Космическая радиация

Два обстоятельства заставили взяться меня за перо (образное выражение). Первое – в нашей стране начаты работы по организации полета на Марс, ближайшую к нам планету.  И второе, буквально на днях – беседа историка Андрея Фурсова с читателями, где он вполне определенно сказал, что полета американцев на Луну не было, так как нет возможностей преодолеть пояса очень высокой радиации, так называемые пояса Ван Аллена.  50 лет назад наше правительство якобы признало проигрыш в Лунной гонке,  признало полет американских астронавтов на Луну в обмен на некоторые преференции.

С мнением Фурсова согласен президент США Дональд Трамп, а вот наш президент Путин поздравил американцев с 50-летием полета на Луну.  Так была или нет успешная экспедиция землян на Луну? Специалисты спорят до сих пор. Я не физик, не специалист в области космонавтики,  но опосредованно связан с ионизирующим излечением, имея большой стаж работы врача-рентгенолога. Неплохо знаю и технику радиационной безопасности.  Согласно имеющимся в распоряжении человечества данными научных исследований, защиту от ионизирующего излучения можно уменьшить тремя способами. Первый – сократить время пребывания в зоне излучения.  Второй – увеличить расстояние от объекта излучения до человека. Третий – снабдить человека защитными средствами от излучения. Все годы  после открытия радиоактивности таким материалом был свинец.

Чтобы ответить себе самому на вопрос – были ли американцы на Луне или нет, я изучил немало материалов по этой теме, послушал беседы некоторых историков, которые, как и я, не являются специалистами в управляемой космонавтике.  И нашел несколько статей физиков, в которых высказываются противоположные мнения.  Вот одна, где ставится под сомнение полет астронавтов на Луну.

В 1963 году советские ученые заявили известному британскому астроному Бернарду Ловеллу, что они не знают способа защитить космонавтов от смертельного воздействия космической радиации. Это означало, что даже намного более толстостенные металлические оболочки российских аппаратов не могли справиться с радиацией. Каким же образом тончайший (почти как фольга) металл, используемый в американских капсулах, мог защитить астронавтов? НАСА знало, что это невозможно. Космические обезьяны погибли менее чем через 10 дней после возвращения, но НАСА так и не сообщило нам об истинной причине их гибели.

Большинство людей, даже сведущих в космосе, и не подозревают о существовании пронизывающей его просторы смертельной радиации. Как ни странно (а может быть, как раз по причинам, о которых можно догадаться), в американской «Иллюстрированной энциклопедии космической технологии» словосочетание «космическая радиация» не встречается ни разу. Да и вообще эту тему американские исследователи (особенно связанные с НАСА) обходят за версту.
Между тем Ловелл после беседы с русскими коллегами, которые отлично знали о космической радиации, отправил имевшуюся у него информацию администратору НАСА Хью Драйдену, но тот проигнорировал ее.
Один из якобы посетивших Луну астронавтов Коллинз в своей книге упоминал о космической радиации только дважды:
«По крайней мере, Луна была далеко за пределами земных поясов Ван Аллена, что предвещало хорошую дозу радиации для тех, кто побывал там, и смертельную – для тех, кто задержался».

«Таким образом, радиационные пояса Ван Аллена, окружающие Землю, и возможность солнечных вспышек требуют понимания и подготовки, чтобы не подвергать экипаж повышенным дозам радиации».

Так что же означает «понимание и подготовка»? Означает ли это, что за пределами поясов Ван Аллена остальной космос свободен от радиации? Или у НАСА была секретная стратегия укрытия от солнечных вспышек после принятия окончательного решения об экспедиции?

НАСА утверждало, что просто может предсказывать солнечные вспышки, и поэтому отправляло на Луну астронавтов тогда, когда вспышек не ожидалось, и радиационная опасность для них была минимальна. Впрочем, другие специалисты утверждают: «Возможно предсказать только приблизительную дату будущих максимальных излучений и их плотность».

