zurniimtpeМедицина труда и промышленная экологияRussian Journal of Occupational Health and Industrial Ecology1026-94282618-8945FSBSI “Izmerov Research Institute of Occupational Health”10.31089/1026-9428-2023-63-6-367-378nmglkgzurniimtpe-3199Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESПротиворадиационная защита космонавтов в процессе труда на поверхности Луны в краткосрочной миссииAnti-radiation protection of astronauts in the process of working on the surface of the Moon in a short-term missionИвановИван ВасильевичIvanovIvan V.

Ведущий научный сотрудник лаборатории физических факторов ФГБНУ «Научно-исследовательский институт медицины труда имени академика Н.Ф. Измерова», д-р мед. наук, профессор.

e-mail: ivanov-iv@yandex.ru

The leading researcher of the Physical Factor’s Laboratory at Izmerov Research Institute of Occupational Health, Dr. of Sci. (Med.), Professor.

e-mail: ivanov-iv@yandex.ru

ivanov-iv@yandex.ruБурмистровВладимир И.BurmistrovVladimir I.noemail@neicon.ruФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова» Минздрава России (Сеченовский Университет); ФГУ «Государственный научно-исследовательский испытательный институт военной медицины Министерства обороны Российской Федерации»; ФГБНУ «Научно-исследовательский институт медицины труда имени академика Н.Ф. Измерова»РоссияI.M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University); State Scientific-Research Test Institute of Military Medicine of Defense Ministry of the Russian Federation; Izmerov Research Institute of Occupational HealthRussian FederationФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова» Минздрава России (Сеченовский Университет)РоссияI.M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)Russian Federation202316062023636367378Copyright © Иванов И.В., Бурмистров В.И., 20232023Иванов И.В., Бурмистров В.И.Ivanov I.V., Burmistrov V.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.journal-irioh.ru/jour/article/view/3199Введение

Введение. Недостаточно изученным остаётся вопрос оценки характерных для поверхности Луны видов ионизирующего излучения, противорадиационных свойств различных материалов, факторов, обеспечивающих противорадиационную безопасность космонавтов при размещении на лунной поверхности, учитывая нормативы радиационной безопасности для персонала.

Цель исследования — провести анализ факторов, определяющих особенности противорадиационной защиты космонавтов в будущих лунных поселениях.

Материалы и методы

Материалы и методы. В ходе исследования были использованы аналитические методы для обобщения и систематизации материалов по уровням дозовой нагрузки на космонавтов на этапах космического полёта и на поверхности Луны, а также расчётные методы с учётом противорадиационных свойств разных материалов в зависимости от вида ионизирующего излучения для разработки подходов к организации противорадиационной защиты космонавтов в условиях краткосрочного (до 14 суток) пребывания на лунной поверхности.

Результаты

Результаты. Проведён анализ факторов, обусловливающих радиационную опасность для космонавтов в процессе пребывания и труда в лунных поселениях. Обосновано, что при разработке противорадиационной защиты необходимо использовать корпус лунного модуля (каркас из алюминия), лунный реголит и полиэтилен. При многослойности защиты лунного модуля учитываются коэффициенты ослабления материалов для разных видов ионизирующего излучения, что позволит снизить дозы как от прямого гамма-излучения, протонов и нейтронов, так и от рассеянного вторичного излучения.

Заключение

Заключение. Разные варианты конструкции защиты модулей лунной станции по толщине составляющих её слоёв позволят обеспечить противорадиационную защиту для помещений с разным предназначением в зависимости от возможных вариантов солнечной активности и требуемых уровней для жилых, рабочих, аварийных отсеков.

Этика

Этика. Проведение исследования не требовало заключения этического комитета.

Участие авторов

Участие авторов:Иванов И.В. — концепция и дизайн исследования, анализ и интерпретация данных; подготовка первого варианта статьи;Бурмистров В.И. — концепция исследования, подготовка обзора литературы, получение и анализ данных; выполнение расчётов, редакция статьи.

Финансирование

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Дата поступления

Дата поступления: 22.05.2023 / Дата принятия к печати: 07.06.2023 / Дата публикации: 12.06.2023

Introduction

Introduction. The issue of assessing the types of ionizing radiation characteristic of the lunar surface, the anti-radiation properties of various materials, and factors ensuring the anti-radiation safety of astronauts when placed on the lunar surface, taking into account the radiation safety standards for personnel, remains insufficiently studied.

The study aims to analyze the factors that determine the features of anti-radiation protection of astronauts in future lunar settlements.

