Самый страшный враг человека на Марсе — вовсе не пыльные бури и не отсутствие воздуха. Это радиационные частицы, которые будут постоянно атаковать тела астронавтов. Об этой проблеме говорили в фильме «Марсианин», но как обстоят дела на самом деле? Как защитить себя будущим переселенцам на Марс?

NASA
Вспышка на Солнце 28–29 апреля 2015 г.

7 августа 1972 года, в самый разгар эпохи «Аполлона», на поверхности Солнца была замечена огромная вспышка. Это привело к выбросу протонов, электронов и более тяжелых элементов — волна двигалась с огромной скоростью и была бы смертельной для каждого, кто покинул атмосферу Земли. К счастью, экипаж «Аполлона-16» вернулся на землю пятью месяцами ранее и избежал встречи с мощным солнечным выбросом. Тогда ученые только начинали понимать, как происшествия на Солнце влияют на пространство, людей и технологии. Сегодня, благодаря обширным исследованиям космического излучения, мы можем похвастаться глубокими познаниями о космической среде и том, как лучше защитить астронавтов на время важнейшей миссии NASA — отправки человека на Марс.

В фильме «Марсианин» вопрос радиации рассматривался слабо. Некоторые критики считают, что если бы Энди Уир реалистично учитывал влияние космического излучения на человека, то и книгу не стоило бы писать: все равно все персонажи скончались бы от онкологических заболеваний раньше, чем мы дочитали до середины романа.

Giphy

Но пускай так. Все-таки «Марсианин» рассказывает историю вымышленной миссии. С другой стороны, NASA уже работает над тем, чтобы осуществить путешествие на красную планету. Согласно фильму, астронавты живут в такой среде обитания, которая уже защищает их от радиации. С этим согласны и ученые: разработка технологии, позволяющей создавать дома с защитой от излучения, станет поворотным моментом на пути к космическому вояжу.

Giphy

Космическое излучение — это проблема, которая будет сопровождать переселенцев на Марс каждую секунду. Это включает и повседневную, бытовую жизнь, и путешествия с Земли на Марс. По сути, человека будут постоянно атаковать радиационные частички. Они проходят сквозь тело, передают свою энергию и разрушают клетки и ДНК. Это может привести к раковым заболеваниям впоследствии или, что еще хуже, к лучевой болезни, возникающей прямо во время миссии.

К счастью для нас, землян, природная оболочка родной планеты блокирует большую часть радиации из космоса. Магнитная сфера Земли отклоняет эти частички, защищая не только нас, но и, например, астронавтов, которые находятся на орбите.

Но для того, чтобы отправиться на Марс, человеку нужно выйти за пределы магнитосферы.

Отправка миссии на Марс означает пребывание человека в межпланетном пространстве как минимум год. Пусть даже на красной планете люди пробудут недолго, их организм будет постоянно атаковаться радиационным фоном космоса. У Марса нет магнитного поля, которое бы защитило человека, и его атмосфера очень тонкая. Рассчитывать на помощь этой планеты не стоит.

Giphy

На протяжении всей поездки астронавтам нужно будет защищать себя от двух источников излучения. Первый — это Солнце, которое регулярно выбрасывает с поверхности порции радиационных частиц. Хорошо, что большинство из них — это протоны, которые обладают относительно низкой энергией. Поэтому их можно будет блокировать физически — с помощью корпуса космического аппарата.

Universe-Review

От второго источника защититься сложнее, ведь это галактические космические лучи. Скорость частичек в них приближается к скорости света, и мы находимся буквально под их активным обстрелом. Среди них есть и протоны, которые легко нейтрализовать. Но другую часть составляют более тяжелые элементы, которые могут разрывать молекулярные связи в теле астронавта и в материалах космического аппарата. В результате такой «бомбардировки» высвобождаются субатомные частички, которые еще более опасны для человека.

Есть два способа защиты от такой агрессивной атаки. Можно использовать большее количество материалов при конструировании космических аппаратов/костюмов/транспорта или же разработать новые, более эффективные.

Если использовать большие объемы материала, конструируя, скажем, космический аппарат, то его структура сможет поглотить энергетические частицы и излучение, защитив от него астронавтов. Но это станет очень дорогим приключением: больше массы — больше топлива, не считая расходов на сами материалы.

Разработка нового материала, который сам по себе эффективно работает и защищает человека — разумный ход, однако все упирается во время. На данный момент NASA активно исследует возможные варианты для создания более-менее универсального материала, который пойдет и на строительство кораблей, и на пошив костюмов для астронавтов.

Из-за того, что протоны и нейтроны практически идеально совпадают по размеру, есть отличный вариант для блокировки этих частиц. Это водород, который и состоит только из протона и электрона. Тем более, что он — самый распространенный элемент в природе, а еще составляет основную часть многих соединений, например, воды и полиэтилена. Поэтому ученые могут использовать уже учитываемый в общей массе космического аппарата пластиковый мусор, обработать его и создать пластиковые защитные блоки. К сожалению, вода — это стратегический продукт и не может быть использована как основной материал для защиты. Хотя, конечно, как резервный вариант тоже сработает. Но все эти изобретения очень массивные и при внедрении все-таки добавят массы космическому кораблю.

Материал из нанотрубок BNNT
Материал из нанотрубок BNNT выглядит так.

Один материал, исследуемый NASA прямо сейчас, похоже, имеет огромный потенциал и все шансы стать тем самым, единственным. Ученым удалось создать крошечные нанотрубки, состоящие из углерода, бора и азота. Если переплести их между собой, а в промежутки поместить водород, то получится идеальный экранирующий материал (он называется BNNT), который будет поглощать и первичную, и вторичную радиацию.

Примечательно, что ученым уже удалось создать целый «холст» из нанотрубок и водорода, который получился достаточно гибким. Это значит, что его можно использовать как ткань для скафандров, обеспечивая высокий уровень защиты для астронавтов. В общем, здесь все выглядит более чем радужно.

Но NASA интересуется не только физическими способами устранить космическую радиацию, но и тем, чтобы останавливать ее с помощью силового поля. То, что раньше было плодом фантазии писателей, сегодня рассматривается как реальность. Локализированное электрическое или магнитное поле, окутывающее, например, космический корабль или жилой модуль, вполне способно защитить людей от радиационных частиц. Но пока что построение такого поля требует недопустимо огромного количества энергии, так что NASA продолжает свою работу над этим вопросом.

Судя по всему, будущим марсианам придется очень сильно постараться, чтобы уберечь себя от активных космических частиц. Скорее всего, это будет комбинация методов, ведь рассчитывать на один спасительный материал пока что не приходится.

По материалам NASA.