Советский космонавт Леонов все же вышел в 1966 году в открытый космос – правда, в сверхтяжелом свинцовом костюме. Но спустя всего лишь три года американские астронавты прыгали на поверхности Луны, причем отнюдь не в сверхтяжелых скафандрах, а скорее совсем наоборот! Может, за эти годы специалисты из НАСА сумели найти какой-то сверхлегкий материал, надежно защищающий от радиации?
Однако исследователи вдруг выясняют, что, по крайней мере, «Аполлон-10», «Аполлон-11» и «Аполлон-12» отправились в путь именно в те периоды, когда количество солнечных пятен и соответствующая солнечная активность приближались к максимуму. Общепринятый теоретический максимум 20-го солнечного цикла длился с декабря 1968 по декабрь 1969 гг. В этот период миссии «Аполлон-8», «Аполлон-9», «Аполлон-10», «Аполлон-11» и «Аполлон-12» предположительно вышли за пределы зоны защиты поясов Ван Аллена и вошли в окололунное пространство.
Дальнейшее изучение ежемесячных графиков показало, что единичные солнечные вспышки – явление случайное, происходящее спонтанно на протяжении 11-летнего цикла. Бывает и так, что в «низкий» период цикла случается большое количество вспышек за короткий промежуток времени, а во время «высокого» периода – совсем незначительное количество. Но важно именно то, что очень сильные вспышки могут иметь место в любое время цикла.

В эпоху «Аполлонов» американские астронавты провели в космосе в общей сложности почти 90 дней. Поскольку радиация от непредсказуемых солнечных вспышек долетает до Земли или Луны менее чем за 15 минут, защититься от нее можно было бы только с помощью свинцовых контейнеров. Но если мощности ракеты хватило, чтобы поднять такой лишний вес, то почему надо было выходить в космос в тонюсеньких капсулах (буквально в 0,1 мм алюминия) при давлении в 0,34 атмосфер? Это притом, что даже тонкий слой защитного покрытия, именуемого «майларом», по утверждениям экипажа «Аполлон-11», оказался столь тяжел, что его пришлось срочно стирать с лунного модуля!

Похоже, в лунные экспедиции НАСА отбирало особенных парней, правда, с поправкой на обстоятельства, отлитых не из стали, а из свинца. Американский исследователь проблемы Ральф Рене не поленился рассчитать, как часто каждая из якобы состоявшихся лунных экспедиций должна была попасть под солнечную активность.

Между прочим, один из авторитетных сотрудников НАСА (заслуженный физик, кстати) Билл Модлин в своей работе «Перспективы межзвездных путешествий» откровенно сообщал: «Солнечные вспышки могут выбрасывать ГэВ протоны в том же энергетическом диапазоне, что и большинство космических частиц, но гораздо более интенсивные. Увеличение их энергии при усиленной радиации представляет особую опасность, поскольку ГэВ протоны проникают сквозь несколько метров материала… Солнечные (или звездные) вспышки с выбросом протонов – это периодически возникающая очень серьезная опасность в межпланетном пространстве, которая обеспечивает дозу радиации в сотни тысяч рентген за несколько часов на расстоянии от Солнца до Земли. Такая доза является смертельной и в миллионы раз превышает допустимую. Смерть может наступить уже после 500 рентген за короткий промежуток времени».
Да, бравые американские парни потом должны были сиять похлеще четвертого чернобыльского энергоблока. «Космические частицы опасны, они исходят со всех сторон и требуют как минимум двух метров плотного экрана вокруг любых живых организмов». А ведь космические капсулы, которые по сей день демонстрирует НАСА, имели чуть более 4 м в диаметре. При толщине стен, рекомендуемой Модлиным, астронавты, даже без всякого оборудования, в них бы не влезли, уж не говоря о том, что и не хватило бы топлива для того, чтобы такие капсулы поднять. Но, очевидно, ни руководство НАСА, ни посланные им на Луну астронавты книжек своего коллеги не читали и, находясь в блаженном неведении, преодолели все тернии по дороге к звездам.

Впрочем, может быть, НАСА и впрямь разработало для них некие сверхнадежные скафандры, используя (понятно, очень засекреченный) сверхлегкий материал, защищающий от радиации? Но почему же его так больше нигде и не использовали, как говорится, в мирных целях? Ну ладно, с Чернобылем СССР они не захотели помогать: все-таки перестройка еще не началась. Но ведь, к примеру, в 1979 году в тех же США на АЭС «Тримайл-Айленд» произошла крупная авария реакторного блока, которая привела к расплавлению активной зоны реактора. Так что же американские ликвидаторы не использовали космические скафандры по столь разрекламированной технологии НАСА стоимостью ни много ни мало в $7 млн, чтобы ликвидировать эту атомную мину замедленного действия на своей территории?..

А вот две других статьи, где авторы утверждают, что «не так страшен черт, как его малюют». 

