Практически сразу после решения всех проблем со стыковкой модуля «Наука» к Международной космической станции, в Роскосмосе обсудили будущее отечественной пилотируемой космонавтики. Научно-технический совет принял решение, что стареющий российский сегмент МКС после 2024 года создает дополнительные риски, поэтому надо строить новую станцию РОСС. Сегодня рассматривается два варианта её размещения — в составе МКС, как замена нынешнего российского сегмента, или национальная станция на полярной орбите. Последний вариант вызывает вопрос: не навредят ли космонавтам заряженные частицы которые порождают полярные сияния?
▍ Что такое космическая радиация?
Космической радиацией называют ионизирующее излучение, рожденное за пределами Земли. Это могут быть фотоны высокой энергии (рентген и гамма), электроны, субатомные частицы, протоны (ядра атома водорода) и более тяжелые ядра атомов. Возникает это излучение там, где активно проходят ядерные или термоядерные реакции либо выделяется много энергии, например в недрах звезд, у сверхновых, в аккреционных дисках черных дыр, в ядрах активных галактик, в ударных волнах межзвездного газа… Звезды в этом списке самые слабые и самые спокойные источники радиации, но Солнце гораздо ближе к нам, чем остальные, поэтому часто можно услышать, что оно представляет главную угрозу в космических полётах.
Космическую радиацию разделяют на солнечную и галактическую, в зависимости от того, с какой стороны она прилетела. В отличие от солнечной, галактическая прилетает отовсюду. Иногда космическую радиацию называют космические лучи, но тут надо понимать, что под лучами имеется в виду не свет (фотоны), а вещество — электроны, ядра атомов и продукты их деления, летящие со скоростью в десятки или сотни тысяч километров в секунду, т.е. близко к скорости света. Чем выше скорость частиц, тем выше их энергичность. Есть ещё солнечные заряженные частицы низкой энергии, чья скорость от сотен до двух тысяч километров в секунду, они называются солнечным ветром и радиацией не считаются.
Фотоны могут преодолевать просторы космического вакуума на протяжении миллиардов лет, и лишь гравитационные поля способны влиять на их траекторию. В отличие от фотонов, частицы, имеющие электрический заряд, подвергаются воздействию ещё и магнитных полей. Это могут быть галактические магнитные поля, солнечная или земная магнитосфера. Чем выше энергия частицы, тем меньшее воздействие на неё оказывает магнитное поле, и тем ближе к прямой линии её траектория.
Солнечное магнитное поле отклоняет и рассеивает заряженные частицы прилетающие извне, поэтому до Земли долетают галактические космические лучи только высокой энергии. Они довольно редки, в сравнении с солнечными, но их энергия на порядки выше. Поток солнечных заряженных частицы намного плотнее, но энергия большинства из них намного меньше, поэтому с ними эффективно взаимодействует и земное магнитное поле, и обшивка космических кораблей.
Солнечные заряженные частицы это в основном электроны, протоны и альфа-частицы (ядра атома гелия). Частицы наименьшей энергии не могут преодолеть земного магнитного поля и обтекают нашу планету на расстоянии несколько тысяч километров. Поэтому часто можно встретить утверждения, что мы защищены от космической радиации земным магнитным полем, хотя это верно лишь для космических лучей слабой и средней энергии и солнечного ветра.
Заряженные частицы высокой энергии, например от солнечных протонных событий или галактические лучи, способны «пробивать» земную магнитную защиту и поглощаются нашей атмосферой. В такие моменты на Земле датчики регистрируют увеличение потока вторичной радиации с неба, тут уже могут быть и гамма, и электроны, и нейтроны и продукты деления атомных ядер, но всё это порождается уже в воздухе. Так можно изучать космическую радиацию и с Земли, но это сложно, примерно как по кругам на воде изучать бросаемые в воду камни. Поэтому астрофизики активно запускают в космос датчики заряженных частиц и космические телескопы.
Как только в космос полетели первые дозиметры, оказалось, что распределение заряженных частиц вокруг Земли неоднородно. Так люди узнали о радиационных поясах.
▍ Что такое радиационные пояса?
Как уже говорилось выше, заряженные частицы низкой энергии просто облетают Землю стороной «отталкиваясь» от земного магнитного поля, частицы высокой энергии — поглощаются атмосферой, но есть ещё средняя категория, которая захватывается земной магнитосферой. Тут-то и начинаются проблемы для околоземной космонавтики.
Земное магнитное поле собирает захваченные частицы в два пояса: внешний электронный и внутренний протонный. Внешний радиационный пояс состоит в основном из электронов и протонов средней энергии и распределен на расстоянии в несколько земных радиусов. Часть протонов добирается во внутренний радиационный пояс, на расстоянии примерно радиуса Земли, но главный источник протонов внутреннего радиационного пояса — вторичная радиация выбиваемая галактическими лучами из земной атмосферы. Из-за этого внешний радиационный пояс сильно взаимодействует с солнечным ветром, а внутренний отзывается только на многолетние солнечные циклы.
В 60-е человек смог даже создать искусственные радиационные пояса, когда американцы совершали высотные ядерные испытания.
Радиационная оболочка Земли не случайно зовется поясами, и их плотность напрямую зависит от формы магнитного поля. У экватора магнитные линии примерно параллельны земной поверхности, а на полюсах — уходят в Землю. Эта разница определяет и защитную функцию магнитного поля — чем дальше от экватора, тем проще космическим лучам добираться до плотных слоёв атмосферы. Поэтому низкая околоземная орбита близкая к экватору — самая защищенная от космической радиации, пока проходит ниже протонного радиационного пояса.
