Для определения доз радиации при полете на Луну мы рассмотрели солнечный ветер и потоки протонов и электронов; солнечные вспышки, которые во время максимумов активности вместе с рентгеновским излучением Солнца резко повышают радиационную опасность для космонавтов; галактические космические лучи (ГКЛ), как наиболее высокоэнергетическую составляющую корпускулярного потока в межпланетном пространстве (150—300 мбэр в сутки); так же коснулись радиационного пояса Земли (РПЗ). Было указано, что для космонавтов РПЗ один из наиболее опасных факторов на трассе сообщений Земля-Луна.
Определим дозы радиации при прохождение радиационных поясов, а так же учтем радиационную опасность солнечного ветра. Воспользуемся общепринятой моделью радиационного пояса Земли AP-8 min (1995 г.).
ПРОТОННАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ РАДИАЦИОННОГО ПОЯСА ЗЕМЛИ
На рис. 1 приведено распределение протонов различных энергий в плоскости геомагнитного экватора. По оси абсцисс отложен параметр L в радиусах Земли, по оси ординат - плотность потока протонов в см-2 с-1. На этом рисунке представлены усредненные по времени значения плотности потоков протонов по данным советских и зарубежных авторов, относящиеся к периоду I96I-I975 гг [48].
ЭЛЕКТРОННАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ РАДИАЦИОННОГО ПОЯСА ЗЕМЛИ
Внешний пояс радиации открыт советскими учеными, расположен на высотах от 9000 до 45000 км. Он намного шире внутреннего (распространяется на 50° к северу и на 50° к югу от экватора). Электронная компонента радиационных поясов испытывает значительные пространственные и временные вариации в зависимости от трех параметров: местного времени, уровня геомагнитного возмущения и фазы цикла солнечной активности. Максимальная поглощённая доза, создаваемая внешним поясом за один час, может составить громадную величину — до 100 Грей. Проблема защиты от радиации внешнего пояса менее сложная, чем проблема защиты от радиации внутреннего пояса. Внешний пояс состоит в основном из электронов невысокой энергии, от которых защищают обычные материалы обшивки космического корабля.
Однако, при такой защите создается жесткое и мягкое рентгеновское излучение (эффект "рентгеновской трубки"). Рентгеновское излучение является ионизирующим и глубоко проникающим при прочих равных условиях для других видов излучения. Полёт через радиационный пояс на пути к Луне и обратно длится около 7 часов. Аполлон 13 по легенде НАСА вовсе "возвращался" в лунном модуле с толщиной защиты в пять раз меньше, чем для командного модуля. В течении этого времени излучение воздействует на ткани живых организмов, может быть причиной лучевой болезни, лучевых ожогов и злокачественных опухолей, наконец, является мутагенным фактором.
Воспользуемся следующими данными и оценим дозы радиации.
Ниже представлены усредненные по времени и по всем значениям долготы профили интегральной интенсивности электронов различных энергий для (а) - минимума солнечной активности, (б) - для эпохи максимума [48].
Рисунок показывает, что в эпоху максимума солнечной активности доза радиации, создаваемая внешним поясом, возрастает в 4-7 раза. Напомним, что 1969 - 1972 был год пика 11-летней солнечной активности.
Как и для протонов, для электронной составляющей РПЗ существует универсальный высотный ход, n=0,46 [50]. Высотный ход для электронов менее критичен, чем для протонов. Например, для электронов на широтах ?~30° (В/Вэ=3) и ?~44° (В/Вэ=10) значение доз радиации электронной составляющей уменьшится, соответственно, в 1,7 и 3,1 раз. Это значит, что по схеме НАСА полёта к Луне и возвращения на Землю Аполлоны никак не могут миновать электронную составляющую РПЗ.
Результаты расчета дозы радиации и используемые характеристики электронной составляющей РПЗ приведены в таблице 2.
Данные потоков электронов в РПЗ и время пролётов Apollo
Доза радиации для Apollo от электронной составляющей РПЗ
Отметим обстоятельство, что радиационный эффект на 1-2 порядка выше, чем даёт официальный доклад НАСА для миссий Аполлонов. Так для Аполлон 13 значение поглощенной дозы составляет 0,24 рад. Расчёт даёт значение ~34,5 рад, это в 144 раз больше. При этом радиационный эффект увеличивается почти в два раза при уменьшении эффективной защиты с 7,5 до 1,5 г/см2, тогда как доклад НАСА указывает на обратное. Для Аполлон 8 и Аполлон 11 официальные дозы радиации составляют, соответственно, 0,16 и 0,18 рад. Расчет дает 19,4 рад. Это в 121 и 108 раз меньше, соответственно. И только для Аполлон 14 официальные дозы радиации составляют 1,14 рад, что в 17 меньше расчетного.
Для электронной составляющей РПЗ существует сезонные вариации. На рис. 5 представлены потоки релятивистских электронов за один пролет пояса по данным ИСЗ ГЛОНАСС и геомагнитные индексы Кр и Dst за 1994-1996 гг. Жирные линии представляют результаты сглаживания измерений. Представленные данные демонстрируют хорошо заметные сезонные вариации: потоки электронов весной и осенью в 5-6 раз больше минимальных – зимой и летом.