50 лет назад один человек совершил маленький шажок, который оказался большим шагом для всего человечества. Мы говорим, как вы поняли, о знаменитой высадке американских астронавтов на Луну. И в последнее время споры вокруг той миссии (как и самой программы «Аполлон») разгорелись с новой силой. Причем речь идет не о том, что «высадки не было и все было снято в павильоне». Новые аргументы говорят нам, что во время миссии на Луну астронавты должны были получить огромную дозу космической радиации, которую невозможно пережить. Но так ли это?

Что такое космическая радиация

Никто не собирается оспаривать факт того, что космическая радиация действительно существует и то, что воздействие ее на живые организмы очень сложно назвать положительным. Сам термин «космическая радиация» довольно обширен и используется для описания энергии, которая излучается в виде электромагнитных волн и/или других частиц, испускаемых небесными телами. При этом не все они являются опасными для человека. Например, люди могут воспринимать некоторые формы электромагнитного излучения: видимый свет можно (простите за тавтологию) увидеть, а инфракрасное излучение (тепло) можно почувствовать.

Между тем, другие разновидности излучения, такие как радиоволны, рентгеновские и гамма-лучи требуют специального оборудования для наблюдения. Самым опасным является ионизирующее излучение и именно его воздействие в большинстве случаев и называют той самой космической радиацией.
Откуда берется космическая радиация

В космосе существует несколько источников ионизирующего излучения. Солнце непрерывно испускает электромагнитное излучение на всех длинах волн. Иногда огромные взрывы на солнечной поверхности, известные как вспышки на Солнце, высвобождают в космос огромное количество рентгеновских и гамма-лучей. Эти явления как раз и могут представлять опасность для астронавтов и оборудования космических аппаратов. Также опасная радиация может исходить из-за пределов нашей Солнечной системы, но на Земле мы защищены от большей части этого ионизирующего излучения. Сильное магнитное поле Земли формирует магнитосферу (грубо говоря, защитный пузырь), который действует как своего рода «щит», блокирующий большую часть опасного излучения.

При этом космическая радиация «не улетает» обратно в космос. Она накапливается вокруг нашей планеты, формируя, так называемые, Пояса Ван Аллена (или радиационные пояса).

Как NASA решило проблему организации полета на Луну

Короткий ответ — никак. Дело в том, что для того, чтобы добраться до Луны, космический аппарат должен двигаться максимально быстро и по кратчайшему расстоянию. Для «облета и маневрирования» не хватило бы ни времени, ни запаса горючего. Таким образом, участники программы должны были пересечь как внешний, так и внутренний радиационный пояса.

NASA знало о проблеме, и поэтому им нужно было что-то делать с обшивкой корабля для астронавтов. Обшивка должна была быть тонкой и легкой для обеспечения защиты. Нельзя было слишком «утяжелять» ее. Поэтому минимальная защита от облучения при помощи металлических пластин была добавлена в конструкцию. Более того, теоретические модели радиационных поясов, разработанные в преддверии полетов «Аполлона», показали, что прохождение через них не будет представлять существенной угрозы для здоровья космонавтов.

Но это еще не все. Чтобы добраться до Луны и благополучно вернуться домой, астронавты «Аполлона» должны были не только пересечь пояса Ван Аллена, но и огромное расстояние между Землей и Луной. По времени полет занимал около трех дней в каждую сторону. Участники миссии также должны были безопасно работать на орбите вокруг Луны и на лунной поверхности. Во время миссий «Аполлон» космический аппарат большую часть времени находился за пределами защитной магнитосферы Земли. Таким образом, экипажи «Аполлонов» были уязвимы для солнечных вспышек и для потока радиационных лучей из-за пределов нашей Солнечной системы.

Почему астронавты остались живы?

Можно сказать, что NASA повезло, ведь время миссии совпало с, так называемым, «солнечным циклом». Это период роста и спада активности, который происходит примерно каждые 11 лет. На момент запуска аппаратов как раз пришелся период спада. Однако если бы космическое агентство затянуло программу, то все могло бы закончится иначе. Например, в августе 1972 года, между возвращением на Землю «Аполлона-16» и запуском «Аполлона-17» начался период роста солнечной активности. И если бы в это время астронавты находились бы на пути к Луне, они получили бы огромную дозу космического излучения. Но этого, к счастью, не произошло.

