Содержание
Антирадиационный щит для космонавтов сделают из чернобыльской плесени
28 июля 2020
10:46
Анатолий Глянцев
Чернобыльская катастрофа подсказала неожиданный путь защиты космонавтов от радиации.
Фото EPA.
Способность плесени вида Cladosporium sphaerospermum поглощать гамма-лучи может быть использована для освоения космоса.
Фото Medmyco/Wikimedia Commons.
Учёные предложили необычный способ защитить человека от космической радиации.
Живым щитом для космонавтов должны стать колонии плесневых грибов, процветающие в разрушенном реакторе Чернобыльской АЭС.
Учёные предложили необычный способ защитить человека от космической радиации. Живым щитом для космонавтов должны стать колонии плесневых грибов, процветающие в разрушенном реакторе Чернобыльской АЭС.
Подробности изложены в препринте научной статьи, опубликованном на сайте biorXiv.org.
Космическое пространство пронизано опасной радиацией. Быстрые электроны, ядра атомов и гамма-кванты заставляют задуматься не о том, как сажать картофель на Марсе, а о том, как добраться туда живым.
Космонавты на борту МКС и других околоземных станций защищены магнитным полем Земли. Оно прикрывает их от большей части заряженных частиц. Но этот щит не идеален, и большая часть радиационного фона на орбите приходится как раз на пропущенные им электроны и атомные ядра.
К тому же космос пронизан ещё и опасными гамма-лучами, от которых магнитное поле не защищает никак.
Каждого из нас, скучно ползающего по поверхности планеты, от них прикрывает толстая атмосфера, но воспарившие ввысь космонавты такой защиты лишены.
В атомной промышленности всепроникающее гамма-излучение блокируют с помощью толстых стен из бетона, свинца и других материалов. Увы, при современной грузоподъёмности ракет космонавтам приходится только мечтать о подобной «броне». Толщина стенки МКС – всего 1,5 миллиметра.
Из-за пропущенных магнитным полем заряженных частиц и (в меньшей степени) из-за гамма-квантов радиационный фон на орбите в двести (!) раз выше, чем на поверхности Земли. Именно поэтому предельно допустимый срок пребывания в космосе – четыре года. (К слову, рекорд по суммарной продолжительности пребывания на орбите установлен Геннадием Падалкой и составляет 878 суток.)
Теперь биологи придумали, как защитить космонавтов по крайней мере от гамма-излучения. Такая защита могла бы пригодиться и космонавтам на околоземной орбите, и покорителям других планет.
Способность плесени вида Cladosporium sphaerospermum поглощать гамма-лучи может быть использована для освоения космоса.
Фото Medmyco/Wikimedia Commons.
Исследователи предложили использовать плесневый гриб вида Cladosporium sphaerospermum. Этот примечательный организм не только не погибает от гамма-излучения, но и извлекает из него энергию для синтеза органических веществ из неорганических. Это своего рода фотосинтез, только место солнечного света занимает радиация. Благодаря своей суперспособности C. sphaerospermum процветает на руинах разрушенного реактора Чернобыльской АЭС.
Так, может быть, воспользоваться способностью гриба поглощать гамма-кванты и сделать из него в буквальном смысле живой щит от этого вида радиации?
Для проверки этой идеи в 2018 году колония C. sphaerospermum в замороженном виде отправилась на МКС. Благополучно перенеся разморозку, плесень быстро разрослась в предоставленной ей половине сосуда. Другая (контрольная) половина сосуда была заполнена обычным агаром. В течение 30 дней аппаратура измеряла гамма-фон за слоем грибов.
По мере того как C. sphaerospermum разрастался, поток гамма-квантов уменьшался. Плёнка толщиной 1,7 миллиметра снизила гамма-фон примерно на 2%.
Это значит, что всего 21-сантиметровый слой плесени мог бы уменьшить радиационный фон, типичный для поверхности Марса, до земного уровня, если бы весь этот фон создавался только гамма-лучами.
К тому же очень удобно, что колонию грибов не нужно везти с Земли в готовом виде. Она сама вырастет из маленького образца, если обеспечить ей подходящие условия, включая углекислый газ и воду (того и другого на Марсе предостаточно).
Увы, на Красной планете с её отсутствием глобального магнитного поля и тонкой атмосферой, как и на пути к ней, самую большую угрозу представляют заряженные частицы. Эта угроза настолько серьёзна, что многие эксперты сомневаются в осуществимости пилотируемых полётов на Марс до тех пор, пока человечество не научится выводить в космос корабли с обшивкой метровой толщины.
