околоземной орбите внутри магнитосферы эта опасность практически полностью устраняется: магнитное поле отклоняет заряженные частицы и не пропускает их внутрь магнитосферы. Радиационно опасными областями околоземного космического пространства остаются полярные районы, где частицы двигаются к земной поверхности вдоль силовых линий, и радиационные пояса или магнитные аномалии, где частицы застревают в магнитных ловушках.

magnifier.png Полет на Марс должен продолжаться многие месяцы. За это время накопленная доза приблизится к предельно допустимой, а спрогнозировать солнечную активность на такой продолжительный срок невозможно

«Вне магнитосферы космические аппараты подвержены прямой бомбардировке галактическими или солнечными космическими лучами, - рассказывает Игорь Митрофанов. — Защитой от них могут быть только толстые стенки и (или) искусственно созданные магнитные отклоняющие экраны. Толстые стенки обязательно нужны, так как частицы отклоняет только поперечная компонента поля, а у него всегда остаются магнитные полюса, где силовые линии не отклоняют потоки заряженные частиц, распространяющихся вдоль них».

Беда приходит и с другой стороны: вещество толстых стенок под воздействием поглощаемых протонов и ионов генерирует вторичные нейтроны. А нейтроны не отклоняются магнитным полем и создают локальный радиационный фон. Выходит, что, устранив локальный радиационный фон от космических заряженных частиц, мы получаем на борту космического корабля локальный фон от вторичных нейтронов.

«Не решив проблему радиационного фона на борту космического аппарата, человечество не сможет отправить пилотируемую экспедицию на Марс, — уверен Игорь Митрофанов. — На Луну слетать можно, и это подтвердили участники американского лунного проекта “Аполлон”. Дело в том, что до Луны недалеко и суммарная доза радиации от галактических лучей оказывается допустимой. Солнечные вспышки могут оказаться фатальными, но их можно относительно достоверно предсказать и не отправляться в путь при плохом прогнозе солнечной погоды».

magnifier.png Энергичные заряженные частицы нужно будет максимально отклонить от космического аппарата с экипажем на борту, а в тех направлениях, где магнитное поле их пропускает, — установить тяжелые защитные стенки

Полет на Марс должен продолжаться многие месяцы. За это время накопленная доза приблизится к предельно допустимой, а спрогнозировать солнечную активность на такой продолжительный срок, по словам ученого, невозможно. Поэтому эксперимент, который готовят специалисты Института космических исследований для научной программы МКС, — это первые шаги по созданию радиационно безопасного пилотируемого корабля для продолжительных полетов в дальнем космосе.

Проблему создания радиационной защиты предстоит решить всем космическим державам, которые планируют проводить пилотируемые экспедиции в дальнем космосе. «Ядерные процессы происходят для всех одинаково, поэтому и инженерные решения будут аналогичными, — считает Игорь Митрофанов. — Энергичные заряженные частицы нужно будет максимально отклонить от космического аппарата с экипажем на борту, а в тех направлениях, где магнитное поле их пропускает, — установить тяжелые защитные стенки. Вторичные энергичные нейтроны, которые родятся в веществе этих стенок, нужно будет поглотить, не пропустив их в обитаемый гермоотсек. Для этого будут применяться экраны, в которых эти нейтроны вначале эффективно замедлятся, а затем поглотятся ядрами элементов с большим сечением нейтронного захвата. И первые опыты по созданию таких экранов мы планируем провести в эксперименте “БТН-Нейтрон” на МКС».

Еще по теме:
22.10.2021
Мы беседуем с известным историком науки Алексеем Кожевниковым об уникальном стечении обстоятельств, которые повлияли на ...
15.10.2021
Замораживать до абсолютного ноля необязательно: фундаментальная квантовая теорема работает и при несколько более высоких...
12.10.2021
Нобелевскую премию по экономике присудили за «естественные эксперименты» в неестественных науках
11.10.2021
В Московском государственном технологическом университете «Станкин» ищут пути облегчения коммуникации человек—робот в ус...
Наверх