Ochrana před kosmickým zářením je klíčová pro lety na Měsíc i Mars

Spolu s tím, jak se blíží náš návrat člověka na Měsíc, roste intenzita studia dozimetrické situace mimo ochrannou náruč naší atmosféry a magnetického pole. Intenzivní dozimetrický monitoring se realizoval během prvního využití kosmické lodi Orion v rámci letu Artemis I. Velmi zajímavé výsledky o radiaci na Marsu se získaly pomocí zařízení RAD, které je na palubě vozítka Curiosity. Před více než dvěma roky vyšel článek, který podrobně rozebral vlastnosti kosmického záření a možnosti ochrany před jeho dopady. Úsilí v této oblasti je v posledních letech stále intenzivnější, je tak zajímavé se podívat na některé nedávné zajímavé novinky. Připomeňme si, že kosmické záření ve vesmírném prostoru, které z větší části tvoří protony i těžší ionty, je dvojího původu.

Sestava dozimetrických přístrojů RAD na vozítku Curiosity (zdroj NASA).

Sestava dozimetrických přístrojů RAD na vozítku Curiosity (zdroj NASA).

Prvním zdrojem je Slunce, které zvláště během silných erupcí emituje velké množství částic a vytváří sluneční vítr. Sluneční kosmické záření má nižší energie nepřesahující desítky až stovky megaelektronvoltů. Dominantní část tohoto záření má energie nižší. Tato složka velmi silně fluktuuje právě v souvislostí se sluneční aktivitou. Maxima dosahuje v době maxima slunečního cyklu, zvláště během velmi intenzivních erupcí. To intenzita slunečního větru roste o mnoho řádů. Mluvíme pak o sluneční bouři.

Galaktické kosmické záření pochází ze zdrojů mimo Sluneční soustavu a má i extrémně vysokou energii. Pokud má energii nižší než stovky megaelektronvoltů, nepustí je do Sluneční soustavy magnetické pole spojené se slunečním větrem. Jeho intenzita se mění jen pozvolna. V době maxima sluneční činnosti je jeho intenzita zhruba poloviční oproti slunečnímu minimu s nižší intenzitou slunečního větru a jeho magnetického pole.

Schéma dozimetrické sestavy RAD na vozítku Curiosity

Schéma dozimetrické sestavy RAD na vozítku Curiosity

Galaktické kosmické záření s vysokými energiemi vytváří při interakci s materiály spršky sekundárních částic. Při interakci protonů a jader s jádry materiálu se tato jádra tříští a produkuje se velké množství nukleonů (protonů a neutronů) a dalších částic, které interagují silnou interakcí a označují se jako hadrony, s vysokou energií. Ty mohou způsobovat další tříštivé reakce. Vzniká tak hadronová sprška velkého počtu silně interagujících částic. Tento jev je třeba brát v úvahu při stínění před zářením pomocí vrstvy materiálu. To je nejčastější způsob ochrany před ním. Pokud však bude ochranná vrstva nedostatečně tlustá nebo bude z nevhodného materiálu, bude mít vzniklé sekundární kosmické záření větší dozimetrické dopady, než by mělo to primární, Podrobně jsou složení a další vlastnosti kosmického záření i ochrana před jeho radiačními účinky popsány v přednášce a zmíněném přehledovém článku.

Identifikace nabitých částic v detekčním systému RAD. Na ose Y jsou ionizační ztráty a na ose X je celková deponovaná energie. Je vidět, že lze velice dobře identifikovat částice a jejich energii (zdroj D. M. Hassler: RAD stránky).

Identifikace nabitých částic v detekčním systému RAD. Na ose Y jsou ionizační ztráty a na ose X je celková deponovaná energie. Je vidět, že lze velice dobře identifikovat částice a jejich energii (zdroj D. M. Hassler: RAD stránky).

Dozimetrické monitorování na Marsu

Marťanské vozítko Curiosity pracuje na Marsu už od poloviny roku 2012. Na jeho palubě je i systém RAD (Radiation Assessment Detector), který zkoumá radiační situaci v místech pohybu vozítka.