Тем не менее щит из C.
sphaerospermum мог бы стать по крайней мере частью радиационной защиты, прикрыв космонавтов хотя бы от гамма-лучей.
Подчеркнём, что научная публикация авторов представляет собой препринт, то есть она пока не прошла проверку независимыми экспертами.
К слову, ранее Вести.Ru рассказывали о том, что защищает от радиации знаменитых своей живучестью тихоходок. Писали мы и о спорах плесени, выдерживающих невероятные дозы облучения.
наука
космос
биология
космонавтика
радиация
экстремофилы
грибы
новости
Защиту космонавтов от радиации в дальнем космосе испытают на МКС в 2023 году | Новости науки | Известия
Сюжет:
Космос
Космос
РАН
МКС
Россия
Радиация
Фото: Роскосмос/roscosmos.ru
Читать iz.
ru в
Озвучить текст
Выделить главное
вкл
выкл
Институт РАН испытает защиту космонавтов от радиации в межпланетных полетах на модуле «Наука» Международной космической станции (МКС) в 2023 году, рассказал 5 сентября «РИА Новости» заведующий отделом ядерной планетологии Института космических исследований РАН Игорь Митрофанов.
Он отметил, что сейчас завершается изготовление конструкторско-доводочного образца научной аппаратуры БТН-М2 (бортовой телескоп нейтронов) — эквивалент будущего летного прибора.
«Надеюсь, что в 2023 году летный прибор БТН-М2 будет доставлен на орбиту грузовым кораблем «Прогресс» и заработает на борту МКС», — заявил Митрофанов.
БТН-М2 будет стоять внутри станции в многоцелевом лабораторном модуле «Наука», что даст возможность объединить измерения потоков нейтронов снаружи и внутри МКС и построить полную инженерную модель собственного нейтронного излучения станции.
Летный прибор помимо нейтронного детектора будет также оснащен гамма-спектрометром для регистрации потоков гамма-лучей.
Кроме того, у БТН-М2 будет набор защитных экранов от нейтронов. Их космонавты смогут снимать или устанавливать на прибор для анализа эффективности защиты и измерения углового распределения фонового нейтронного излучениях в различных условиях космического полета.
Это позволит понять, насколько удастся 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», — объяснил Митрофанов.
Благодаря исследованиям космонавтам смогут предложить варианты нейтронной радиационной защиты уже прямо на борту аппарата, подытожил представитель Института космических исследований РАН.
4 сентября российские космонавты Олег Новицкий и Петр Дубров подключили российский модуль «Наука» к американскому электроснабжению на МКС.
Им также предстояло смонтировать перекидные поручни и подключить кабель Ethernet к модулю «Наука» за семь часов работы в открытом космосе.
Модуль «Наука» был запущен с космодрома Байконур 21 июля, а пристыковался к МКС 29 июля. Новицкий сообщил специалистам подмосковного Центра управления полетами о незапланированно включившихся двигателях модуля. Вскоре космонавтам удалось их отключить.
Для устранения потери ориентации МКС пришлось включить двигатели модуля «Звезда» и грузового корабля «Прогресс МС-17», пристыкованного к модулю «Поиск».
Реклама
Защита от космического излучения
для полета на Марс Защита от космического излучения
для полета на Марс — StemRad
Радиационный блог
20.12.21 | понедельник | Nofit Amir
Rajarshi Pal Chowdhury, PhD
Космическая радиационная среда, через которую должен пройти пилотируемый космический корабль на пути к Марсу, представляет собой сложный гибрид частиц солнечной энергии, галактических космических лучей и захваченного излучения.
Радиационная угроза в дальнем космосе в основном состоит из двух компонентов: 1) случайных всплесков энергичных частиц (прежде всего протонов), генерируемых солнечной активностью, и 2) низкой плотности потока, но очень энергичных заряженных ионов, происходящих из-за пределов Солнечной системы. Излучение захваченных частиц встречается вблизи Земли и, таким образом, вносит незначительный вклад в миссии за пределами нижней околоземной орбиты. За пределами нижней околоземной орбиты и вне защиты магнитного поля и атмосферы Земли космическая радиационная среда сурова и содержит риск радиационных заболеваний.
