Ученые ищут способы защиты от сильнейшей радиации
Руководитель компаний SpaceX Илон Маск не исключил, что покорение Марса потребует человеческих жертв, и отметил, что отправляться на Красную планету будут только добровольцы. Получается, – добровольцы-смертники? С моим собеседником – кандидатом физико-математических наук, который возглавляет Службу радиационной безопасности пилотируемых космических полетов Института медико-биологических проблем РАН, Вячеславом Шуршаковым мы образно, пошагово смоделировали такой полет, чтобы понять, где на этом пути будут ждать особо неприятные моменты, и можно ли теоретически вернуться с Марса живым.
Свой проект межпланетной транспортной системы, предполагающей конструирование многоразового космического транспорта для доставки людей на Марс и создания там в будущем самоподдерживающейся колонии Маск представил 27 сентября 2016 года на 67-м Международном конгрессе по астронавтике в Гвадалахаре.
По всей видимости, дело не стоит на месте, основатель SpaceX изучает вопрос. Вот в недавнем интервью американскому каналу он сообщил, что полет на Марс будет сопряжен с большой опасностью: «Это будет опасно, неудобно и долго. Возможно, вы не вернетесь живыми… Непросто туда добраться». Конечно, компания никого не заставляет лететь. «Только добровольцы», – смеясь, говорит Маск.
«Вспомнят ли космонавты, летящие к Марсу, куда они летели и зачем?»
– Давайте предположим, что группа землян все-таки решилась и полетела к Красной планете. Каким мог бы быть этот полет с учетом имеющихся сегодня у ученых знаний? – спрашиваю Вячеслава Шуршакова.
– Сначала рассмотрим вариант, когда организаторы полета выбрали год со спокойным прогнозом по радиационной обстановке, то есть при отсутствии мощных выбросов протонов с Солнца. Если возле Земли космонавты, работающие на Международной космической станции, при такой спокойной радиационной обстановке получают ежедневно по 0,7 миллизиверта (мЗв) радиации, то на трассе полета Земля-Марс по последним данным ученых из ИКИ РАН и ИМБП РАН, участвующих в миссии «ЭкзоМарс», радиация усилится до 1,8 мЗв в сутки. Это произойдет через трое суток вращения вокруг нашей планеты, после того, как кораблю придадут дополнительный импульс, и он направится Марсу.
– Теперь давайте определимся, сколько они получат радиации за полет?
– Если бы у нас был корабль с ядерным двигателем, мы смогли бы ускорить процесс полета до двух месяцев. Но пока мы таким не обладаем, остается только кислородно-керосиновый, на котором летают сейчас все наши ракеты. На таком двигателе люди доберутся до Марса только за 8 месяцев, или 250 суток. Умножим на 1,8 мЗв, – получается 450 мЗв.
Для космонавтов, летающих сегодня на низкой орбите, разрешенной считается доза 500 миллизивертов в год. То есть наши путешественники на Марс в этот «радиационный год» вроде бы укладываются. По-видимому, Маск тоже опирался на такие расчеты, а потому был уверен, что люди, по крайней мере, смогут долететь до Марса в добром здравии. Но давайте не будем спешить с оптимистичными выводами.
Когда наши «марсиане» отлетят от Земли буквально на 10 земных радиусов, радиация не просто усилится до 1,8 мЗв, – изменится ее состав. На таком расстоянии заканчивается магнитосфера Земли, и на человека кроме солнечной действует еще и галактическая радиация, с потоками тяжелых заряженных частиц. Это ядра всех элементов таблицы Менделеева, ускоренные до высоких энергий, потоки которых в пять раз превышают те, что были в пределах магнитосферы.
– Получается, расчет на то, что людям хватит запаса «радиационной прочности» на полет в одну сторону, неверен?
– Да, он верен для низких околоземных орбит, но открытый космос — это совсем другое дело. Эти тяжелые заряженные лучи воздействуют прежде всего на кору головного мозга, гиппокамп, центральную нервную систему. Доза радиации от этих тяжелых заряженных частиц, которая накопится за 250 дней полета к Марсу в межпланетном пространстве, на низкой околоземной орбите накапливалась бы в пять раз дольше, то есть за 1250 дней, а так долго у нас не летал еще ни один космонавт!
К тому же прибавьте возможные тяжелые последствия от гипомагнитной обстановки, невесомости, нахождения длительное время в замкнутом пространстве и, возможно, нехватку еды и воды. Конечно, марсианский корабль будет оборудован самыми совершенными системами регенерации, но ведь не исключено, что они могут просто поломаться, а подвезти запчасти, как на МКС, уже не получится.
– Так люди могут и не долететь?
– Давайте представим, что экипаж подлетает к Марсу, до спуска остается какая-нибудь неделя полета, они уже должны видеть в иллюминаторе его красноватую поверхность. Но… Видят ли их глаза? Не поврежден ли хрусталик потоками протонов и тяжелых заряженных частиц?
К этому времени организмы путешественников точно накопили уже в два раза больше радиации, чем положено по нормам ликвидаторам крупных аварий на АЭС. Они осознают, если еще в состоянии осознавать, что их ждет очень нерадостное будущее, быстрое развитие онкологических заболеваний, ранний Паркинсонизм или болезнь Альцгеймера.
– Как это выяснили?
– Различные воздействия больших доз радиации давно изучаются во всем мире. Откуда, по-вашему, мы взяли установленные нормативы по предельно допустимым дозам?
Но что касается воздействия тяжелых заряженных частиц галактических лучей на головной мозг, у нас в России мы еще не проводили исследований по такому воздействию на человека. Западные ученые уже выдают некоторые данные. Согласно им, подвергнувшись сильнейшей радиационной атаке, первые члены экипажи, летящие на Марс, могут потерять координацию и память уже в полете.