В то же время, протонный радиационный пояс — это главная причина почему современные пилотируемые корабли и станции прижимаются к Земле. Радиация там превосходит на порядки те условия, которые есть на высоте 400 км, где летает МКС. Самый высотный полёт за последние почти полвека не превысил 630 км, когда «Шаттл» летал ремонтировать телескоп Hubble. А во время лунных полётов Apollo однократное пересечение поперек внутреннего радиационного пояса давало удвоение суммарной дозы за экспедицию, т.е. за полчаса в радиационном поясе экипаж в корабле и скафандрах облучался, как за неделю в межпланетном пространстве и на поверхности Луны.
▍ Как дела с космической радиацией на МКС?
Наклонение орбиты Международной космической станции 51,6 градус — это довольно далеко от экватора, т. е. идеальной радиационно-защищенной орбиты. Тут сказываются политические и технические причины — только на такое наклонение можно запускать корабли с Байконура, чтобы ракетные ступени не падали в Китай.
Исследования радиации на МКС идут давно, и некоторые продолжаются ещё со станции «Мир». В России этим активно занимается Институт медико-биологических проблем, в чью зону ответственности входит здоровье космонавтов, а также НИИЯФ МГУ, который следит за радиационной обстановкой. Благодаря многолетним данным, можно узнать, например, как менялась средняя доза в зависимости от одиннадцатилетнего солнечного цикла или от высоты полёта станции. Например переход с 360-километровой орбиты на 410-километровую позволил заметно снизить расход топлива на поддержание орбиты, но увеличил дозу экипажа примерно на 20%.
Чтобы не углубляться в детали, стоит сказать, что средняя доза космонавта на МКС за полугодовую экспедицию примерно равна средней дозе ликвидатора Чернобыльской аварии. И это примерно одна шестая от допустимой предельной дозы за всю карьеру космонавта. Уровень облучения на МКС может колебаться примерно на 30% в зависимости от местонахождения каюты космонавта, высоты орбиты и солнечной активности (чем выше активность, тем ниже доза).
Исследования показывают, что на орбите МКС для экипажа два главных облучающих фактора — это протоны нижнего радиационного пояса и галактические космические лучи. Солнечные вспышки за время измерений добавили к общей дозе считанные проценты. Электроны внешнего радиационного пояса вносят такой незначительный вклад в облучение экипажа, что их даже не учитывают в измерениях внутри станции. Это может быть неожиданным фактом для многих хранителей стереотипа о солнечных вспышках, как главном источнике радиационной опасности в космосе.
Фактически же, из-за радиационных поясов, поглощенная доза экипажа станции на низкой околоземной орбите примерно равна дозе на поверхности Марса, у которого нет магнитного поля, а атмосфера экранирует примерно как корпус станции.
Проблема в том, что земное магнитное поле содержит неоднородности, поэтому в районе Южной Атлантики и Бразилии часть «подковы» (если смотреть в профиль) протонного радиационного пояса прижимается близко к атмосфере. Когда МКС пролетает над Бразилией внутренний фон подскакивает в десять раз, и за сутки происходит около шести таких пересечений.
Датчики заряженных частиц, установленные на МКС позволяют построить вот такую карту околоземного излучения.
Здесь отчетливо видно пятно Южно-Атлантической аномалии, и возрастание радиации ближе к полюсам.
▍ Что ждет станцию на полярной орбите?
Один из вариантов будущей Российской орбитальной служебной станции (РОСС) предполагает высоту около 360 км и наклонение орбиты 97 градусов, это значит, что станция будет летать практически поперек плоскости экватора. На такой орбите, только выше, уже летали спутники с датчиками заряженных частиц. Если взглянуть на созданные ими карты, то видно, что к Южно-Атлантической аномалии добавляются ещё две полосы.
На самом деле это места погружения в Землю магнитных линий внешнего радиационного пояса, которые близки (но не совпадают) с кольцами полярных сияний, просто развернутые в картографическую проекцию.
Глядя на эту карту, становится очевидно, что доза на такой орбите возрастет, ведь эти полосы станция будет пересекать не шесть раз в сутки, а по четыре раза на каждом витке. Да и Южно-Атлантическая аномалия никуда не девается, хотя сокращается длительность пребывания в ней.
Разумеется в Роскосмосе парни не забыли о космической радиации, и в ИМБП уже провели соответствующие расчеты. Этим летом на международной конференции GLEX заведующий лабораторией радиационного контроля при космических полётах Вячеслав Шуршаков представил расчеты дозы для полярной орбиты РОСС. Вывод неожиданный — в отсутствие солнечных вспышек средняя доза на высоте 400 км вырастет всего в 1,4 раза по сравнению с МКС, при этом не из-за радиационных поясов, а в основном, из-за галактических космических лучей.
Поскольку защитные способности магнитного поля Земли у полюсов падают практически до нуля, то галактические лучи и протоны солнечных вспышек могут беспрепятственно бомбардировать нашу Землю. Жители Мурманска могут не переживать на этот счет, ведь их, как и всех землян, защищает наша настоящая броня — атмосфера. А вот космонавтам будет хуже.
▍ Насколько опасны для экипажа полярные сияния?