Rozsah energií jednotlivých typů částic pokrytý detekčním systémem (zdroj D. M. Hassler: RAD stránky).

Rozsah energií jednotlivých typů částic pokrytý detekčním systémem (zdroj D. M. Hassler: RAD stránky).

Systém RAD s hmotností pouhých 1,5 kg obsahuje sestavu detektorů, která umožňuje charakterizaci částic kosmického záření. Schéma jejich umístění je na obrázku. Jde o trojici křemíkových detektorů A, B a C, která definuje směr příletu a určuje ionizační ztráty energie nabitých částic (protonů i těžších iontů).  Anorganický scintilátor CsI, který dobře detekuje a určuje energii gama a dokáže podle jejich energie zjistit energii nebo ionizaci nabitých částic, je označen jako D. Pokud je energie dostatečně nízká, částice se zastaví a předá celou svou energii. Když je naopak vyšší, detektorem proletí a určíme jen její ionizaci. Jako E je označen velký plastikový scintilátor, který opět detekuje podle její energie buď celou nebo část energie nabité částice. Plastikové scintilační detektory F1 – F3 pak obklopují zmíněné scintilační detektory D a E. Jsou zapojeny v antikoincidenci a identifikují nabité částice, které přicházejí ze špatného směru. Určení ionizace dvěma různými detektory, případně určení ionizace a celkové energie, umožňuje identifikovat iont a určit jeho energii. Signály v různých detektorech umožňují také identifikovat a určit energii neutrálních částic, fotonů gama a neutronů.

Měření Curiosity při letu na Mars

Závislost jakostního faktoru Q na lineárním přenosu energie LET (zdroj N.A. Swadron et al: Space Weather 11(2013)47

Závislost jakostního faktoru Q na lineárním přenosu energie LET (zdroj N.A. Swadron et al: Space Weather 11(2013)47

Sestava RAD pracovala i při přeletu ze Země na Mars. V té době byla umístěna uvnitř vesmírné lodi. Získávala tak hodnoty dávky, kterou by obdrželi kosmonauti při samotném letu na Mars. Připomeňme výsledky získané při letu na Mars (zde). Vidíme je na přiloženém grafu. Přelet a tím i měření trvaly od 6. prosince 2011 do 14. července 2012. Průměrný dávkový příkon zaznamenaný křemíkovými detektory byl mezi 300 až 400 µGy/den, střední hodnota pak byla 332 ± 23 μGy/den. Po konverzi na dávkový příkon ve vodě se dostalo 481 ± 80 μGy/den. To je v mezích nejistot totožné s hodnotou dávkového příkonu z plastikového scintilačního detektoru, ten byl 461 ± 92 μGy/den. To je přirozené, protože organický plastový materiál je podobný lidskému tělu i vodě.

Pro určení ekvivalentní dávky, která popisuje biologické účinky obdržené dávky záření, potřebujeme získat z měření závislost toku částic na lineárním přenosu energie LET, tedy spektrum lineárního přenosu energie LET. V grafu je bílou barvou ukázáno spektrum změřené při letu k Marsu. Zelenou barvou je pak ukázán odpovídající jakostní koeficient Q ukazující biologické riziko daných částic v závislosti na LET.

Tok částic jako funkci předpokládané energie deponované ve vodě – lineárního přenosu energie LET (bílé experimentální body s nejistotami) naměřený v době přeletu k Marsu. V grafu je také zeleně závislost jakostního faktoru Q, který ukazuje relativní biologické dopady vůči dopadům elektronů a gama se stejnou dávkou, na lineárním přenosu energie LET. Je vynásoben faktorem 0,1. Až po hodnotu lineárního přenosu energie ve vodě LET = 10 keV/mikrometr je hodnota Q =1, (zdroj NASA).