Ходит среди радиобиологов такая грустная шутка, что первые космонавты, долетев до Марса, не вспомнят, куда они летели и зачем. В любом случае, им будет очень нелегко. И мы, я напомню, пришли к этому выводу, исходя из того, что в радиационном плане год для полета будет выбран самым спокойным. Если же к этому добавятся мощные выбросы с поверхности Солнца, корабль может доставить на Марс людей, пораженных сильнейшей лучевой болезнью.
«На Марсе жить легче, чем на Луне»
– Давайте продлим нашу историю, немного изменив сценарий. Предположим, что люди полетели на Марс на корабле с ядерным двигателем или на корабле с особо сильной защитой от радиации (должен же ее кто-нибудь изобрести!) Что будет ждать уже долетевших до Марса? Какие условия?
– Доза радиации на Марсе меньше, чем на Луне. Примерно 0,7 мЗв против 1,4 мЗв. Получается, жить там уже полегче. Если Луна – это просто «бездушное» и безвоздушное тело, у Марса все-таки есть атмосфера (ее массовая толщина примерно 20 гр на 1 кв см). На Земле, для сравнения – 1000 гр на 1 кв см. Но все рано это какая-никакая защита, она ослабляет галактическое излучение. Конечно, до Марса тоже долетают солнечные протоны от вспышек, но, поскольку он дальше от светила, чем Земля и Луна, то и дозы будут поменьше.
– Будет ли возможность людям как-то укрыться от радиации, используя марсианскую почву?
– Это, скорее всего, будет самым лучшим выходом. Рассчитано, что, только закопавшись в грунт на 3-5 метров, человек достигнет дозы радиации, близкой к земной. Но поскольку это, особенно на первых порах, будет невозможно (надо же кому-то еще построить эти убежища!), то давайте прикинем, сколько земляне смогут пробыть на Марсе, чтобы, по вашему, оптимистичному сценарию все-таки суметь после вернуться на родную планету Земля?
Если предположить, что при полете к Марсу они получили не критичную дозу радиации, а примерно в два раза меньше, то дней 100 у них в запасе будет. Главное уложиться с дозами, накопленными при полете туда, на планете и при полете обратно в рамках 1000 мЗв. Навсегда полететь туда по нашим нормативам не получится.
Радиационное меньшинство
– Какие уже сегодня есть идеи по поводу средств защиты?
– Есть ткани, которые теоретически могут снизить дозу радиации на 20-30%, если человек будет надевать их на себя или обивать ими стены космического корабля. Можно сделать более толстыми стенки корабля. Уже сегодня говорят об отборе людей по их индивидуальной чувствительности к радиации.
– Бывают менее чувствительные?
– Я бы сказал, в человеческой популяции есть 20 процентов людей, более чувствительных к радиации. Так называемые «радиационные меньшинства». Так вот, задача медиков, во время отбора претендентов на будущий полет – отсеять как раз таких.
– Как же их вычислять?
– Облучать специально живого здорового человека, конечно, никто не будет. Поэтому делают тест ин витро — берут образцы крови и облучают разными дозами. Исследователи смотрят хромосомные изменения в лимфоцитах, их частоту. Коллега рассказывала мне, что в Канаде, к примеру, давно проводят такие тесты для потенциальных работников АЭС.
Это все из реально осуществимых методов… Но есть и научная фантастика. Обсуждается, в частности, киборгизация будущих путешественников на Марс. Если какие-то органы, которые могут пострадать в межпланетном полете, можно заменить на искусственные, то это может существенно облегчить последствия, – утверждают ее сторонники.
Шутки шутками, но хочется в связи с этим привести простой пример киборгизации, с которой мы сталкиваемся уже сейчас. Космонавтов или полярников перед экспедициями обязательно заставляют вставлять импланты вместо «ненадежных» зубов. Мы же не говорим, что человек после этого стал киборгом.
Это еще не все. Оказывается, самый чувствительный орган к радиации — это наш глазной хрусталик. Чтобы спасти человека от стремительного развития катаракты глаза, некоторые ученые предлагают перед полетом сразу менять родной хрусталик на искусственный, кусочек пластмассы.
Один японский нейрохирург предлагает перед длительными полетами заранее проводить операцию на мозге по предотвращению раннего развития Альцгеймера. Такие операции, не требующие трепанации черепа, проводятся по показаниям в ведущих клиниках мира. Но применять их к здоровым людям, для профилактики пока, естественно, никто не пробовал.
Еще одним способом долететь до Марса живыми и здоровыми для футурологов видится гибернация — введение человека в летаргический сон. Поскольку в таком состоянии все процессы в организме существенно замедляются, за 250 суток полета он, вероятно, меньше получит вреда от радиации.
Ну и совсем крайний способ, который я бы отнес к наименее вероятным, – это генная инженерия, а именно – выведение особой «породы» людей, устойчивых к сложным условиям межпланетной и инопланетной среды. Вы удивляетесь, но все это обсуждается уже сейчас.
В конечном итоге я хотел бы отметить, что идея Илона Маска отправить людей на Марс мне импонирует, несмотря на все сложности, о которых я, как специалист по радиобиологии знаю не понаслышке.
Думаю, талантливые ученые, вдохновленные такой мега-задачей, очень быстро найдут пару-тройку решений, которые будут воплощены в жизнь. Может быть, и на Марс никто не полетит в ближайшее время, но идеи пригодятся человечеству для чего-нибудь другого, как это не раз случалось…
Источник: www.mk.ru