Теперь суммируем все факты. В период солнечного спокойствия, когда нет вспышек, многократные пролёты через области вхождения внешнего радиационного пояса в атмосферу не представляют заметной опасности. Это связано с тем, что этот пояс наполнен легкими электронами в большей степени чем протонами. Именно электроны дают то красивое полярное сияние, которое доступно жителям и гостям Приполярья.
Протоны тоже могут вызывать свечение атмосферы, но Бразильские полярные сияния ещё никто не наблюдал по простой причине — протонные сияния видны только в ультрафиолете.
Даже самые энергичные электроны поглощаются корпусом станции, и способны создавать проблемы только во время выхода в открытый космос.
Ситуация может значительно усугубиться во время солнечных вспышек. Специалисты ИМБП констатируют, что для экипажа стоит предусмотреть дополнительные средства защиты спального и рабочего мест. Это может быть просто изменение компоновки станции, чтобы люди были окружены как можно большим количеством оборудования. Например сейчас в модуле «Звезда» условная «столовая» защищена от действия радиационных поясов почти в два раза лучше чем рабочее место.
Можно установить и специальную дополнительную защиту. Тяжелые материалы типа свинца в качестве защитных не рассматриваются, т.к. дают сильную вторичную радиацию. Эффективными считаются водородсодержащие материалы, типа воды или полиэтилена. На МКС уже сейчас проходит эксперимент «Шторка защитная» где в качестве антирадиационной брони каюты космонавта используются… влажные салфетки.
Оказалось, что благодаря салфеткам радиационный фон в каюте сократился на 30%. Всем кто захочет поиронизировать над идеей прикрываться салфетками от радиации стоит учесть, что их суммарная масса была около 70 кг.
Еще один важный фактор, позволяющий немного снизить дозу на полярной орбите — это высота полёта станции, она будет примерно на 50 км ниже МКС, как в свое время летала станция «Мир».
Исследование ИМБП не касается выходов космонавтов в открытый космос. Оболочка скафандра значительно тоньше чем космической станции, но даже она сокращает дозу вдвое по сравнению с «голым» выходом. Вероятно, длительность внекорабельной деятельности на полярной орбите придется ограничить в полтора-два раза и внимательнее следить за солнечной активностью. Но в любом случае лететь можно!
Выражаю признательность за помощь в подготовке материала
Вячеславу Шуршакову (ИМБП РАН) и Давиду Парунакяну с Ильей Кудряшовым (НИИЯФ МГУ).
Комментарии (105)
Javian
18.08.2021 12:15+1офф А что ныне со здоровьем у бывших космонавтов, продолжительно летавших на Салюте, Мире? Наверняка это пожизненный медицинский эксперимент о влиянии космических полетов на продолжительность жизни и приобретаемые заболевания.
Zelenyikot Автор
18.08.2021 12:21+2Наблюдения ведутся, но пока никакой статистически значимой зависимости не усмотрели. Проблема в отсутствии контрольной группы, и особенности отбора — в космонавты по умолчанию брали людей с железным здоровьем. По лунным астронавтам было исследование насчет роста сердечно-сосудистых заболеваний.
GreyStrannik
18.08.2021 16:27Контрольная группа есть - кандидаты в космонавты, которые не полетели. Но вообще, если для выявления статистической значимости заболеваний нужна контрольная группа, то можно сказать, что серьёзных проблем нет.
Zelenyikot Автор
18.08.2021 20:17+1Они ближе всего, но всё же не идеальны. После полёта уровень жизни космонавта, как правило, улучшается, что не скажешь о нелетавших.
Baigildin
18.08.2021 21:35+1Возможно психологический эффект
AlexBaggins
19.08.2021 19:58+1согласен, случай Нелюбова показывает, что здоровье не всегда обещает долгую жизнь
Javian
28.08.2021 20:11+2Сам отвечу на вопрос. Нашел отличный документ, где на странице 186.
Исследования показали, что при суммарной дозе за всю профессиональную деятельность космонавтов 4,0 Зв, допускаемую прежними нормативными документами, возможны очень высокие значения суммарного радиационного риска (более 40 %) и снижение продолжительности жизни более чем на 10 лет. Поэтому в 2004 году был утвержден новый нормативный документ, ограничивающий предельные значения среднетканевых доз, а также доз на кроветворные органы, кожу и хрусталик глаза в зависимости от длительности полета МУ 2.6.1.44-03 2004. Ограничение облучения космонавтов при околоземных космических полетах (ООКОКП-2004). Этим документом предельное значение дозы за карьеру снижено в 4 раза, до 1,0 Зв; при этом дополнительный суммарный радиационный риск в течение жизни космонавтов не превысит 10 %, а возможное сокращение продолжительности жизни составит менее 3 лет. Установленное предельное значение дозы для космонавтов, как показывают расчеты, не будет являться препятствием для осуществления длительных орбитальных космических полетов.
D03ER
19.08.2021 10:20Сама выборка не сильно большая и не достаточно разнообразная (нерепрезентативная) для выявление закономерности, которую можно натянуть на бОльшую популяцию. Вот когда полетят в космос люди с разным уровнем здоровья и разными предрасположенностями, тогда можно будет проводить исследования и считать их результаты статистически значимыми.
bobcatt
18.08.2021 12:56+4А что вообще такого можно делать на солнечно синхронной орбите, чего нельзя доверить автоматам? Вывод нагрузки туда энергетически куда затратнее, условия для экипажей хуже.
