Противорадиационная защита космонавтов в процессе труда на поверхности Луны в краткосрочной миссии

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. 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. 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. 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. Проведение исследования не требовало заключения этического комитета.

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. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

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

1. Калмыков 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. Новиков Л.С. Космическое материаловедение. НИИ ядерной физики МГУ. М.: Книжный дом Университет; 2014.

6. 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.

7. Безродных И.П. Факторы космического пространства, влияющие на исследование и освоение Луны. Москва: ИКИ РАН; 2014.

8. ГОСТ 25645.150-90. Лучи космические галактические. Модель изменения потоков частиц. М.: Изд-во Стандартов; 1991.

9. ГОСТ 25645.165-2001. Лучи космические солнечные. Вероятностная модель потоков протонов. Госстандарт России. М.: Госстандарт; 2001.

10. Булдаков Л.А., Калистратова В.С. Радиоактивное излучение и здоровье. М.: Информ-Атом; 2003.

11. 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-2019-53-4-5-18

12. Ушаков И.Б. Космос. Радиация. Человек (Радиационный барьер в межпланетных полётах). М.: Научная книга; 2021.

13. 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.2015.07.006

14. Публикация 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.

15. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009) / СП 2.6.1.758-99. М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2009.

16. ГОСТ 25645.215-85 БРЭКАКП. Нормы безопасности при продолжительности полётов до 3 лет. М.; 1986.

17. Ограничение облучения космонавтов при околоземных космических полётах (ООКОКП-2004). Методические указания МУ 2.6.1.44-03-2004. М.: ИМБП; 2004.

18. 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.

19. 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/s11214-020-00725-3

20. 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.

21. 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.

22. 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/34YaPK

23. Петров 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.

24. Кондратюк Ю.В. Завоевание межпланетных пространств. Под ред. П.И. Иванова. 2-е изд. М.: Изд-во Оборонгиза; 1947.

25. 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/34Yaju

26. Аполлон (космическая программа). https://clck.ru/LzeKx

27. 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/34YaQd

28. 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.

29. Безродных И.П. Космическая радиация - основная угроза при космических полётах. Отчёт ИКИ РАН. Москва;2021.

30. Радиационные требования и параметры лунного скафандра. В сб.: Человек на Луне. Дозы радиации при полете на Луну. https://clck.ru/34YaQd

31. 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.

32. 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.pdf

33. Heiken 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

34. 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.

35. 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.

36. Ребеко А.Г. Защита людей и космических аппаратов в космосе. Инженерный журнал: наука и инновации. 2016, 5: 1-22. https://doi.org/10.18698/2308-6033-2016-05-1496