Tok částic jako funkce předpokládané energie deponované ve vodě – lineárního přenosu energie LET (bílé experimentální body s nejistotami) naměřený v době přeletu k Marsu. V grafu je také zeleně závislost jakostního faktoru Q, který ukazuje relativní biologické dopady vůči dopadům elektronů a gama se stejnou dávkou, na lineárním přenosu energie LET. Je vynásoben faktorem 0,1. Až po hodnotu lineárního přenosu energie ve vodě LET = 10 keV/mikrometr je hodnota Q =1, (zdroj NASA).

Střední hodnota jakostního faktoru Q je z něj určena jako 3,82 ± 0,25. Kombinací dat o dávkovém příkonu ve vodě a jakostního faktoru dostaneme ekvivalentní dávkový příkon 1.84 ± 0.33 mSv/den. Je třeba zdůraznit, že ekvivalentní dávkový příkon se mění s vývojem slunečního cyklu. Výsledky Curiosity ukazují situaci v době slunečního minima.

Během doby přeletu Curiosity bylo zaznamenáno pět dramatických zvýšení dávkového příkonu způsobených slunečními bouřemi, při kterých se řádově zvýšila intenzita slunečního větru. Toto zvýšení je natolik dramatické, že dávka obdržená během těchto slunečních bouří byla srovnatelná s dávkovým příkonem v normálních podmínkách za měsíc. Spolu s RAD na Curiosity je pozorovaly i další sondy. V obrázku je srovnání pozorování RAD a družice GOES-11. Tyto sluneční erupce jsou tvořeny hlavně protony s nižším lineárním přenosem energie LET a jejich jakostní faktor Q je blízký hodnotě Q = 1. Celkový příspěvek ze slunečních bouří k ekvivalentní dávce je 24,7 mSv. Let trval 253 dní. Pokud vezmeme ekvivalentní dávkový příkon za normální situace po tyto dny a připočteme dávkový příkon během slunečních bouří, dostaneme 466 ± 84 mSv. Získaná experimentální data jsou klíčová pro různé modely popisující kosmické záření a jeho interakci s hmotou, využívané pro předpověď dávek u vesmírných lodí. Ukazuje se, že se získává poměrně slušná shoda s výsledky simulací modelů a programů.

Průběh nabírané dávky při přeletu vozítka Curiosity ze Země na Mars. Dávkový příkon je vyjádřen v mikrogray za den. V normální situaci byla její hodnota mezi 300 až 400 mikrogray za den. Pět velkých píků je způsobeno slunečními bouřemi (zdroj NASA).

Průběh nabírané dávky při přeletu vozítka Curiosity ze Země na Mars. Dávkový příkon je vyjádřen v mikrogray za den. V normální situaci byla její hodnota mezi 300 až 400 mikrogray za den. Pět velkých píků je způsobeno slunečními bouřemi (zdroj NASA).

V současné době se předpokládá doba letu lidské posádky 180 dní, Curiosity letěla po delší dráze. Pro samotný let na Mars a zpět, který zabere 360 dní máme celkovou ekvivalentní dávku 660 ± 110 mSv. Připomínám, že jde o situaci předpokládající sluneční minimum. Ekvivalentní dávka závisí pochopitelně i na stínění, které bude kosmická loď poskytovat. Stínění Curiosity bylo slabší, než bude to u lidské kosmické lodi. Víme však, že bude potřeba se projektu stínění opravdu věnovat. Problém je, že galaktické kosmické záření má velmi vysoké energie a dochází u něj ve stínění k rozvoji hadronové spršky, která může při nedostatečné tloušťce a nevhodném materiálu vést ke zhoršení situace. Tomu se musí zabránit. Připomeňme, že radiační limity pro celou profesní kariéru se pro kosmonauty u různých organizací pohybují mezi 0,6 až 1,0 Sv. Let na Mars je tak na hraně možností těchto současných limitů.

Dozimetrická měření přímo na Marsu

Dávkové příkony tří slunečních bouří měřené křemíkovým detektorem systému RAD při přeletu k Marsu (černá čára) a družicí GOES-11 (šedá čára) (zdroj R. Kerr et al: Science. 340 (6136): 1031).