Зачем вообще это всё, если отбросить фактор "никто ещё этого не делал"?Zelenyikot Автор
18.08.2021 13:01+9У меня запланирован рассказ об этом, если только успею до запрета рассказывать о российской космонавтике.
beduin747
18.08.2021 13:19-1Это они о Рогозине и его деятельности запретят рассказывать. А это ни какого отношения к космонавтике не имеет.
Zelenyikot Автор
18.08.2021 14:38+3Думаю, до Рогозина им нет дела, также как до всяких популяризаторов.
mordusnaglus
24.08.2021 14:59Если журналисты, как это часто бывает, не драматизируют ситуацию, то ФНК после этого придётся по-крайней мере на время перевести на премодерацию.
dydyman
18.08.2021 13:34Лучше бы новую станцию вывели на орбиту «Молния» или какую-то похожую высокоэллиптическую. Больше возможностей как для изучения радиации, так и для туризма. С МКС видно только небольшой кусочек Земли, а с высоты несколько тыс км в апоцентре вид будет сильно лучше.
dcoder_mm
18.08.2021 13:44Так на молнию возить дорого, у нас и кораблей таких наверное нет
dydyman
18.08.2021 14:14Это хоть какой-то шаг вперед. А то получится, еще одна станция МИР на низкой орбите, выглядит как топтание на месте. Кто-то вон собирается на лунную гало орбиту летать и там станцию строить, что несравнимо дороже. Зато это развитие, придется решать новые задачи. ИМХО, конечно, но я думаю, что на низкой орбите жить и работать уже научились за более чем 30 лет, пора двигаться дальше, хотя бы маленькими шагами.
dcoder_mm
18.08.2021 14:23Кто-то вон собирается
ESA/NASA. Согласитесь, крупнее чем Роскосмос
что несравнимо дороже
Да, но та орбита для Lunar Gateway не очень уж сильно дороже низкой орбиты вокруг Луны (у Луны масса маленькая).
жить и работать уже научились за более чем 30 лет
Ну жизнь и работа будут примерно такими-же. Разница будет в логистике.
По-моему правильное движение "дальше" это как раз станция около Луны: еще не очень далеко (можно прислать помощь за несколько дней), но уже достаточно далеко чтобы от станции требовалась большая автономность, чем от МКС
MayakOV
19.08.2021 00:29Если уже сейчас разрабатывают одновитковую схему полета на МКС. То стыковаться к аппарату на высокоэлиптической орбите типа «Молния» в перигее это логически следующий шаг. Правда стартовых окон будет поменьше.
По поводу кораблей... В России сейчас один пилотируемый корабль - это «Союз». Он в своем нынешнем виде вряд ли на это способен. Но спутники «Меридиан» на такие орбиты выводятся РН «Союз-2» с РБ «Фрегат».
Javian
18.08.2021 13:59Имхо не очень интересно.
dydyman
18.08.2021 14:20Вот, отлично — вид в иллюминатор будет похож на то, что все видят на глобусе и в GoogleEarth )
Javian
18.08.2021 14:26+1Без телескопа рассматривать нечего. Полярная орбита будет намного зрелищнее.
dydyman
18.08.2021 14:31Возможность наблюдать Землю с низкой высоты в перицентре орбиты никуда не денется, но добавится возможность наблюдать Землю с разных высот, что могут оценить туристы.
Zelenyikot Автор
18.08.2021 14:38+1С низкой высоты будет только Антарктида )
dydyman
18.08.2021 14:46Это если прям на Молнию выводить. Я имел ввиду что-то похожее, высокоэллиптическую можно и так построить, чтоб постоянно разные места видеть с разной высоты, не обязательно ее с Земными сутками синхронизировать, это только для разведки было нужно, а для туризма скорее будет нежелательно.
Javian
19.08.2021 06:36А как стыковаться со станцией, как спускаться на Землю? Похоже будет мало окон, когда это возможно.
dydyman
19.08.2021 07:58Окон меньше будет, а разницы в стыковке особо никакой. Только корабль при возвращении будет с большей скоростью в атмосферу входить и должен быть на это рассчитан.
Javian
19.08.2021 08:35Больше скорость - больше перегрузки.
Tarakanator
23.08.2021 15:07Совсем не факт. Пока скорость больше орбитальной тормозить можно в верхних слоях атмосферы. Перегрузка нарастает когда аппарат снижается. А пока скорость околоорбитальная можно и не снижаться.
Zelenyikot Автор
23.08.2021 20:02Зависит от профиля спуска. У лунных Apollo перегрузки были меньше чем у околоземного гагаринского «Востока».
smrl
18.08.2021 14:04+1Вот чего я не понял.
Если человек честно считал - ну то есть собрал полноценную математическую модель, считающую радиационную нагрузку для полярных орбит. Как он удержался, чтобы не похвастаться графиком, на котором была бы радиационная нагрузка в зависимости от высоты орбиты?
И как вы удержались от вопроса, какая доза будет для полярной орбиты на нынешней высоте МКС?
Статья интересная, но осадочек остался.
Zelenyikot Автор
18.08.2021 14:31+3Спасибо, что обратили внимание. Сейчас глянул его работу — там посчитано для высоты 400 км, т.е. МКС. По высоте там графика нет, но есть график по широте. Что характерно, вклад радпоясов там сокращается с широтой, а галактических лучей — растет. Статья, я так понимаю, будет опубликована в октябре, там и график будет.
dragonnur
20.08.2021 08:33А как же "южноатлантическая депрессия"?