Риски космической радиации
НАСА классифицирует эффекты космической радиации по четырем категориям: рак, поражение центральной нервной системы, дегенеративное повреждение тканей и острый радиационный синдром [1]. Острые эффекты включают тошноту, рвоту, ожог кожи, а при значительном воздействии — неканцерогенную смертность. Долгосрочные эффекты включают детерминированные исходы, такие как образование катаракты, повреждение центральной нервной системы и сердечно-сосудистые заболевания, а также стохастические эффекты, такие как рак [2].
Серьезная проблема со стохастическими эффектами заключается в том, что не существует известных порогов дозы, и, следовательно, возможно, что эти эффекты могут проявляться при относительно низких уровнях воздействия. Поэтому потребность в защите космического пространства от радиации входит в четверку наиболее значимых. Природа космического излучения уникальна по сравнению с любым другим земным излучением, и данные о воздействии этого излучения на организм человека невероятно скудны. На сегодняшний день доступны только данные об облучении двадцати четырех астронавтов во время 12-дневной миссии за пределами нижней околоземной орбиты (НОО) [3]. Поскольку данные о радиационном воздействии в глубоком космосе скудны, модели риска космической радиации основаны на данных о воздействии земной радиации, такой как группа выживших после атомной бомбардировки Японии, которая может иметь другие биофизические эффекты, чем радиация, встречающаяся в космосе. Потому что оценка риска космической радиации основана на математических моделях, и с этими моделями связаны значительные неопределенности.
Поэтому для обеспечения безопасности космонавтов в космических условиях крайне важно принять надлежащие меры радиационной защиты.
Космическая радиационная среда (Изображение предоставлено НАСА)
Космическая радиационная защита: настоящее и будущее
Уменьшение облучения астронавтов может быть достигнуто за счет использования космической радиационной защиты и уменьшения времени облучения за счет сокращения продолжительности миссии или выбора времени, когда вероятность радиационного облучения минимальна. низкий. Защита от космического излучения бывает двух типов: 1) активная радиационная защита и 2) пассивная радиационная защита. Активная космическая радиационная защита использует электромагнитные поля для отклонения заряженных частиц, составляющих около 98% космического излучения. Напротив, пассивное экранирование подразумевает блокирование космического излучения за счет замедления и фрагментации компонентов космического излучения. На сегодняшний день методы пассивной защиты используются для защиты от космического излучения НАСА и другими известными организациями по всему миру.
Пассивное экранирование может быть достигнуто в открытом космосе или во время пребывания на поверхности путем экранирования стен космического корабля, создания штормовых убежищ внутри космического корабля, использования носимых радиационных экранов и строительства мест обитания на поверхности солнечных тел, где люди хотят оставаться. В предыдущих исследованиях было показано, что водородсодержащие материалы являются лучшими для защиты от космического излучения.
Было проведено множество исследований по поиску подходящего материала для экранирования, способного защитить от высокоэнергетических и тяжелых заряженных частиц и обладающего некоторой структурной стабильностью. Иногда такие материалы, как лунный реголит и марсианский грунт, можно использовать для создания пассивной защиты мест обитания на поверхности Луны и Марса. Единственная проблема с пассивной защитой заключается в том, что масса материалов, необходимых для обеспечения значимых решений, может быть чрезвычайно высокой, и, следовательно, запуск таких тяжелых конструкций может привести к значительным потерям массы, которые находятся в диапазоне миллионов долларов.
Носимый космический радиационный экран
Таким образом, необходимо использовать более инновационные методы радиационной защиты. Одним из таких решений является разработка персонализированных носимых экранов для людей, таких как AstroRad, которые направлены на защиту критически важных органов, чувствительных к радиоизлучению, которые в наибольшей степени способствуют эффективной дозе и смерти, вызванной радиационным эффектом (REID) для человеческого организма. Это обеспечивает оптимизированную защиту, которая обеспечивает максимально возможную защиту на единицу массы экранирующего материала, снижая нагрузку на полезную нагрузку и создавая возможность для улучшения эргономики по сравнению с геометрией разной толщины такого экранирования. Этот подход может быть дополнен включением в космическую инфраструктуру аддитивных производственных мощностей, которые могут печатать материалы для космической радиационной защиты из пластиковых отходов, образующихся в космосе. Последний метод, впервые предложенный StemRad и Redwire, в сочетании с первым подходом может стать в будущем потенциальным решением для людей, позволяющим избежать вредного воздействия радиации на пути к Марсу 9.
0003 AstroRad в макете МКС в Космическом центре Джонсона в Хьюстоне
Часто задаваемые вопросы
Как астронавты защищены от радиации?