Dávkové příkony tří slunečních bouří měřené křemíkovým detektorem systému RAD při přeletu k Marsu (černá čára) a družicí GOES-11 (šedá čára) (zdroj R. Kerr et al: Science. 340 (6136): 1031).

Po přistání začala sestava RAD pracovat na povrchu Marsu. Mars sice nemá magnetické pole, ale má atmosféru. Ta je však tenká, je pouze zhruba setinou té pozemské. Dost významně se také mění v průběhu dne a se změnami ročního období. Vede to k dost významným změnám atmosférického tlaku. Vyšší tlak je ráno a nižší večer, tento cyklus závisí na ohřívání atmosféry a vznikajících termálních proudech, které způsobuje rotace planety. Sezonní změny pak závisí na vypařování a zase namrzání oxidu uhličitého. Na jaře roztávají na jižní polokouli rudé planety tisíce tun zmrzlého oxidu uhličitého. Proto je velmi důležité spolu s radiační situací sledovat i vývoj počasí. Je tak velmi dobře, že má Curiosity i meteorologickou stanici. Také Perseverance má meteorologickou stanici, dozimetrickou sestavu RAD však toto vozítko nemá. Specifikou Marsu je i interakce vysokoenergetického záření s povrchovou vrstvou a produkce sekundárního záření.

Současné měření dávkového měření přístroje RAD a atmosférického tlaku brzy po přistání vozítka Curiosity. Sol je marťanský den, který trvá 24 hodin 39,5 minuty (zdroj NASA).

Současné měření dávkového měření přístroje RAD a atmosférického tlaku brzy po přistání vozítka Curiosity. Sol je marťanský den, který trvá 24 hodin 39,5 minuty (zdroj NASA).

Novinky o práci Curiosity přednesl na pracovní poradě WRMISS 26 v září 2023 B. Ehresmann. Pravidelné denní změny dávkového příkonu jsou mezi 3 až 5 %. Z počátku šla v případě Curiosity sluneční činnost z minima do maxima, pak zase do minima a nyní jde zase do maxima. V době, kdy je Slunce v maximu, je galaktické kosmické záření v minimu. Dávkový příkon je dán z dominantní části sekundárním zářením vzniklým ve spršce produkované primární částicí galaktického kosmického záření. Takže v době maxima sluneční činnosti je minimální a v době minima pak maximální. Na záznamu měření dávkového příkonu je vidět průběh maxima sluneční činnosti, který proběhl po přistání, pak průběh minima a nyní se začínáme opět blížit k maximu. Mise je nyní prodloužena na léta 2023 až 2025, kdy by mělo nastat následující maximum slunečního cyklu. Na obrázku je znázorněn výsledek z plastikového scintilátoru E, který je podobný tělu a vodě. V době slunečního maxima byl dávkový příkon okolo 210 μGy/den a v době slunečního minima pak okolo 310 μGy/den. To znamená, že je to o třetinu až polovinu méně, než tomu bylo při přeletu k Marsu. Jakostní faktor Q má v tomto případě podobnou hodnotu, takže i ekvivalentní dávka bude mít na povrchu Marsu odpovídajícím způsobem nižší hodnotu oproti vesmírnému prostoru.

Dávkový příkon měřený plastikovým scintilátorem E zařízením RAD na vozítku Curiosity (zdroj: prezentace B. Ehresmanna na 26. WRMISS 2023).

Dávkový příkon měřený plastikovým scintilátorem E zařízením RAD na vozítku Curiosity (zdroj: prezentace B. Ehresmanna na 26. WRMISS 2023).

Během činnosti přístroje bylo zaznamenáno několik silných slunečních bouří, které byly pozorovatelné i na povrchu Marsu. Dvě největší v letech 2021 a 2022. Je vidět, že u sluneční bouře 28. října 2021 došlo v maximu o zvýšení dávkového příkonu až na dva a půl až trojnásobek hodnoty mimo ni.  Vyšší zvýšení bylo u křemíkového detektoru B, který má menší stínění než plastikový scintilátor E a dostanou se do něj protony i s nižší energií. Erupce, která za ní stála, byla třídy X, tedy ta nejsilnější. A byla první takovou erupcí daného nového slunečního cyklu. Sluneční bouře pak zasáhla celou Sluneční soustavu, byla zaznamenána i na Zemi, která byla v té době na opačné straně od Slunce. Zaznamenala ji i řada dalších sond, které sledují sluneční počasí. K ještě většímu zvýšení dávkového příkonu došlo při sluneční bouři 16. února 2022, poprvé překročil 1000 μGy/den, tedy 1 mGy/den.