Materials and methods

Materials and methods. During the study, experts used analytical methods to generalize and systematize materials on the levels of dose load on astronauts at the stages of space flight and on the surface of the Moon. The researchers also used computational methods taking into account the anti-radiation properties of various materials, depending on the type of ionizing radiation, to develop approaches to the organization of anti-radiation protection of astronauts in conditions of short-term (up to 14 days) stay on the surface of the Moon.

Results

Results. The researchers have carried out the analysis of the factors determining the radiation hazard for astronauts during their stay and work in lunar settlements. It is proved that when developing anti-radiation protection, it is necessary to use the housing of the lunar module (aluminum frame), lunar regolith and polyethylene. With the multilayer protection of the lunar module, it is necessary to take into account the attenuation coefficients of materials for various types of ionizing radiation, which will reduce the doses from both direct gamma radiation, protons and neutrons, and from scattered secondary radiation.

Conclusion

Conclusion. Various design options for the protection of the lunar station modules by the thickness of their constituent layers will provide anti-radiation protection of premises for various purposes, depending on the possible options for solar activity and the required levels for residential, working, emergency compartments.

Ethics

Ethics. The study was conducted in compliance with Ethical standards.

Contribution

Contribution:Ivanov I.V. — concept and design of the study, analysis and interpretation of data, preparation of the first version of the article;Burmistrov V.I. — research concept, preparation of literature review, data acquisition and analysis; calculations, editorial office of the article.

Funding

Funding. The study had no funding.

Conflict of interests

Conflict of interests. The authors declare no conflict of interests.