Zelenyikot Автор
20.08.2021 11:38Чем выше широта орбиты тем реже станция будет там появляться.
dragonnur
28.08.2021 17:03А может, забить на трансполярную и построить субэкваториальную? Тем более, что дружественная площадка в Гайане (если не путаю) уже есть.
Zelenyikot Автор
01.09.2021 16:19+1Гвиане. Дружественная площадка есть и в Казахстане, но Роскосмосу хочется свою, а то, как у нас бывает, сегодня дружим с Океанией, а потом хоп и она уже враг Остазии.
rumith
18.08.2021 14:07+1Уважаемый Виталий, прошу либо убрать меня (Парунакян) из списка благодарностей, либо же исправить указанные мной ошибки в тексте. Я не готов поставить печать одобрения на тот текст, который сейчас вижу на хабре. Спасибо.
Zelenyikot Автор
18.08.2021 14:33+6Я не смог принять все правки, чтобы это не стало статьей в рецензируемый журнал, но в любом случае, спасибо за помощь.
rumith
18.08.2021 15:33+6Спасибо автору - после переписки все действительно существенные недостатки в статье были устранены, а по остальным (в первую очередь терминологическим вопросам) было принято сознательное решение не перегружать материал.
Mexonizator
18.08.2021 16:28Доброго дня. Возник дилетантский вопрос. Если вода (салфетки) так хорошо задерживает радиацию, не было бы логичным сделать из них изоляционный слой, чтобы довести 30% до 100%? Возможно ли это?
vesper-bot
18.08.2021 16:59100% никогда не получите, там же экспонента. А дальше проблема с массой, плюс коррозионность самой воды, плюс ХЗ ещё сколько проблем. А так можно сделать этакий "термос наоборот" — внутри воздух, снаружи космос, в середине вода, и пробка-шлюз для входа-выхода.
Mexonizator
18.08.2021 18:01Понятно) Но все равно вариант кажется перспективным. Может, смогут придумать какой-нибудь гель в виде плитки, чтобы дёшево и сердито изолировать помещения.
katok535
18.08.2021 19:13+3Дешевле всего - использовать то, что и так находится на станции. Влажные салфетки, вода, оборудование и топливо - это как раз такие примеры. Рациональное расположение объектов.
Запасные траки на лобовой броне танков видели? Та же тема.Mexonizator
19.08.2021 14:14Ага, это объясняет. Наилучшим расположением имеющегося имущества достичь максимальной защиты.
Javian
20.08.2021 12:41Или наоборот что-то из материалов в оборудовании будет давать выход нейтронов.
smrl
18.08.2021 18:45+7Дело не в том, что вода хорошо задерживает.
Там давняя трагикомичная история: еще на этапе планирования модуля спальные места (закутки типа крошечных каюток) сделали так, чтобы дать членам экипажа максимальную приватность. Но при этом каютки получились расположенными у самого борта. И когда человек в каютке - защита от радиации минимальна. Только корпус модуля, довольно тонкий. В других местах модуля будет защищать не только корпус, но и аппаратура и запасы расходников, воды и горючего (они в баках на корпусе), и там защита гораздо лучше, иногда на порядок. Так что, вообще говоря, спать в каюте - не самый удачный выбор с точки зрения радиации.
Поэтому даже не ЦУП, кажется, а кто-то из космонавтов выступил с рацпредложением: а можно уложить на стенку каюты что-то для дополнительной защиты? Можно. Но что? Это должно быть что-то компактное, но при этом плотное, но не острое и не хрупкое. Навскидку нашлись пакеты влажных салфеток. Их на станцию завозят, потому что воды для мытья там нет, и все, что мы делаем с водой - моем руки, умываем лицо, моемся, - там все через эти салфетки, и их там тратится неимоверное количество. Вот он со склада их и перетащил в каюту. Но специально, как защиту, их никто не завозил. Это не был какой-то полноценный эксперимент. Просто рациональный поступок.
MayakOV
19.08.2021 00:37+1Вот вспомнилось. А на станциях "Салют-6", "Салют-7" и "МИР" были космические сауны.
Zelenyikot Автор
18.08.2021 20:15+2100% действительно будет сложно сделать. Например, наша атмосфера обладает плотностью 10 метров воды и то какие-то вторичные наногреи долетают. Но вообще 100% и не надо, если мы не собираемся всю жизнь летать. Для Марса хватило бы 30 см, для Юпитера-Сатурна 1 м.
Вода не самый лучший поглотитель частиц, она самый безопасный, т.к. любой плотный материал дает вторичную радиацию — нейтроны и прочие осколки больших ядер атомов, которые организму, подчас, вреднее чем исходная космическая частица. А у водорода ядро сама по себе элементарная частица, и нейтрона из него не выбить. У кислорода или углерода тоже довольно простые ядра, в сравнении с тем же алюминием или железом, не говоря уж о свинце. В этом плане, кстати, стальной корпус Старшипа не самое хорошее решение, но это тема для отдельного разговора.Mexonizator
19.08.2021 10:47+1Ну надо же, всю жизнь считал свинец панацеей от радиации, а оказалось, что нет. Век живи)
Zelenyikot Автор
19.08.2021 11:41Свинец от гаммы и рентгена подходит, а против корпускулярного излучения только хуже сделает.
x2v0
19.08.2021 13:00Свинец от гаммы и рентгена подходит, а против корпускулярного излучения только хуже сделает.
