NICA поможет сделать полеты в космос безопаснее
В течение четвертого сеанса пусконаладочных работ на ускорительном комплексе NICA были проведены первые прикладные исследования на выведенных из Нуклотрона пучках ионов ксенона высоких энергий. В число первых институтов, которые смогли воспользоваться инфраструктурой комплекса для прикладных исследований ARIADNA, вошел давний партнер ОИЯИ – Институт медико-биологических проблем Российской академии наук, являющийся головной организацией Российской Федерации по обеспечению безопасности пилотируемых космических полетов. Сотрудники ИМБП РАН исследовали на радиационную стойкость два новых материала для защиты кают российских космонавтов на Международной космической станции. Также в сеансе были облучены семена растений, имеющих практическую значимость с точки зрения культивирования в условиях космического полета.
О начале работ на комплексе NICA, связанных с обеспечением безопасности пилотируемых космических полетов, рассказали в своем интервью Пресс-центру ОИЯИ заведующий отделом радиационной безопасности пилотируемых космических полетов ИМБП РАН Вячеслав Шуршаков и заместитель начальника отделения научно-методических исследований и инноваций по научной работе ЛФВЭ ОИЯИ Олег Белов.
«Мы с большим нетерпением ждали начала этого сеанса, когда на комплексе NICA появятся частицы с «нашими» энергиями: до нескольких ГэВ на нуклон. Именно они позволяют имитировать космическую радиацию, получая потоки тех самых частиц: ядра углерода, азота, кислорода, железа, ксенона и других. Для нас NICA – это некий симулятор космического излучения, которое воздействует в том числе и на экипажи космических аппаратов», – прокомментировал Вячеслав Шуршаков. Ускорители тяжелых заряженных частиц – единственный способ в приближенном виде воссоздать спектры космического излучения на Земле. В этом смысле комплекс NICA обладает уникальным набором физических параметров.
Облучение композитных материалов
На различных высотах орбиты Земли радиационная обстановка различная. Например, уровень радиации на Международной космической станции в 250 раз больше наземного фона. Даже в спокойных условиях, без выхода в открытый космос, в дни, когда нет вспышек на Солнце, космонавты подвергаются высоким уровням воздействия радиации.
В последние годы на МКС было выявлено, что каюты космонавтов, где они проводят большую часть времени, слабо по сравнению с остальными помещениями защищены от радиации. Каюты спроектированы так, что выступают за основной объем станции, в результате чего получаемая в них доза оказывается на 20–30% больше, чем в других местах станции. Чтобы исправить эту ситуацию, около десяти лет назад было найдено оригинальное решение.
Ученые из Белгородского государственного технологического университета имени В.Г. Шухова предложили собственную разработку – композитный материал № 1. Композит изготовлен по инновационной технологии спекания с этапами технологического процесса охлаждения и в процессе изготовления приобрел механическую и радиационную стойкость. Однако в нем есть вкрапления вольфрама, титана и пр. – тяжелых элементов, которые могут генерировать вторичные нейтроны.
Поэтому согласно рекомендациям специалистов по радиационной безопасности ИМБП РАН белгородские ученые разработали композит № 2. Этот материал состоит из политетрафторэтилена, в который, помимо оксида висмута и карбида вольфрама, добавлены также гидрид титана и карбид бора. «Полиэтилен содержит много ядер водорода, а гидрид титана удерживает водород вокруг ядра титана в связанном состоянии. Это уникальные материалы, которых нет за рубежом», – подчеркнул Вячеслав Шуршаков.
Материал № 2 имеет толщину всего 3–4 см, а значит, не так сильно уменьшит объем и без того тесных кают. В перспективе его планируется использовать на Российской орбитальной станции (РОСС), которая в будущем должна заменить россиянам МКС, и на пилотируемых транспортных кораблях нового поколения.
Эксперимент по облучению композитов на пучках тяжелых ядер проводился на NICA в течение нескольких суток. По итогам эксперимента готовится целая серия исследований и тестов.
Облучение семян
Что касается получивших свою дозу ионизирующего излучения на NICA семян, ученые ИМБП РАН оценят их прорастание после облучения, а также определят всхожесть, размер листьев и иные параметры развития. При помощи методов микроскопии будут изучены хромосомные аберрации.
Способность семян прорастать в условиях космоса, с одной стороны, – это прагматический аспект – космонавты во время длительных полетов смогут разнообразить свой рацион. Но вид оранжереи – это также и положительное психологическое воздействие – биологические объекты позволяют космонавтам на орбите скрашивать однообразие быта и одиночество.
«Семенами занимаются ведущие космические агентства и ассоциированные с ними организации, это классическое направление исследований в области пилотируемой космонавтики и вопросов обеспечения жизнедеятельности в космосе. Такие проекты постоянно находятся в центре внимания космических агентств и организаций, выполняющих их заказ», – отметил Олег Белов.
Задел на будущее
В России в 2027–2028 годах планируется к запуску собственная орбитальная космическая станция РОСС. Станция будет создаваться на более высокоширотной орбите, чем МКС, и с нее можно будет наблюдать всю территорию России, включая Северный морской путь. Станций на такой высоте не было еще ни у одного космического агентства. Однако на такой орбите наблюдается повышенный уровень радиации. Из-за этого предлагается сделать ее посещаемой, а не постоянно обитаемой. Вячеслав Шуршаков рассказал, что в ИМБП сейчас продумывается особая локальная защита, носимая на теле человека. Элементы такого рода амуниции тоже должны будут пройти испытания на пучках комплекса NICA.
Помимо этого, на станции РОСС будут впервые использоваться новые перспективные дозиметры нейтронов высоких энергий для космических целей, разработкой которых сейчас заняты ученые ИМБП РАН. Их тестирование также планируется провести в ОИЯИ. «Сейчас на борту МКС находятся штатные дозиметры, которые помогают нам контролировать радиационную обстановку, но дозу от нейтронов они не измеряют. У нейтронов очень высокая биологическая эффективность, и если мы переходим на высокоширотную станцию, планируем полеты к Луне и далее, такие приборы нам нужны», – пояснил Вячеслав Шуршаков.
Возможности комплекса NICA в перспективе позволят получить так называемый «комбинированный» пучок сразу из нескольких типов ядер, таких как азот, углерод и железо в определенных пропорциях, как это сделано, например, в Брукхейвенской национальной лаборатории в США. Это позволит ученым реализовать более реалистичный подход к моделированию потоков космического излучения для проверки детекторов и материалов для космических целей, а также для изучения биологического действия космической радиации.
Рисунок: Итоговая конфигурация РОСС после 2030 года (РКК «Энергия», источник https://nplus1.ru/material/2021/04/26/ross)