Превосходство СССР над США в космической сфере перед исторической посадкой человека на Луну было неоспоримым. СССР первым запустил на околоземную орбиту искусственный спутник, отправил человека в космос, отправил космический аппарат в облет Луны, впервые получив снимки обратной стороны спутника. На спутник Земли первым совершил мягкую посадку тоже советский аппарат — «Луна-9». В конце концов, именно советский космонавт Алексей Леонов первым в мире совершил выход в открытый космос из космического корабля. Казалось бы, именно советские люди должны были стать первыми, кто высадится на Луну. Но этого не произошло. Почему СССР проиграл лунную гонку?

Если говорить максимально коротко, причина заключалась в том, что СССР не успел построить ни сверхтяжелую ракету, способную доставить на орбиту Земли космический корабль для полета на орбиту Луны, ни посадочный модуль, способный потом с Луны взлететь.

Еще в 1962 году лидер страны Никита Хрущев подписал постановление о создании космического корабля для облета Луны и применения для этого запуска ракеты-носителя «Протон» с разгонным блоком. В 1964 году Хрущев подписал программу о том, чтобы СССР осуществил в 1967 году облет, а в 1968 году — высадку на Луну и возвращение на Землю. На год раньше, чем это сделали в итоге американцы.

Формировать советские лунные экипажи начали в 1966 году. Предполагалось, что экипаж, который будет использоваться для высадки на спутник должен состоять из двух человек. Один должен был спуститься на поверхность Луны, второй оставаться на орбите в лунном модуле.

Основными причинами провала проекта советской лунной программы, которая обошлась по ценам 1974 года в 4 млрд. рублей, называются: высокая конкуренция между различными советскими конструкторскими бюро, личная неприязнь между некоторыми ее руководителями, распыление средств между КБ Королёва и Челомея на начальных этапах создания лунных кораблей и отказ от использования ракетного двигателя для ракеты-носителя H-1, разработанного самым опытным производителем в этой сфере КБ Глушко.

Об этом в последнем интервью рассказал космонавт и дважды герой СССР Алексей Леонов:
«Королёв и Глушко — не могли и не хотели работать вместе. В их отношениях были свои проблемы сугубо личного характера: Сергей Королев, например, знал, что Валентин Глушко в свое время написал на него донос, в результате которого он был осужден на десять лет. Выйдя на свободу Королёв об этом узнал, а вот Глушко не знал, что он об этом знает», — поделился Леонов.

Вот такая первая статья.  Мол, преодолеть пояса Ван Аллена проблем нет, главное, в чем уступили наши – отсутствие сверхтяжелой ракеты. Но вот странно получается. У американцев в конце 60-х годов такая ракета была, и сейчас её нет. Ссылаются на утрату нужных чертежей. То ли украли, то ли так спрятали, что не могут найти.  И до сих пор на свои ракеты ставят двигатели, которые производятся в России, и в ближайшие годы сами создать не могут.

Но данные телеметрии взлета ракет с астронавтами к Луне, произведенные исследователями разных стран, показывают, что взлетающая ракета скорее напоминает муляж настоящей. С  такой начальной скоростью улететь на околоземную орбиту не может.  Через какое-то время она просто упадет в океан. Но этот факт  глаз зевак на космодроме на мысе Канаверал уже не увидят.

Вторая статья, где говорится о космической радиации.
Какая радиация в поясах Ван Аллена?

Само по себе английское слово radiation имеет широкий диапазон русских синонимов, такие как радиация и излучение. Широкий диапазон есть не только у перевода слова radiation, но и у видов излучения электромагнитного спектра: от радиоволн до гамма лучей. Большинству, кстати говоря, мы подвергаемся постоянно: радиоволны (FM, AM для коммуникаций), микроволны (которые, по мнению сторонников из той же оперы, тоже вредят здоровью человека), инфракрасное излучение (которое излучает Солнце, тем самым согревая нас), а также видимый свет и ультрафиолетовое излучение.

А вот гамма- и рентгеновское излучения - это излучения ионизирующие, те, которые и могут уничтожить что угодно. Сюда же стоит включить излучение частиц: альфа, бета и протонное - тоже опасные и ионизирующие виды излучения, не входящие в основной спектр. Такое излучение - это движение частиц с огромной скоростью; когда она врезается в инородную частицу (например, электрон), она сбивает его с орбиты, превращая атом в ион (от чего его и прозвали ионизирующим). На примере человека можно сделать вывод: в нем очень много воды (H2O) и если большая доза излучения проникнет в организм, то она может разрушить молекулы воды (например, атом водорода превратился в ион водорода - молекула расформировалась, став HO и ионом H - цепная реакция не заставит себя долго ждать).