Я надеюсь, что Вячеслав Шуршаков не разделяет этого Вашего утверждения. Защитой "против корпускулярного излучения" занимались/занимаются тысячи людей. Курс "Прохождение частиц через вещество" проходит каждый физик-ядерщик. Существует десятки, если не сотни, программ, которые это считают. Более того, мы http://protom.ru этим "корпускулярным излучением только лучше делаем" - лечим людей от рака.
Боюсь, что одной этой фразой Вы дискредитировали весь материал поста, продемонстрировав свою некомпетентность в области, которую Вы освещаете.Zelenyikot Автор
19.08.2021 13:07Проблема в то, что космос — это не та среда, которой занимается «каждый физик-ядерщик». В космосе есть частицы и ГэВ и ТэВ, и свинец в космос не удобно таскать. Так-то да, метр свинца защитит лучше 10 метров воды. Только в космос не улетит.
А если говорить про сантиметровую защиту, то тут как раз лучше 11 см воды чем 1 см свинца именно из-за вторичного излучения.x2v0
19.08.2021 13:32+2В космосе есть частицы и ГэВ и ТэВ
Частицы этих энергий относительно безопасны для человека. И дело не в том, что их поток незначительный, а в том, что они ведут себя как "Minimum Ionization Particles", выделяя постоянную энергию = ~2 МэВ на грамм вещества (сантиметр толщины водного эквивалента). Грубо говоря, они "прошивают" организм не производя "повреждений". Наибольшую опасность представляют протоны, ядра, которые останавливаются в организме. Такими частицами являются протоны, с энергией до нескольких сотен МэВ, из первого пояса Аллена (почему-то этот термин отсутствует в Вашем посте) .
Кстати, именно этот "эффект разрывной пули" мы https://protom.ru используем для лечения онкологии.
Наш протонный ускоритель с энергией 30-350 МэВ и интенсивностью 10^9 идеально подходит для изучения защиты космических аппаратов от ионизационного излучения.Zelenyikot Автор
19.08.2021 13:42+2Галактические частицы ГэВ и ТэВ настолько не производят повреждений, что являются главным источником облучения в межпланетном пространстве и вносят половину дозы в околоземном. Причем в значительно степени эта доза накапливается именно за счет вторичных нейтронов, выбиваемых из корпуса станции. Поставим вместо алюминия свинец получим ещё больше нейтронов и больше дозу.
Вы, конечно, молодцы, что лечите онкологию, но не надо вести себя как спамер. Хотите рассказать о своем проекте — карандашик в правом верхнем углу страницы.x2v0
19.08.2021 14:54Надеюсь, Вы знакомы с этой статьёй?
Обзор радиационной среды МКС, наблюдаемой во время миссии ЕКА EXPOSE‐R2 в 2014–2016 годах
По своей работе, я сталкивался с расчётом радиационной защиты медицинских ускорителей. Как правило её делают гетерогенной - из "плотных" (на основе тяжёлых элементов) и "лёгких" (водородосодержащих) слоёв.Zelenyikot Автор
19.08.2021 15:15+1У меня в таблице данные из неё. Только она тут не уместна, т.к. это измерения снаружи станции, а не внутри.
Тут лучше посмотреть на внутренние результаты от нейтронного облучения. Видна его антикорреляция с солнечной активностью, т.е. все эти 200 микрозиверт летят из галактики:x2v0
19.08.2021 15:49интересно, не знал.
космос — это не та среда, которой занимается «каждый физик-ядерщик».
Удивительно, но, в космосе иногда находишь ответы на вполне "земные вопросы" На пример, Ваш пост "натолкнул" меня на интересное исследование
Zelenyikot Автор
19.08.2021 15:45+1А тут есть более интересные результаты, как раз по свинцу. На детекторах DB-8 два аналогичных датчика, только один из них закрыт свинцом толщиной 1 мм. Как можно видеть из таблицы, свинец далеко не всегда снижает дозу, в некоторых моментах его влияние практически нулевое, а в некоторых доза закрытого даже выше. Видимо это связано с тяжестью частицы, прилетевшей в свинец.
hhba
24.08.2021 11:58+1Я к вашему замечанию вот что еще добавлю. В зависимости от энергии излучения тяжелые (или относительно тяжелые) металлы могут быть не лучшей защитой даже в случае рентгена/гаммы из-за флуоресценции и фотоэффекта. Простой пример - при использовании достаточно жесткого рентгена в неразрушающем контроле (450 кэВ и выше - топовые трубки, линаки, бетатроны) на стороне детектирующего устройства, то есть за объектом исследования, применяются, тадаммм, металлические усилительные экраны. Например для пленок типично использовались усилительные экраны 50мкм свинца. А для кремниевых детекторов с гадолиниевым сцинтиллятором встречается миллиметр меди например. В зависимости от обстоятельств соотношение между комптоновским рассеянием, флуоресценцией и выходом электронов может быть достаточно выгодным для существенного роста чувствительности при несущественном ухудшении разрешения (и результат по проволочным/канавочным эталонам чувствительности в итоге возрастает).