Received

Received: 22.05.2023 / Accepted: 07.06.2023 / Published: 12.06.2023

Луналунные поселениякосмонавтыдозы облученияпротиворадиационная защитареголитполиэтиленкоэффициенты ослабления излученияMoonlunar settlementsastronautsradiation dosesradiation protectionregolithpolyethyleneradiation attenuation coefficientsReferencesКалмыков Н.Н., Куликов Г.В., Роганова Т.М. Галактические космические лучи. В кн.: Модель космоса. Восьмое изд., Т. 1. Под ред. проф. М.И. Панасюка. М.: Книжный дом Университет; 2007: 62–95.Kalmykov N.N., Kulikov G.V., Roganova T.M. Galactic cosmic rays. Kalmykov N.N., Kulikov G.V., Roganova T.M. Galactic cosmic rays. In: A model of the cosmos. Eighth ed., Vol. 1. Physical conditions in outer space. Edited by prof. M.I. Panasyuk. M.: UNIVERSITY Book House; 2007: 62–95 (in Russian).Белов А.В., Курт В.Г. Солнечные космические лучи. В кн.: Модель космоса. Восьмое изд., Т. 1. Под ред. проф. М.И. Панасюка. М.: Книжный дом Университет; 2007: 293–313.Belov A.V., Kurt V.G. Solar cosmic rays. In: A model of the cosmos. Eighth ed., Vol. 1. Physical conditions in outer space. Edited by prof. M.I. Panasyuk. M.: UNIVERSITY Book House; 2007: 293–313 (in Russian).Ionizing Radiation in Earth’s Atmosphere and in Space Near Earth. In: Wallace Friedberg Kyle Copeland Civil Aerospace Medical Institute Federal Aviation Administration. Oklahoma City, OK 73125: 1–32.Ionizing Radiation in Earth’s Atmosphere and in Space Near Earth. In: Wallace Friedberg Kyle Copeland Civil Aerospace Medical Institute Federal Aviation Administration. Oklahoma City, OK 73125: 1–32.Денисов А.Н., Кузнецов Н.В., Ныммик Р.А., Панасюк М.И., Соболевский Н.М. К проблеме радиационной обстановки на Луне. Космические исследования. 2010; 48(6): 524–31.Denisov A.N., Kuznetsov N.V., Nymmik R.A., Panasyuk M.I., Sobolevsky N.M. On the problem of the radiation situation on the Moon. Kosmicheskie issledovaniya. 2010; 48(6): 524–31 (in Russian).Новиков Л.С. Космическое материаловедение. НИИ ядерной физики МГУ. М.: Книжный дом Университет; 2014.Novikov L.S. Space materials science. Research Institute of Nuclear Physics of Moscow State University. Moscow: University Book House; 2014 (in Russian).Безродных И.П., Морозова Е.И., Петрукович А.А., Семёнов В.Т. Оценка оптимальных параметров экранов для защиты электронных систем космических аппаратов от ионизирующих излучений. Вопросы электромеханики. 2012; 131(6): 15–8.Bezrodnykh I.P., Morozova E.I., Petrukovich A.A., Semenov V.T. Evaluation of optimal parameters of screens for protecting electronic systems of spacecraft from ionizing radiation. Voprosy’ e’lektromexaniki. 2012; 131(6): 15–8 (in Russian).Безродных И.П. Факторы космического пространства, влияющие на исследование и освоение Луны. Москва: ИКИ РАН; 2014.Bezrodnykh I.P. Factors of outer space affecting the exploration and exploration of the Moon. Moscow: ICI RAS; 2014 (in Russian).ГОСТ 25645.150-90. Лучи космические галактические. Модель изменения потоков частиц. М.: Изд-во Стандартов; 1991.GOST 25645.150-90. Cosmic galactic rays. A model for changing particle flows. Moscow, 1991 (in Russian).ГОСТ 25645.165-2001. Лучи космические солнечные. Вероятностная модель потоков протонов. Госстандарт России. М.: Госстандарт; 2001.GOST 25645.165-2001. Cosmic solar rays. Probabilistic model of proton fluxes. Gosstandart of Russia. Moscow; 2001 (in Russian).Булдаков Л.А., Калистратова В.С. Радиоактивное излучение и здоровье. М.: Информ-Атом; 2003.Buldakov L.A., Kalistratova V.S. Radioactive radiation and health. M.: Inform-Atom; 2003 (in Russian).Орлов О.И., Панасюк М.И., Шуршаков В.А. Радиационный фактор при лунных миссиях. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2019; 53(4): 5–18. https://doi.org/10.21687/0233-528X-2019-53-4-5-18Orlov O.I., Panasiuk M.I., Shurshakov V.A. Radiation factor in lunar missions. Aviakosmicheskaia i ekologicheskaia meditsina. 2019; 53(4): 5–18 (in Russian).Ушаков И.Б. Космос. Радиация. Человек (Радиационный барьер в межпланетных полётах). М.: Научная книга; 2021.Ushakov I.B. Space. Radiation. Human (Radiation barrier in interplanetary flights). Moscow, Scientific Book; 2021 (in Russian).Barcellos-Hoff M.H., Blakely E.A., Burma S., Fornace Jr A.J., Gerson S., Hlatky L., Kirsch D.G., Luderer U., Shay J, Wang Y. et al. Concepts and challenges in cancer risk prediction for the space radiation environment. Life Sci Space Res (Amst). 