Приверженцы теории Лунного Заговора зачастую не сведущи в вопросе о виде радиации: не каждое ионизирующее излучение способно даже попытаться нас уничтожить: чтобы спасти себя от альфа-излучения, например, нам не нужна метровая свинцовая стена (как нужно предотвратить рентгеновское излучение), а достаточно пары метров воздуха или слой бумаги - излучение поглотилось. А еще большее количество таких людей просто не интересуется, какая радиация в поясах Ван Аллена.

Пояса Ван Аллена - области в магнитосфере Земли, в которых накапливаются и хранятся заряженные частицы (зачастую, частицы солнечного ветра), которые создают зоны повышенной радиации. Области в форме бубликов или овалов, состоят из внутреннего пояса (область с максимально высокой радиацией всего пояса, находится на расстоянии 600 км, заканчивается на 6000 км) и внешнего (в нем интенсивность много ниже, но он более обширный; начинается на высоте 10 000 км, заканчивается 60 000 км). Внутренний пояс очень стабилен по сравнению со внешним - тот изменяет свою концентрацию и размер в зависимости от геомагнитных бурь, вызываемых волной солнечных частиц. Главная опасность пояса в том, что его уменьшение/увеличение концентрации/размеров еще не контролируемо нами. Исследования, начавшиеся в 50-х годах и идущих по сей, день подтвердили наличие поясов, но не двух, а уже трех (который появляется лишь изредка)!

Какое же там излучение?

В поясах Ван Аллена, как я говорил, частицы (чаще протоны и электроны) солнечные, как с отрицательным зарядом, так и с положительным. Это означает, что они тесно взаимодействуют с магнитосферой нашей Планеты, гуляя по магнитным полям, попадая на полюса и образуя Полярные Сияния.
Аполлон - погибли или не полетели?

НАСА, планирую миссию, знали, что пояса есть и что они представляют небольшую угрозу для миссии: но глядя на стенки модуля, люди удивляются, как же они могли защитить астронавтов от колоссального излучения. Излучение у нас состоит из протонов и электронов: нам не требуются метровые слои свинца! Например, протоны можно остановить тонким слоем алюминия, а электроны (более прозорливые и маленькие, способные проникнуть глубже) - слоем полиэтилена, имеющего водород, который хорошо предотвращает излучение электронов (из-за меньшей массы электронов, их излучение материя переживает дольше, нежели протоны); также предотвратить электронно-протонное излучение способно кварцевое волокно, которое было в обшивке Аполлона.
Это спасло астронавтов от излучения?

Безусловно, этого недостаточно для 100% защиты. В дело идет время и траектория полета Аполлона. Начнем с того, что радиация имеет аккумулятивный эффект (накопительный: чем дольше воздействие - тем сильнее последствие). Пояса не идеального размера - поэтому концентрация излучения в разных областях разная: наибольшую опасность представляет экваториальная часть поясов - минимальную же имеют части, проходящие от полюсов. Поэтому Аполлоны летали так, чтобы максимально минимизировать прохождение через эти пояса (траектория полета ниже). За все время миссии, в среднем астронавты проводили в поясах около 6 часов, что очень мало (во внутреннем поясе они провели несколько минут, пройдя лишь по его краю). А вот если бы Солнце совершило огромный выброс энергии, это бы могло погубить астронавтов, поэтому НАСА следили за активностью Светила, дабы избежать серьезных неприятностей.

Какую дозу получили астронавты?

У каждого члена экипажа был собственный дозиметр, измеряющий количество радиации. Максимальное количество получившей радиации имела команда Аполлона-14 - 1,14 Рад за все время полета, что было намного меньше прогнозируемых значений - во время одной компьютерной томографии, человек получает бОльшую дозу излучения.

Является ли радиация проблемой сейчас?

Безусловно, да. Несмотря на то, что для получения смертельной дозы излучения требуется провести в поясах Ван Аллена долгие месяцы, это мешает путешествиям к более далеким мирам (например, Марсу). Именно поэтому новые корабли LM Orion и Starliner от Boeing снабжают более толстым слоем защиты от радиационного воздействия. В полетах к Луне проблем с радиацией не возникло, и не должно было возникать!

На этом я заканчиваю свою статью.  Я не ставил своей целью доказывать, были ли американцы на Луне или нет, хотел просто рассказать о космической радиации, от которой все живое на Земле спасает магнитное поле, атмосфера и так называемые пояса Ван Аллена, которые не только защищают, но и являются сами источниками повышенной радиации.