Будущее пилотируемой космонавтики — это корабли из "полиэтиленовых пакетов" и "графитных карандашей"

Американские учёные перебрали множество материалов, которые могли бы служить защитой от радиации, запустили несколько программ, связанных с изучением её воздействия на людей и поиском средств защиты. Одна из них так и называется "Программа защиты от космической радиации" (Space Radiation Shielding Program).

В ней участвуют несколько исследовательских центров NASA. Они изучают множество конструкционных материалов, которые могли бы послужить хорошим материалом для корпуса космического корабля или, по крайней мере — материалом для специальной радиационной защиты — своеобразной обивки жилых помещений космических аппаратов.

Исследования показывают, что если человечество хочет летать к дальним планетам, ему придётся гораздо шире использовать в космических кораблях пластмассы, и постоянно создавать новые их (пластмасс) виды. Но сначала — о том, с чем столкнутся люди в дальнем космосе.  

Открытый космос заполнен высокоэнергичными протонами, посылаемыми Солнцем, гамма-лучами от новорождённых чёрных дыр и космическими лучами от взрывающихся звёзд. В дальних и, что возможно более важно, длительных путешествиях самая большая угроза для здоровья людей — это галактические космические лучи (ГКЛ). Частицы, летящие почти со скоростью света, посланные взрывами сверхновых звёзд, крайне сложно задержать.

А самые опасные из ГКЛ — тяжёлые, ионизированные ядра, типа Fe+26. Они обладают энергией в триллионы электрон-вольт, что в десятки тысяч раз больше, чем у "солнечных" протонов. Эти ядра пронизывают насквозь космические корабли и тела людей, убивая отдельные клетки и разрушая молекулы ДНК гораздо сильнее, чем гамма-лучи.  

Пока люди почти не испытывали на себе полную дозу галактических лучей настоящего открытого космоса. К примеру, Международная Космическая Станция движется по орбите, лежащей всего в 400 километрах выше поверхности Земли. Напомним, её диаметр примерно 13 тысяч километров, так что наша планета своим "телом" перехватывает примерно треть от ГКЛ, летящих во всех направлениях. Ещё треть лучей отклоняет магнитное поле Земли.

Когда американцы летели на Луну — они "подставлялись" под удары ГКЛ "по полной программе". Но в течение всего нескольких дней. Команды "Аполлонов" сообщали о вспышках в сетчатках глаз, вызванных космическими лучами. Заметим, время от времени такое явление наблюдают и космонавты на орбитальной станции. Теперь, через много лет после лунных экспедиций, у некоторых из участников тех полётов развилась катаракта. Это, как кажется, единственное заболевание, полученное в результате лунной миссии.  

Но что случится с людьми при дальнем космическом путешествии в течение пятисот или тысячи дней? В 2003 году открылась Лаборатория космических лучей NASA (NSRL). Здесь есть ускорители, которые могут моделировать космические лучи. Исследователи направляют их на клетки и ткани млекопитающих и затем тщательно исследуют повреждение.

Цель работы — уменьшить неуверенность в оценке риска для астронавтов. В своих публикациях NASA сопоставляет лучевую опасность с риском рака для обычных людей. Разнообразные превратности жизни приносят среднестатистическому 40-летнему некурящему американцу сравнительно большой 20-процентный шанс, что он умрёт когда-либо от рака.

По словам Фрэнка Какинотты (Frank Cucinotta), учёного из проекта NASA "Космическая радиация и здоровье" (Space Radiation Health Project), по результатам обследованиям людей, попавших под большие дозы радиации (например, в Хиросиме), а также пациентов, которые подверглись лучевой терапии — добавочный риск от 1000-дневной марсианской миссии лежит где-нибудь между 1% и 19%. Ничего себе диапазон оценки!

"Для женщин разброс по прогнозу ещё больше, — добавляет Какинотта. — Из-за воздействия радиации на грудь и яичники, риск заболевания раком после полёта для женщин-астронавтов будет почти вдвое выше". Известно, что тонкостенный алюминиевый корпус космического корабля, подобный корпусу "Аполлона", поглощает приблизительно половину радиации.

"Если риск заболевания раком для астронавтов будет лишь на процент или два выше, чем для остальных людей — мы могли бы строить космический корабль, используя алюминий, и достигать на нём Марса, — говорит Какинотта, — но если мы имеем: 20% + 19% = 39-процентный шанс смерти от рака — это неприемлемый вариант."

Альтернативой металлам могли бы выступить пластмассы. Они богаты водородом — элементом, который хорошо поглощает космические лучи. Например, полиэтилен, тот самый из которого сделаны обычные сумки-пакеты, задерживает на 20% больше космических лучей, чем алюминий. Усиленный полиэтилен, созданный в космическом центре Маршалла (Marshall Space Flight Center) в 10 раз прочнее алюминия, и при этом легче "крылатого металла".

Он мог бы стать перспективнейшим материалом для строительства космических кораблей, если бы инженеры придумали недорогой способ его массового производства. Даже если бы из этого полимера не стали строить целый космический корабль, новый материал послужил бы дополнительной противорадиационной защитой. К слову, различные пластмассы уже применены на борту МКС именно в этом качестве.

А что можно придумать, если и пластмасса не будет достаточно хороша для наших защитных целей? Использовать жидкий водород! Он блокирует космические лучи в 2,5 раза лучше, чем алюминий. В некоторых американских эскизных разработках космического корабля большие резервуары водорода, топлива для ракетных двигателей, словно "обёрнуты" вокруг жилых помещений. По расчётам, слой жидкого водорода толщиной в 0,5-1 метр обеспечил бы надёжную защиту экипажа от галактических лучей. Правда, ёмкости для топлива оказались бы громоздкими и тяжёлыми.

Тут, возможно, пригодился бы новый материал на основе углеродных нанотрубок. Губка из такого материала может вмещать водород с большой плотностью без необходимости охлаждения до криогенных температур. К тому же, углеродные нанотрубки прочнее нержавеющей стали в 130 раз. Однако пока это лишь самые общие соображения — детальные исследования в этом направлении ещё впереди.