Průběh měření dávkového příkonu během sluneční bouře 28. 10, 2021 (zdroj: prezentace B. Ehresmanna na 26. WRMISS 2023).

Průběh měření dávkového příkonu během sluneční bouře 28. 10, 2021 (zdroj: prezentace B. Ehresmanna na 26. WRMISS 2023).

Curiosity potvrdila i silný vliv geografie na dozimetrickou situaci. Na sklonku léta 2022 projíždělo vozítko průsmykem Paraitepuy, kde byl zvláště při pohybu v blízkosti hory s přezdívkou Bolivar pozorován pokles dávkového příkonu a vliv stínění geologickými strukturami. Pokles dosahoval hodnot mezi 10 až 15 %. Podobný jev byl pozorován i u rokle Maria Gordon a hory Mt Mercou. Je vidět, že by se v budoucnu mohly vhodné průsmyky využívat pro vybudování chráněných základen, zvláště pokud by v nich byly i jeskyně nebo tunely. Na přiloženém grafu jsou vidět i denní změny dávkového příkonu vlivem dýchání atmosféry a změnám jejího tlaku.

Cesta vozítka Curiosity průsmykem Paraitepuy (zdroj: prezentace B. Ehresmanna na 26. WRMISS 2023)

Cesta vozítka Curiosity průsmykem Paraitepuy (zdroj: prezentace B. Ehresmanna na 26. WRMISS 2023)

Nejen novinky z dozimetrie na orbitě i povrchu Měsíce

Měření dávkového příkonu pomocí detektoru E sestavy RAD při průjezdu vozítka Curiosity průsmykem Paraitepuy (zdroj: prezentace B. Ehresmanna na 26. WRMISS 2023)

Měření dávkového příkonu pomocí detektoru E sestavy RAD při průjezdu vozítka Curiosity průsmykem Paraitepuy (zdroj: prezentace B. Ehresmanna na 26. WRMISS 2023)

Velmi zajímavé informace o dozimetrické situaci na orbitě okolo Měsíce se podařilo získat indické sondě Čandraján-1, která se dostala na oběžnou dráhu okolo Měsíce v listopadu 2008. Na orbitální sekci této sondy byla umístěna dozimetrická sestava RADOM (RAdiation DOse Monitor). Pracovala sice relativně krátce, do srpna 2009, ale přinesla zajímavé informace.

Sonda pracovala necelých šest měsíců na dráze okolo Měsíce ve výšce 100 km a poslední tři měsíce pak na dráze ve výšce 200 km. V první etapě byl střední dávkový příkon v době bez slunečních erupcí 227 µGy/den a na vyšší oběžné dráze pak o něco vzrostl na 257 µGy/den. Zvýšením dráhy se totiž snížil stínící vliv Měsíce. Připomeňme, že v té době probíhalo minimum cyklu sluneční aktivity.

Měření neutrálních částic, neutronů a fotonů gama, pomocí sestavy RAD při průjezdu vozítka Curiosity průsmykem Paraitepuy (zdroj: prezentace B. Ehresmanna na 26. WRMISS 2023)

Měření neutrálních částic, neutronů a fotonů gama, pomocí sestavy RAD při průjezdu vozítka Curiosity průsmykem Paraitepuy (zdroj: prezentace B. Ehresmanna na 26. WRMISS 2023)