Само собой, и это видно из цифр выше, фактор толщины экрана играет значительную роль во вторичном излучении при фотонном воздействии. Но это весьма наглядная демонстрация того, что просто накидать сколько-нибудь металла - не лучший путь.
hooperer
18.08.2021 18:01-3и не слова про КМА и Бразилию? хм.
amartology
18.08.2021 20:03+1и не слова про КМА и Бразилию? хм.
Попробуйте обратить внимание на седьмую и восьмую картинки.
Zelenyikot Автор
18.08.2021 20:20Южно-Атлантическая аномалия в тексте есть.
КМА нету, в Курске МКС не летает.MayakOV
19.08.2021 00:52+1КМА южнее нас - она в Белгородской области, в Старом Осколе - 51°15′ северной широты. А Курской её назвали задолго до 1954 года, когда Белгородской область еще не было.
MayakOV
19.08.2021 01:04+2КМА -это железорудный бассейн и к радиационной Южно-Атлантической аномалии никакого отношения не имеет. Ведь в публикации есть наглядная картинк с "красным пятном". Над КМА ничего подобного не наблюдается.
qbertych
18.08.2021 22:05+1Электроны внешнего радиационного пояса вносят такой незначительный вклад в облучение экипажа, что их даже не учитывают в измерениях внутри станции.
Судя по вашей таблице все в точности наоборот: они дают 30% общего фона.Заголовок спойлера
sergio_nsk
19.08.2021 08:19Смотреть нужно в правую колонку, внутри станции. Там пусто, 0 от общего фона.
Zelenyikot Автор
19.08.2021 11:43не учитывают в измерениях внутри станции
Читаем таблицу внимательно: снаружи станции — внутри станции. Между снаружи и внутри, в среднем, 10 см алюминия.
AlexanderplUs
19.08.2021 07:17Уровень облучения на МКС может колебаться примерно на 30% в зависимости от местонахождения каюты космонавта, высоты орбиты и солнечной активности (чем выше активность, тем ниже доза).
Про зависимость от солнечной активности смутило. Разве не наоборот: чем ниже активность, тем ниже доза?
dydyman
19.08.2021 08:02Могу ошибаться, но вроде бы при увеличении солнечной активности уменьшается галактическая радиация, от нее защищает более плотный солнечный ветер. А солнечная сама по себе мягче.
Zelenyikot Автор
19.08.2021 11:46+1Да, это одно из неинтуитивных свойств космической радиации. Явление называется солнечная модуляция галактического излучения. Солнечная активность обратно пропорциональна радиационному фону в межпланетном пространстве.
ksr123
21.08.2021 00:36А я вот возьму выше. 400 км — ну какой же это космос... Это атмосфера. Понимаю, что формально космос все, что выше 100 км, но все равно как-то оно как низко. И реальной невесомости там нет. И вот вообще.
Zelenyikot Автор
21.08.2021 11:00Реальная невесомость там есть. Там нет физического вакуума.
ksr123
22.08.2021 02:27-21. Невесомость там за счет свободного падения. Такое и на Земле достигается элементарно, при чем тут космос?
2. Про физический факуум вы серьезно? Или термин перепутали?
Zelenyikot Автор
22.08.2021 15:06+11. Притом, что везде невесомость достигается в свободном падении. Просто разница в том, относительно чего происходит падение. Можно улететь от Земли на расстояние 2 млн км, но тогда мы будем падать относительно Солнца, можно улететь от Солнца на расстояние 1,5 св л, но тогда мы будем падать относительно центра Галактики.
2. Я серьезно. Физическое определение вакуума — это среда, где молекула газа может двигаться без взаимодействия с другими молекулами. Вокруг Земли атмосфера простирается на несколько тыс км, и довы соты 800 км заметно тормозящее воздействие атмосферы на космические аппараты. Вокруг Солнца — гелиосфера наполненная солнечным ветром, а за пределами гелиосферы — межзвездный газ. Гелиопауза — это место где сталкивается межзвездный и солнечный ветер и возникает зона турбуленции, т.е. взаимодействия частиц. Даже межгалактическое пространство не пустует. Разница лишь в длине пробега молекулы, до встречи с другой.ksr123
22.08.2021 18:03Спасибо. Я думал о https://ru.wikipedia.org/wiki/Вакуум#Физический_вакуум
Ну, и за минус спасибо :) Конечно же, тупить тут непозволено никому!!!11
dcoder_mm
21.08.2021 11:41Это атмосфера
Буду цитировать сам себя (я дурак, мне можно):
Зная F10.7, Ap и высоту, можем посчитать плотность атмосферы, используя эти модели. Для 420км при умеренных F107 (125) и Ap (10) получается 0.02мкг/м3 (две сотых микрограмма на кубометр).
А на поверхности у нас 1.225 кг/м3. Или, если хотите, 1225000000 мкг/м3.
И реальной невесомости там нет
А вам какую надо? Там вполне достаточная невесомость, чтобы вибрации от работы оборудования/экипажа стали главным фактором, влияющим на эксперименты, требующие микрогравитации. Вот тут расписывают подробнее.
И вот вообще.
Ну так-то оно да, а вот без этого вот совсем не то бы было.
Muzzy0
24.08.2021 13:49А у полярной орбиты есть какие-либо преимущества?
Zelenyikot Автор
01.09.2021 16:21+1С неё видно всю Землю. Ну, точнее находящийся на этой орбите аппарат способен пролетать над любой точкой Земли.