Запуск и посадка Аполлон 13 состоялись весной, соответственно, 11.04.1970 и 17.04.1970. Очевидно, потоки электронов будут в несколько раз выше, чем усредненные. Это значит, что значение поглощенной дозы радиации вырастит в несколько раз и составит 43-52 рад. Это в 200 раз больше официальных данных. Аналогично, для Аполлон 16 (запуск и посадка, соответственно, 16.04.1972 и 27.04.1972) доза радиации составит 25-30 рад.
Во время магнитных бурь происходит изменение интенсивности электронов в РПЗ иногда в 10-100 раз и более в эпоху максимума солнечной активности. В этом случае дозы радиации могут возрасти до опасных значений для жизни космонавтов и составить 10 Зивертов и более. Как правило, в эти периоды преобладает инжекция частиц, особенно при сильных магнитных возмущениях. На рис. 6 приведены профили интенсивности электронов различных энергий в спокойных условиях (рис. 6а) и через 2 дня после магнитной бури 4 сентября 1966 года (рис. 6б) [48].
Одним из полетов к Луне по отчёту НАСА был Аполлон 14: Алан Шепард, Эдгар Митчелл, Стюарт Руса 31.01.1971 — 09.02.1971 GMT / 216:01:58 Третья высадка на Луну: 05.02.1971 09:18:11 — 06.02.1971 18:48:42 33 ч 31 мин / 9 ч 23 мин 42.9. 27 января за несколько дней до старта Аполлон началась умеренная магнитная буря, перешедшая в малую бурю 31 января [49], которые вызвала солнечная вспышка в направлении к Земле 24.01.1971 гг.. Очевидно, повышение уровня радиации можно ожидать в 10-100 раз или 1-10 Зивертов (100-1000 рад). В случае дозы радиации 10 Зивертов радиационный эффект при полете через пояс Ван-Алена - 100% летальный исход.
Итогами полета Аполлон 14 было: 1) продемонстрирована отличная физическая подготовка и высокая квалификация астронавтов, в частности — физическая выносливость Шепарда, которому на момент полёта было 47 лет; 2) никаких болезненных явлений у астронавтов не наблюдалось; 3) Шепард прибавил в весе полкилограмма (первый случай в истории американской пилотируемой космонавтики); 4) за время полёта астронавты ни разу не принимали медикаментов; 5) продемонстрированы преимущества исследования Луны с участием астронавтов по сравнению с полётами автоматических аппаратов...
На рис. 8 показано изменение профилей интенсивности электронов с энергией 290-690 кэВ до и после магнитной бури.
Рис. 8 показывает, что через 5 суток плотность потоков электронов с энергией 290-690 кэВ значительно расширена и в 40-60 раз выше, чем до магнитной бури, через 15 суток - в 30-40 раз выше, через 30 суток - в 5-10 раз больше, через 60 суток - в 3-5 раз больше. Только через 3 месяца электронная составляющая РПЗ приходит к равновесному состоянию.
Значительные пространственные и временные изменения потоков электронов во всей области поясов в течение одного года показаны на рис. 9.
Как можно видеть, значительные вариации электронной составляющей РПЗ по интенсивности и по пространству относительно спокойного состояния радиационного пояса Земли занимают четверть года. Во время магнитных бурь потоки частиц значительно расширяются во внешнюю область и "сползают” ближе к Земле, заполняя ранее пустовавшие области захваченной радиации.
Резкое увеличение потоков электронов создают реальную угрозу спутникам и пилотам КА на трассе Земля-Луна, находящихся в зоне всплесков их потока. Уже отмечено довольно много случаев, когда выход из строя отдельных систем спутников или даже прекращение их функционирования связан с резким усилением потока релятивистских электронов. Мощный поток электронов с энергией в несколько МэВ, насквозь пробивает оболочку спутника, электроны с меньшей энергией генерируют огромны поток вторичного тормозного излучения, состоящего из жесткого рентгеновского излучения.
ДОЗЫ РАДИАЦИИ В ОКОЛОЛУННОМ ПРОСТРАНСТВЕ И НА ПОВЕРХНОСТИ ЛУНЫ
На околоземной орбите космонавты находятся под защитой магнитосферы Земли. В окололунном пространстве или на поверхности Луны весь поток солнечного ветра принимает корпус космического аппарата или лунного модуля. Потоком протонов можно пренебречь (очевидно, кроме солнечно-протонных событий). Плотность потока электронов в солнечном ветре меняется на два-три порядка порой в течении одной только недели. При столкновении с обшивкой корабля или модуля электроны останавливаются и рождают рентгеновское излучение, которое имеет огромную проникающую способность (толщина защиты 7,5 г/см2 алюминия уменьшит дозы радиации только в два раза).