Měření této sondy probíhalo téměř souběžně s měřením sestavy CRaTER (Cosmic Ray Telescope for the Effects of Radiation) na známé měsíční sondě LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter), která se na orbitu okolo Měsíce dostala 23 června 2009. V první fázi pracovala na dráze ve výšce okolo 50 km nad povrchem Měsíce. Detekční sestava měřila protony a těžší ionty s energií překračující 12 MeV/nukleon, které nepohltilo relativně tenké stínění. Dominantně tak šlo o částice galaktického kosmického záření. Využívala detektory složené z plastů, které dobře simulovaly lidské tělo či vodu. První fáze měření detektoru (podrobný popis zde) pokrývá právě období blízké měřením sondy Čandraján-1. Ukazovala na hodnoty 220 až 270 µGy/den na dráze ve výšce 50 km od Měsíce. To je v poměrně dobré shodě s měřeními přístroje sondy Čandraján-1.

Letový model přístroje RADOM umístěný na družici Měsíce Čandraján-1 (zdroj S.V. Vadawale et al: arXiv:1012.2014).

Letový model přístroje RADOM umístěný na družici Měsíce Čandraján-1 (zdroj S.V. Vadawale et al: arXiv:1012.2014).

Dlouhodobější měření je ukázáno v souhrnné práci z roku 2016. Bylo možné pozorovat průběh změn dávkového příkonu při cestě od minima sluneční aktivity k maximu. Na přiložených grafech jsou zobrazeny změny počtu slunečních skvrn, tedy průběh sluneční aktivity, modelové výpočty dávkového příkonu z primárního kosmického záření u Měsíce a také experimentálních hodnot získaných pomocí sondy ACE, sledující sluneční počasí v libračním bodu L1 a pomocí měsíční družice LRO. Je vidět, že modelové předpovědi jsou ve velice dobré shodě s pozorováním obou kosmických přístrojů. Zároveň data z družice LRO velmi dobře navazují na měření ACE. V grafech je dávkový příkon vyjádřen v jednotkách cGy/rok (cGy/rok = 27,4 µGy/den). V minimu sluneční činnosti se pohyboval až okolo 330 µGy/den a v době slunečního maxima klesala až k hodnotě 140 µGy/den.

Sestava CRaTER na družici Měsíce LRO (zdroj H.E. Spence et al: Space Sci Rev 150(2010)243)

Sestava CRaTER na družici Měsíce LRO (zdroj H.E. Spence et al: Space Sci Rev 150(2010)243)

Pomocí sestavy CRaTER se podařilo změřit také měsíční protonové albedo. Jde o protony vzniklé v tříštivých reakcích vysokoenergetických protonů a těžších jader s měsíčním regolitem. Ukazují se změny tohoto albeda v závislosti na změnách složení regolitu v různých místech, jsou rozdíly mezi tímto albedem u pevninských oblastí a měsíčních moří.

Na Měsíci zatím přistávají pouze automaty. Některé z nich nesou dozimetrické přístroje a mohou tak přispět k monitorování radiační situace na měsíčním povrchu. Dne 3. ledna 2019 přistál na Měsíci, a to poprvé na jeho odvrácené straně v kráteru von Karman, čínský lunární modul Chang´e 4 (zde). Jedním z jeho úkolů bylo i studium kosmického záření a dozimetrie na povrchu Měsíce. K tomu sloužila sestava LND (Lunar Lander Neutrons and Dosimetry), která kromě primárního kosmického záření studovala i neutrony vznikající interakcí primárních nabitých částic s lunárním regolitem. Přístroj vyvinuli vědci německé University v Kielu.

Srovnání vývoje počtu slunečních skvrn (aktivity Slunce) a dávkového příkonu z kosmického záření na povrch Měsíce z modelových výpočtů (světle modrá čára) a měření sondou ACE (červeně) a LRO (zeleně) (zdroj J.W. Keller et al: Icarus 273(2016)2)

Srovnání vývoje počtu slunečních skvrn (aktivity Slunce) a dávkového příkonu z kosmického záření na povrch Měsíce z modelových výpočtů (světle modrá čára) a měření sondou ACE (červeně) a LRO (zeleně) (zdroj J.W. Keller et al: Icarus 273(2016)2)