2015; 6: 92–103. https://doi.org/10.1016/j.lssr.2015.07.006Barcellos-Hoff M.H., Blakely E.A., Burma S., Fornace Jr A.J., Gerson S., Hlatky L., Kirsch D.G., Luderer U., Shay J., Wang Y. et al. Concepts and challenges in cancer risk prediction for the space radiation environment. Life Sci Space Res (Amst). 2015; 6: 92–103. https://doi.org/10.1016/j.lssr.2015.07.006Публикация 103 Международной Комиссии по радиационной защите (МКРЗ). Пер с англ. /Под общей ред. М.Ф. Киселёва и Н.К. Шандалы. М.: Изд. ООО ПКФ «Алана»; 2009.Publication 103 of the International Commission on Radiation Protection (ICRP). Moscow; 2009 (in Russian).Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009) / СП 2.6.1.758-99. М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2009.Limits of radiation safety (NRS-99/2009) SP. 2.6.1.758-99. Moscow; 2009 (in Russian).ГОСТ 25645.215-85 БРЭКАКП. Нормы безопасности при продолжительности полётов до 3 лет. М.; 1986.GOST 25645.215-85 BREKAKP. Safety regulations for the duration of flights up to 3 years. Moscow; 1986 (in Russian).Ограничение облучения космонавтов при околоземных космических полётах (ООКОКП-2004). Методические указания МУ 2.6.1.44-03-2004. М.: ИМБП; 2004.Limits of cosmonauts’ irradiation for orbital near-earth space flights. Workbook MU 2.6.1.44-03-2004. Мoscow; 2004 (in Russian).Ушаков И.Б., Григорьев Ю.Г., Шафиркин А.В., Шуршаков В.А. Обоснование пределов доз к новому нормативному документу по радиационной безопасности длительных космических полётов на орбитах высотой до 500 км. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2016; 50(1): 39–54.Ushakov I.B., Grigoriev Yu.G., Shafirkin A.V., Shurshakov V.A. Substantiation of dose limits for a new normative document on radiation safety of long-duration space missions at orbit altitudes of up to 500 km. Aviakosmicheskaya i Ekologicheskaya Meditsina. 2016; 50(1): 39–54 (in Russian).Wimmer-Schweingruber R.F., Yu J., Böttcher S.I., Zhang S., Burmeister S., Lohf H. et al. The Lunar Lander Neutron and Dosimetry (LND) Experiment on Chang’E 4. Space Sci. 2020; Rev. 216 (104). https://doi.org/10.1007/s11214-020-00725-3Wimmer-Schweingruber R.F., Yu J., Böttcher S.I., Zhang S., Burmeister S., Lohf H. et al. The Lunar Lander Neutron and Dosimetry (LND) Experiment on Chang’E 4. Space Sci. 2020; Rev. 216 (104). https://doi.org/10.1007/s11214-020-00725-3Schwadron N.A., Baker T., Blake B., Case A.W., Cooper J.F., Golightly M. et al. Lunar radiation environment and space weathering from the Cosmic Ray Telescope for the Effects of Radiation (CRaTER). J. Geophys. Res. 2012; 117: E00H13.Schwadron N.A., Baker T., Blake B., Case A.W., Cooper J.F., Golightly M. et al. Lunar radiation environment and space weathering from the Cosmic Ray Telescope for the Effects of Radiation (CRaTER). J. Geophys. Res. 2012; 117: E00H13.Schwadron N.A., Rahmanifard F., Wilson J., Jordan A.P., Spence H.E., Joyce C.J. et al. Update on the worsening particle radiation environment observed by CRaTER and implications for future human deep-space exploration. Space Weather. 2018; 16; 289–303.Schwadron N.A., Rahmanifard F., Wilson J., Jordan A.P., Spence H.E., Joyce C.J. et al. Update on the worsening particle radiation environment observed by CRaTER and implications for future human deep-space exploration. Space Weather. 2018; 16; 289–303.The effect of the varying distance on the effective shielding by the Moon is included in the dose rates published by the CRaTER team, as discussed on their website. In: Cosmic Ray Telescope for the Effects of Radiation (CRaTER). https://clck.ru/34YaPKThe effect of the varying distance on the effective shielding by the Moon is included in the dose rates published by the CRaTER team, as discussed on their website. In: Cosmic Ray Telescope for the Effects of Radiation (CRaTER). https://clck.ru/34YaPKПетров В.М., Митрикас В.Г., Тельцов М.В., Акатов Ю.В., Бенгин В.В., Бондаренко В.А. и др. Радиационная дозиметрия в космическом полете. В кн.: Модель космоса. Восьмое изд., Т. 1. Под ред. проф. М.И. Панасюка. М.: Книжный дом Университет; 2007: 642–67.Petrov V.M., Mitrikas V.G., Teltsov M.V., Akatov Yu.V., Bengin V.V., Bondarenko V.A. et al. Radiation dosimetry in space flight. In: A model of the cosmos. Eighth ed., Vol. 1. Edited by prof. M.I. Panasyuk. M.: UNIVERSITY Book House; 2007: 642–67 (in Russian).Кондратюк Ю.В. Завоевание межпланетных пространств. Под ред. П.И. Иванова. 2-е изд. М.: Изд-во Оборонгиза; 1947.Kondratyuk Yu.V. The conquest of interplanetary spaces. Edited by P. I. Ivanov. 