Все астронавты в космосе в той или иной степени защищены от радиации корпусом космического корабля. Кроме того, на низкой околоземной орбите, например, на высоте Международной космической станции (МКС), магнитное поле Земли по-прежнему обеспечивает сильное экранирование. И корпус космического корабля, и магнитное поле Земли эффективно останавливают излучение низкой энергии, но излучение высокой интенсивности и высокой энергии, испускаемое во время солнечных вспышек или выбросов корональной массы, все же может проникнуть через эту защиту.
Как защититься от космической радиации?
В случае интенсивных событий, связанных с солнечными частицами, экипаж может войти в специальные радиационные «бункеры» на космическом корабле. Однако в случае длительных событий некоторым членам экипажа может быть необходимо выполнять различные обязанности в неэкранированных областях космического корабля.
Таким образом, им требуется индивидуальная радиационная защита, такая как жилет AstroRad, который специально разработан для защиты важных органов от космической радиации и снижения риска рака примерно на 50%.
Какой тип излучения существует в космосе?
В отличие от Земли, где большая часть излучения имеет нейтральный заряд, космическое излучение в основном состоит из положительно заряженных ионов, охватывающих периодическую таблицу, причем протоны и альфа-частицы составляют 99 процентов спектра. Заряженные частицы требуют другого типа защиты, чем гамма-излучение, а водородосодержащие материалы, такие как вода или пластик, значительно эффективнее свинца.
Сколько радиации на Марсе?
На Марсе отсутствует магнитное поле, а его атмосфера более чем в 100 раз тоньше земной, что значительно облегчает достижение космической радиацией поверхности Марса. Средний естественный уровень радиации на Марсе составляет около 240-300 мЗв в год, что примерно в 40-50 раз выше среднего на Земле и эквивалентно 40-50 КТ грудной клетки.
[1] Дж. Ченселлор, Г. Скотт, Дж. Саттон, Life 4 (2014) 491–510
[2] Р. Пал Чоудхури, Н. Стоффл, Р. Риос, Л. Стегеман, А. А. Бахадори. Новый популяционный подход к оценке радиационного риска космонавтов. Радиационная физика и химия, 2020, 172:108736
[3] Джеффри Ченселлор, Грэм Скотт и Джеффри Саттон. Космическая радиация: риск номер один для здоровья космонавтов за пределами низкой околоземной орбиты. Life, 4(3):491–510, сентябрь 2014 г. doi: 10.3390/life4030491. URL
Nofit Amir
Пишет контент для веб-сайта StemRad, социальных сетей и информационного бюллетеня. Она является адвокатом с более чем двадцатилетним опытом написания высококачественного контента в академических и промышленных условиях.
Похожие сообщения
Как купить профессиональный щиток
Купить Гражданский радиационный щит
Защита Артемиды и лунных исследователей от космической радиации
Космическая безопасность
26.
08.2022
3804 просмотров
82 лайков
Коротко
« Плохой погоды не бывает… »
Миссия Artemis I, запуск которой запланирован на 29 августа, станет важным шагом на пути возвращения человечества на Луну.
Хотя на борту этого испытательного полета нет пассажиров, будущие миссии снова отправят исследователей космоса за пределы защитной среды атмосферы и магнитного поля Земли в царство беспрепятственного космического излучения.
Углубленный
Астронавты выдерживают шторм
Хотя вспышки на Солнце и выбросы корональной массы малого и среднего размера пугающе зрелищны, сами по себе эти явления вряд ли представляют большой риск для Artemis I или будущих миссий на Луну с экипажем.
Солнечное извержение
«События частиц солнечной энергии» — это то, на что следует обратить внимание. Они возникают, когда испускаемые Солнцем частицы — в основном протоны, но также и некоторые ионизированные атомы, такие как гелий, — ускоряются, ускоряются почти до релятивистских скоростей.
Именно эти высокоэнергетические частицы, летящие в космос, могут воздействовать на космический корабль и его экипаж.
Солнечные частицы связаны с особенно крупными солнечными вспышками и корональными выбросами массы, поскольку именно эти извержения могут вызывать ударные волны, которые разгоняют солнечные частицы до опасной скорости.
Когда дело доходит до миссий Artemis, большая часть излучения от случая с частицами будет блокирована стенками космической капсулы — Orion и его европейский служебный модуль были разработаны для обеспечения надежности важных систем во время радиационных событий.