V době, kdy neprobíhají velké sluneční erupce, dominuje dozimetrické situaci v případě lehkého stínění, které bylo třeba i u Curiosity, galaktické kosmické záření a sekundární neutrony a další částice produkované v jeho interakci s měsíčním povrchem. Za dominantní část dávkového příkonu mohou protony a ionty s energií v oblasti 100 MeV/nukleon až 100 GeV/nukleon. V případně masivnějšího stínění se zmíněný rozsah přesunuje k vyšším energiím. Hadronové spršky produkované ionty s nižší energií se sice pohltí, ale ty s vyšší energií se více rozvinou a produkují velké množství sekundárních částic.

V práci v Science Advance z roku 2020 byly publikovány výsledky z tohoto přistávacího modulu. Během ledna a února 2019 byl celkový dávkový příkon měřený křemíkovými detektory 317 µGy/den, z čehož 74 µGy/den připadalo na neutrální částice. Dávkový příkon nabitých částic tak byl 243 µGy/den. Připomeňme, že v té době bylo minimum sluneční aktivity. Po konverzi spektra lineárního přenosu energie z křemíku na vodu se získala průměrná hodnota jakostního faktoru Q = 4,3. Z celkového dávkového příkonu tak dostaneme hodnotu ekvivalentního dávkového příkonu 1360 µSv/den, tedy zhruba 1,4 mSv/den a 0,51 Sv/rok.

Let Artemis I

Sestava LDN na lunárním přistávacím modulu Chang´e 4 (zdroj R.F. Wimmer-Schwengruber et al: Space Sci Rev (2020) 216:104)

Sestava LDN na lunárním přistávacím modulu Chang´e 4 (zdroj R.F. Wimmer-Schwengruber et al: Space Sci Rev (2020) 216:104)

Velkým přínosem pro dozimetrii cesty kosmonautů k Měsíci a pobytu na jeho orbitě je velice úspěšný let lodi Orion v rámci mise Artemis 1. Připomeňme, že let proběhl mezi 16. listopadem a 11. prosincem 2022 v sestavě lodi MPCV Orion, servisního modulu ESA a ICPS (Interim Cryogenic Propulsion System). Na palubě byla celá řada dozimetrů a také dva dozimetrické fantomy Helga, přičemž Zohar měla navíc ochrannou protiradiační vestu (podrobněji zde) Fantomy mají složení odpovídající lidskému tělu a jeho orgánům, v tomto případě ženských. Jsou navíc prošpikovány tisícovkami dozimetrických senzorů.

První výsledky z experimentu prezentovali Thomas Berger a Diego Lamore na již zmíněné pracovní poradě WRMISS 26. Podrobné analýzy získaných dat, jejich interpretaci a publikaci je třeba teprve realizovat, takže je možné zmínit jen několik předběžných závěrů. Efektivní dávka byla během celé mise okolo 22 mSv. Metody pro výpočet a předpověď efektivních dávek během letu se osvědčily, měřená hodnota byla jen o 10 % vyšší. Rozdíl a velice rozsáhlá sestava měřících bodů dovoluje vylepšit používané modely. Můžeme se tak těšit na řadu zajímavých výsledků a připravovat z dozimetrického hlediska lety Artemis 2 a 3.

Závěr

Naměřené spektru lineárního přenosu energie LET (zdroj S. Zhang: Science Advaces 6(2020))

Naměřené spektru lineárního přenosu energie LET (zdroj S. Zhang: Science Advaces 6(2020))

Člověk se chystá vrátit na Měsíc a vypravit na Mars. Kritickou výzvou je v tomto případě ochrana před kosmickým zářením. Pro projektování stínění připravovaných kosmických lodí, vesmírných stanic, ochranných vest a skafandrů potřebujeme modely a programy, které dokáží simulovat vlastnosti kosmického záření v různých místech, jejich interakci a biologické účinky. Na jejich přesnosti závisí kvalita budoucích lodí i zdraví kosmonautů. Pro jejich kontrolu a vylepšování jsou nutná kvalitní a dlouhodobější měření v meziplanetárním prostoru i na povrchu Měsíce a Marsu.