Muzzy0
02.09.2021 09:07+1А сколько примерно времени займёт у аппарата на такой орбите вернуться в исходную точку?
Допустим, он пролетел над Москвой (несмотря на то, что полёты над ней запрещены :))). Через какое время аппарат снова пролетит над Москвой?Zelenyikot Автор
03.09.2021 09:59Нет никакого запрета для спутников летать над Москвой или где бы то ни было ещё. В сутки в зоне видимости с одной точки может быть до трех пролётов подряд, но если говорить о точном повторении траектории над конкретной точкой, то тут может быть раз в две недели или около того.
Muzzy0
05.09.2021 14:29про полёты над Москвой это была шутка :)
А какой шаг по долготе будет делать аппарат на каждом витке? Допустим, он пересёк экватор на гринвичском меридиане, на какой долготе он пересечёт его на следующем витке?Zelenyikot Автор
05.09.2021 22:33+1В сутки будет примерно 16 витков, соответственно шаг около 22 градусов.
Javian
24.08.2021 21:33Вот как у Роскосмоса получается запрягать лошадь позади телеги? Сначала много и громко говорим, что станция на полярной орбите дело решенное и безопасное. А потом появляется это:
Российский научный биологический спутник "Бион-М" номер 2 с мышами на борту в 2024 году могут отправить на высокоширотную орбиту для подготовки к последующему строительству там Российской орбитальной служебной станции (РОСС), сообщил РИА Новости источник в ракетно-космической отрасли.
Безопасность орбиты российской космической станции хотят проверить на мышах
Zelenyikot Автор
01.09.2021 16:23+2Да этот Бион-М2 давно не знают куда пристроить. На обычную орбиту 51,6 на 600 км — не круто, ибо уже было. Думали закинуть на 20 000 км в радпояс, но ракета не тянет. Теперь решили на полярную.
YMA
Разъясните, пожалуйста, непрофессионалу - почему нельзя постепенно заменить модули МКС на новые - один за другим? Новые модули сделать уже с учетом полученного опыта, и из legacy тянуть за собой только узлы стыковки?
Из-за чего выгоднее собирать новую станцию с нуля?
Zelenyikot Автор
Технически ничего не мешает, хотя будут сложности с узловыми модулями, к которым пристыковано много всего. Тут больше политический вопрос. Сам Роскосмос не знает будет ли он просто заменять новыми модулями свой сегмент на МКС или будет запускать их же в виде независимой станции. Решение будет определяться договоренностями на уровне Кремля и Белого дома.
MayakOV
Самая большая сложность это замена модуля "Звезда". Это служебный модуль без него функционирование МКС невозможно. По своей архитектуре он является центральным для всего Российского сегмента.
Zelenyikot Автор
«Звезду» заменить не сложно, сложно сделать такую замену. Но в принципе, я думаю, если Роскосмос решит уходить, то NASA вместо «Звезды» придумает какой-нибудь двигательный отсек, типа того, что сейчас делают для Gateway.
MayakOV
Саму «Звезду» заменить технически не сложно, но на ней "висит" еще 2 модуля. Таким образом замена одного модуля "плавно превращается" в замену всего РС МКС. А вот повторять «Звезду» а-ля «Мир» действительно не стоит. Зачем повторять изделие (я бы даже сказал концепцию построения ОС) прошлого тысячелетия. Электродвигательный модуль + Узловой модуль «Причал» + базовый модуль на основе НЭМ = лучшая замена. Более гибкая архитектура в плане замены модулей и наращивания ОС.
MayakOV
Кстати для своего электродвигательного модуля (Power and Propulsion Element - PPE) они особо ничего и придумывать не стали. Взяли за основу платформу 1300 для тяжелых спутников связи. База старая, а концепция новая.
x-tea
Может я что-то путаю, но мне казалось что NASA первое публично поставило под сомнение свое дальнейшее участие в МКС?
Zelenyikot Автор
Путаете.
striver
NASA публично высказывается за работу МКС до 2030-го года.
smrl
Выгоднее? Логика руководства Роскосмоса такая:
хватит позориться, уходим с МКС! --> а почему уходим?.. ну... наклонение у них не той системы!
И после этого очередного фейспалма, пошла команда в ведомственные институты: а ну-ка обоснуйте, что в руководстве Роскосмоса не идиоты сидят!
Сама статья очень хорошая, но. Без конкретных расчетов, выложенных на гуглдоксах или на сайте того же Роскосмоса, верить на слово зависимому человеку, что "всего в 1,4 раза хуже"... На фоне всего, что творится в Роскосмосе, и с медицинской статистикой в целом по стране?
Намеки на то, что считали под конкретный, заранее данный вывод, - выбор высоты орбиты. Какой смысл уходить с более экономичной орбиты на менее экономичную? (То, что обзор территории страны имеет какую-то ценность для пилотируемой станции - такая же сказка для обоснуя.) При этом странная оговорка "один из вариантов" намекает, что в другом ведомственном институте обосновывать нужность новой станции будут ее экономичностью, и там высоту орбиты считают не 350, и даже не 420, а все 450 км.
Zelenyikot Автор
Вообще ИМБП — это не структура Роскосмоса, а РАН, совместная работа по космосу ещё не означает зависимости. Для обоснования своих проектов у Роскосмоса ЦНИИМаш есть. На GLEXе был предварительный доклад, а статью с расчетами осенью обещали.