2nd ed. Moscow: Oborongiz Publishing House; 1947 (in Russian).Пионеры ракетной техники: Кибальчич, Циолковский, Цандер, Кондратюк; избранные труды. Институт истории естествознания и техники (Академия наук СССР). Ред. Мелькумов Т.М. М.: Наука; 1964. https://clck.ru/34YajuPioneers of rocket technology: Kibalchich, Tsiolkovsky, Zander, Kondratyuk; selected works. Institute of the History of Natural Science and Technology (Academy of Sciences of the USSR). Ed. Melkumov T.M. M.: Nauka; 1964. https://clck.ru/34Yaju (in Russian).Аполлон (космическая программа). https://clck.ru/LzeKxApollo (space program). https://clck.ru/LzeKx (in Russian).Безродных И.П., Морозова Е.И., Петрукович А.А. и др. Защита космических аппаратов от ионизирующих излучений. В кн.: НИИЭМ. Конференция «Иосифьяновские чтения 2015», Материалы конференции: 41–50. https://clck.ru/34YaQdBezrodnykh I.P., Morozova E.I., Petrukovich A.A. et al. Protection of spacecraft from ionizing radiation. In: NIIEM. Conference «Iosifian Readings 2015», Conference materials. 41–50 http://niiem.ru/images/n/docs/conf/conf03/08.pdf (in Russian).Безродных И.П., Тютнев А.П., Семенов В.Т. Радиационные эффекты в космосе. Часть 1. Радиация в околоземном космическом пространстве. М.: ОАО «Корпорация «ВНИИЭМ»»; 2014.Bezrodnykh I.P., Tyutnev A.P., Semenov V.T. Radiation effects in space. Part1. Radiation in near — Earth space. Moscow: JSC«Corporation «VNIIEM»»; 2014 (in Russian).Безродных И.П. Космическая радиация — основная угроза при космических полётах. Отчёт ИКИ РАН. Москва;2021.Bezrodnykh I.P. Space radiation is the main threat during space flights. ICI RAS report. Moscow; 2021 (in Russian).Радиационные требования и параметры лунного скафандра. В сб.: Человек на Луне. Дозы радиации при полете на Луну. https://clck.ru/34YaQdRadiation requirements and parameters of the lunar spacesuit. In: Man on the Moon. Radiation doses during a flight to the Moon. https://clck.ru/34YaQd (in Russian).Кузнецов Н.В., Ныммик Р.А., Панасюк М.И., Денисов А.Н., Соболевский Н.М. Оценка радиационного риска для космонавтов на Луне. Космические исследования. 2012; 50(3): 224–8.Kuznetsov N.V., Nymmik R.A., Panasyuk M.I., Denisov A.N., Sobolevsky N.M. Assessment of radiation risk for astronauts on the Moon. Kosmicheskie issledovaniya. 2012; 50(3): 224–8 (in Russian).Spence Harlan E., Golightly Michael J., Joyce Colin J., Looper Mark D., Schwadron Nathan A., Smith Sonya S. et al. Relative contributions of galactic cosmic rays and lunar proton «albedo» to dose and dose rates near the Moon. Space Weather. 2013; 11: 643–50. https://doi.org/10.1002/2013SW000995 http://www.d54x.ru/articles/Luna/Luna91.pdfSpence Harlan E., Golightly Michael J., Joyce Colin J., Looper Mark D., Schwadron Nathan A., Smith Sonya S. et al. Relative contributions of galactic cosmic rays and lunar proton «albedo» to dose and dose rates near the Moon. Space Weather. 2013; 11: 643–50. https://doi.org/10.1002/2013SW000995 http://www.d54x.ru/articles/Luna/Luna91.pdfHeiken G., Vaniman D., French B.M. (eds.). The Lunar Sourcebook: A User’s Guide to the Moon. Cambridge University Press, Cambridge, UK, 1991. http://www.cosmic-rays.ru/moon.aspxHeiken G., Vaniman D., French B.M. (eds.). The Lunar Sourcebook: A User’s Guide to the Moon. Cambridge University Press, Cambridge, UK; 1991. http://www.cosmic-rays.ru/moon.aspx.Курт В.Г. Солнечные вспышки. В кн.: Модель космоса. Восьмое изд., Т. 1. Под ред. проф. М.И. Панасюка. М.: Книжный дом Университет; 2007: 272–93.Kurt V.G. Solar flares. In: A model of the cosmos. Eighth ed., Vol. 1. Physical conditions in outer space. Edited by prof. M.I. Panasyuk. M.: UNIVERSITY Book House; 2007: 62–95 (in Russian).Wimmer-Schweingruber R.F., Yu J., Böttcher S.I., Zhang S., Burmeister S., Lohf H. et al. Planetary Science. First measurements of the radiation dose on the lunar surface. Sci. Adv. 2020; 6: eaaz1334.Wimmer-Schweingruber R.F., Yu J., Böttcher S.I., Zhang S., Burmeister S., Lohf H.et al. Planetary Science. First measurements of the radiation dose on the lunar surface. Sci. Adv. 2020; 6: eaaz1334.Ребеко А.Г. Защита людей и космических аппаратов в космосе. Инженерный журнал: наука и инновации. 2016, 5: 1–22. https://doi.org/10.18698/2308-6033-2016-05-1496Rebeko A.G. Protection of people and spacecraft in space. Inzhenerny`j zhurnal: nauka i innovacii. 2016; 5: 1–22. https://doi.org/10.18698/2308-6033-2016-05-1496 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.