Proto je velice dobře, že se podařilo realizovat řadu potřebných měření. Několik sond pracovalo v okolí Měsíce a na jeho povrchu monitoroval dozimetrickou situaci přistávací modul Chang´e 4. Při cestě k Marsu a na jeho povrchu měřilo dozimetrickou situaci vozítko Curiosity. Ve všech případech v případě, kdy není sluneční bouře, má dominantní vliv galaktické kosmické záření. To je silně závislé na sluneční aktivitě a v průběhu jejího minima může být dávkový příkon o řadu desítek procent vyšší.

K současným limitům pro profesní dávku kosmonautům se tak dostáváme zhruba během roku. Situaci lze pochopitelně zlepšit dobře udělaným stíněním a dalšími opatřeními. Je tak vidět, že z hlediska galaktického kosmického záření by měly být plánované lety k Měsíci i Marsu realizovatelné. Musí však být také zajištěn úkryt a ochrana před slunečními erupcemi. Dostatečnou tloušťku stínění lze díky nižší energii jejich částic vytvořit snadněji. Ovšem i tak budou dostatečně dobře stíněné prostory spíše menší částí kosmické lodi. Proto je potřeba mít kvalitní předpověď slunečního počasí pro včasný úkryt posádky v připraveném krytu.

Podrobněji se diskutují možné způsoby ochrany a také principy interakce a vhodné materiály v přednášce. Kritické je už zmíněné modelování. Jako příklad modelu a jeho testování může sloužit REDMoon (Radiation Environment and Dose at the Moon)

Populární přednáška o ochraně kosmonautů před kosmickým zářením, která byla prezentována pro opavskou Mars Society, je zde a podrobný článek o vlastnostech kosmického záření před ním je zde.

Napsáno pro servery Osel a Kosmonautix.

Print Friendly, PDF & Email

Kontaktujte autora: hlášení chyb, nepřesností, připomínky
Prosím čekejte...
Níže můžete zanechat svůj komentář.

4 komentářů ke článku “Ochrana před kosmickým zářením je klíčová pro lety na Měsíc i Mars”

  1. Radek V. napsal:

    Dá se tedy říct, že sluneční radiace je větší nebezpečí, zejména při erupcích. Konstrukce lodi může využívat nasměrování lodi motorem, nádržemi, a tepelným štítem směrem ke Slunci. Výhodnější je tedy mít sebou pro přílet k Marsu i marsovský výsadkový modul, jeho konstrukce a palivo může také slouži jako štít. Voda na pití se bude recyklovat, takže její využití jako štít je omezené.
    Problémem je let zpátky, vrací se jen minimální loď – kabina pro přistání + hab jen s trochou paliva pro manévrování – návrat je tedy nejnebezpečnější. Hab tedy potřebuje také něco jako olovem obloženou ložnici. Pro 4 lidi stačí 2m válec dlouhý 2 m, nemusí být tedy extrémně těžká – 2,2 t pro 1 cm stěnu. Brzdící štít, voda, palivo, přístroje a vybavení, vzorky a odpady pak soustředit jako směrovaný štít ke Slunci.

  2. Lubo napsal:

    ..dakujeme za pekne zhrnutie.. teda dalsi priklad ako je to s vesmirom tazke az marne niekam cestovat so sucasnou urovnou technologii.. pohony, gravitacia, ziarenie.. to bude potrebovat skok, nieco ako vynajdenie pusneho prachu alebo objav a vyuzitie elektriny..

  3. vilous VÝSTRAHA napsal:

    Jistě jsou závěry, o kolik pomohla vesta na jedné figuríně u Artemis 1.
    Běžné cesty na Měsíc a zpět asi nejsou rizikové, protože tuším žádný účastník Apollo neměl příslušné onemocnění. U Gateway a Marsu jde samozřejmě o delší expozici.

Zanechte komentář

Chcete-li přidat komentář, musíte se přihlásit.