Ниже график изменения дозы радиации рад/сутки с 1996 по 2013 год, которые получает астронавт при толщина внешней защиты 1,5 г/см2:
Из рис. 10 видно, что дозы радиации в окололунном пространстве и на поверхности Луны носят нерегулярный характер. В год минимума солнечной активности дозы радиации составляют 0,0001 рад. В год максимума солнечной активности изменяются от 0,003 до 1 рад/сутки (прим. - для электронов бэр=рад; нерегулярность потоков электронов в солнечном ветре в годы максимальной солнечной активности связана с вспышками на Солнце, которые происходят ежедневно). За месяц пребывания в окололунном пространстве астронавты для значения соответствующем 1-31 октября 2001 года получают дозы 0,5 рад, среднее 0,016 рад/сут; для значения соответствующем 1-30 ноября 2001 года получают дозы 3,4 рад, среднее 0,11 рад/сут; усредненное за два месяца составляет - 3,9 рад за 60 суток или 0,065 рад/сут. Это значит, что дозы радиации, полученные астронавтами 9-ти миссий только пребывания в окололунном пространстве, выше доз, заявленных НАСА и должны иметь значительные вариации. Это противоречит данным миссий Аполлон. При боле высокой плотности потока электронов, а так же при длительном пребывании вне магнитосферы Земли (100 суток), дозы могут приближаться к значениям лучевой болезни - 1,0 Зв. Дополнительно - Архив доз радиации с 1 января 2010 г.
Очевидно, что данные дозы радиации суммируются с другими дозами, например, при прохождении радиационного пояса Земли, в итоге имеем те значения, которое получает астронавт при полете на Луну и возвращении на Землю.
ОБСУЖДЕНИЕ
После миссий Аполлонов прошло 40 лет. До сих пор ни кто не даёт точный прогноз для геомагнитного возмущения. Говорят о вероятности геомагнитных возмущений (магнитная буря, магнитный шторм) на сутки, на несколько дней. Точность прогноза на неделю ниже 5%. Более непредсказуемый характер отмечается для электронов солнечного ветра. Это значит, что с вероятностью не ниже 20-30% астронавты миссий Аполлонов попадут в непредсказуемый мощный поток электронов радиационного пояса Земли и солнечный ветер.
Полёт Аполлонов сквозь внешний РПЗ и солнечный ветер в эпоху активного солнца можно сравнить с гусарской рулеткой, когда в пустой барабан 4-зарядного револьвера заряжается один патрон! Было сделано 9 попыток. Вероятность не получить острую лучевую болезнь
1
3 / 4 = 0,750
2
( 3 / 4)2 = 0,562
3
( 3 / 4)3 = 0,422
4
( 3 / 4)4 = 0,316
5
( 3 / 4)5 = 0,237
6
( 3 / 4)6 = 0,178
Это равносильно почти 100% лучевой болезни.
Подводя итог скажем: двукратное прохождение радиационного пояса Земли по схеме НАСА приводит к смертельным дозам радиации 5 Зивертов и более во время магнитных бурь.
Даже если бы Аполлонам сопутствовала фортуна -
тогда суммарная доза радиации составит не ниже 20-30 бэр. Дозы радиации не опасны для жизни человека. Однако и в этом случае радиационный эффект на два порядка выше тех значений, которые заявлены в официальном докладе НАСА!
В таблице 3 приведены суммарные и суточные дозы радиации пилотируемых полётов на космических кораблях и данные с орбитальных станций.
Таблица 3. Суммарные и суточные дозы радиации пилотируемых полётов
на космических кораблях и на орбитальных станциях.
Можно отметить, что дозы радиации Аполлон 0,022-0,127 рад/сут, получаемые астронавтами при полёте на Луну, не отличаются от доз радиации 0,010-0,153 рад/сут при орбитальных полетах. Влияние радиационного пояса Земли равно нулю. Хотя настоящий расчёт показывает, что дозы радиации миссий на Луну в 100-1000 раз и более будут выше. Можно так же отметить, что наиболее низкий радиационный эффект 0,010—0,020 рад/сут наблюдаются для орбитальной станции "МКС", имеющей эффективную защиту 15 г/см2 и находящейся на низкой опорной орбите Земли. Наиболее высокие дозы радиации 0,099—0,153 рад/сут отмечены для ОС "Скайлэб", имеющий защиту 7,5 г/см2 и осуществлявших полёт на высокой опорной орбите.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Аполлоны не летали на Луну, они кружили на низкой опорной орбите, находясь под защитой магнитосферы Земли, имитируя полёт к Луне, и получили дозы радиации обычного орбитального полёта.
В целом, истории «пребывания человека на Луне» несколько десятилетий! Полёт американцев к Луне можно сравнить с шахматной игрой. С одной стороны было НАСА, великодержавный престиж нации, политика и "адвокаты" НАСА, с другой стороны были Ральф Рене, Ю. И. Мухин, А. И. Попов и многие другие энтузиасты-оппоненты. Оппонентами было поставлено множество шахматных шахов, один из последних - "Человек на Луне. Солнце на снимках Аполлонов в 20 раз больше!" Данной статьей от имени всех оппонентов объявляется шахматный мат НАСА.
Несмотря на опасность РПЗ и политику, безусловно, человечество не останется вечно на Земле… Главным способом обойти радиационные пояса Ван-Алена является изменение схемы траектории полета к Луне и электромагнитная защита от электронов.
Источник: oko-planet.su