Но событие может помешать связи между экипажем и командами на Земле, и астронавтам, возможно, придется искать убежища в импровизированном штормовом убежище, как это произошло на космической станции в сентябре 2017 года.
Кристер Фуглесанг во время своего второго выхода в открытый космос
Тем не менее, космическая станция все еще находилась под защитой «магнитосферы» Земли — защитного пузыря магнитного поля, которого нет у Луны.
«Покинуть магнитосферу — это все равно, что покинуть безопасную гавань и отправиться в открытый океан… — говорит Мелани Хейл, координатор сегмента Управления космической погоды ЕКА.
«Радиационное облучение астронавтов на Луне может быть на порядок выше, чем на космической станции, и на несколько порядков выше, чем на поверхности Земли. Будущие астронавты столкнутся с более высокими рисками, связанными с событиями, связанными с солнечными частицами: очень важно, чтобы мы изучали радиационную среду за пределами магнитосферы и улучшали нашу способность прогнозировать и готовиться к солнечным бурям».
На грани промаха: лето 72-го
Аполлон-17 Харрисон Шмитт и вездеход
Ровно 50 лет назад, в августе 1972 года, серия мощных солнечных бурь, в том числе значительные выбросы солнечных частиц, вызвала массовые нарушения работы спутников и наземных систем связи на Земле.
Штормы произошли в середине лунных миссий НАСА «Аполлон-16» и «Аполлон-17», всего за несколько месяцев с каждой стороны.
К счастью, в то время не было людей-исследователей за пределами защитного магнитного поля Земли. Если бы они столкнулись с этими штормами внутри командного модуля, считается, что доставленная доза радиации вызвала бы острое радиационное отравление. Для космонавта, выходящего в открытый космос, это может быть смертельным.
«Надежные службы космической погоды необходимы для исследования и долгосрочного пребывания на Луне», — говорит Юха-Пекка Лунтама, глава отдела космической погоды ЕКА.
«Событие уровня 1972 года произойдет снова, и если мы не будем сохранять бдительность, у нас могут быть астронавты в космосе и вне защиты магнитного поля Земли, когда это произойдет».
Измерение радиации на Луне
До сих пор нас в основном интересовало влияние космической погоды на земную инфраструктуру — электрические сети, системы связи, спутники на околоземной орбите и астронавтов на космической станции.
Вид на Луну с космической станции
Сеть службы космической погоды ЕКА распространяется по всей Европе, где специалисты обрабатывают данные с широкого спектра детекторов излучения на борту спутников на орбите и датчиков на Земле.
При этом они предоставляют информацию и услуги целому ряду «пользователей» от спутников, авиакомпаний и операторов электросетей до охотников за полярным сиянием. Сеть будет продолжать предоставлять свои услуги во время полета Artemis I и сообщать о любых значительных явлениях космической погоды, прогнозируемых или предстоящих.
Но для долгосрочной деятельности человека на Луне нам необходимо напрямую контролировать лунную радиационную среду.
Хельга, радиационный манекен
Исследования радиации будут в центре внимания испытательного полета Artemis I. Капсула Orion будет нести радиационные мониторы от НАСА и ЕКА, а также множество манекенов и CubeSat , разработанных, чтобы помочь нам лучше понять радиационную среду на пути к Луне и ее влияние на здоровье человека.
ЕКА также работает над проектом European Radiation Sensor Array (ERSA) — серией устройств, которые будут обеспечивать радиационный мониторинг в режиме реального времени на борту будущей пилотируемой лунной космической станции Gateway.
Объединение измерений радиации снаружи и внутри пилотируемых помещений позволит исследователям увидеть, сколько радиации «просачивается» внутрь, и более точно предсказать риск для астронавтов на Луне при обнаружении явления космической погоды.
Исследователи ЕКА также изучают возможность установки радиационных приборов на другие беспилотные орбитальные аппараты, такие как Lunar Pathfinder и будущие лунные телекоммуникационные спутниковые сети.
Взгляд в будущее
Наша звезда может быть непредсказуемой и темпераментной, но когда на поверхности Солнца появляются «активные области», они, как правило, остаются там от дней до нескольких недель. Если бы мы могли наблюдать за этими регионами еще до того, как они повернутся в поле зрения Земли, мы могли бы улучшить наши прогнозы космической погоды вокруг Земли и Луны.
Представляем: ESA Vigil
Раннее наблюдение за активными областями на солнечном диске, откуда происходят вспышки и выбросы массы, является одной из основных целей предстоящей миссии ЕКА Vigil.