За пределами Земли. В поисках нового дома в Солнечной системе - Чарльз Уолфорт

Эти частицы — те космические чудища, из-за которых Земля оказывается островом, с которого непросто уплыть. Нас защищает атмосфера — над нашей головой содержится эквивалент десяти метров воды, которых достаточно для того, чтобы поглотить удар. Количество материала, необходимого, чтобы остановить эти тяжелые частицы, четко определяется физикой, и более простого пути нет. Лучше всего подходит водород, по этому так эффективны H2O и полиэтиленовый пластик, в котором на каждый атом углерода приходится два атома водорода. Но необходимые объемы защиты исключают практичность любого космического аппарата в обозримом будущем. Два метра воды блокируют около половины галактических космических лучей, а кубический метр воды весит 1000 кг.

Поначалу казалось, что солнечная радиация гораздо опаснее для астронавтов, поскольку около Земли ее намного больше. В августе 1972 г., когда «Аполлон-16» уже вернулся на Землю, а «Аполлон-17» готовился к отлету, мощная солнечная вспышка ударила по поверхности Луны протонной бурей невиданной интенсивности. Будь там астронавты, они получили бы смертельную дозу облучения. Внутри орбитального командного модуля они бы пережили бурю, частично защищенные алюминиевыми стенками капсулы, получив дозу, способную вызвать лучевую болезнь с рвотой, утомлением и снижением числа красных кровяных клеток, но не смерть. А еще у них бы повысился риск в дальнейшем заболеть раком.

Солнечная буря 1972 г. не только напугала NASA, но и подсказала решение проблемы. Солнечная радиация отчасти предсказуема, ее относительно легко избежать, от нее можно защититься. В новой капсуле NASA «Орион» предусмотрено временное убежище от солнечных бурь — место, в котором астронавты могут спрятаться среди запасного оборудования, воды и пищи, которые блокируют излучение. МКС защищена пластиком и находится на орбите в пределах магнитосферы Земли, отклоняющей большую часть легких частиц, испускаемых Солнцем. Близкая Земля также блокирует излучение со своей стороны.

Обеспокоенность галактическими космическими лучами росла в ходе миссий «Аполлон», когда астронавты подверглись действию ТЗЧ (и вторичного излучения, испускаемого под ударами по космическому аппарату крупных ионов, выбивающих фонтаны атомных частиц). Они видели вспышки света в темноте. Тщательное исследование на МКС, получающей около трети потока ТЗЧ по сравнению с открытым космосом, подтвердило то, что эти вспышки света вызываются пролетом отдельных ионов сквозь зрительные нервы астронавтов.

Лунные экспедиции длились не более 12 дней каждая, и воздействие радиации считалось приемлемым. Но в ходе исследования, проведенного тридцатью годами позже, выяснилось, что у астронавтов, подвергавшихся облучению в космосе, чаще и в более молодом возрасте развивалась катаракта, и чем дольше продолжался полет, тем раньше это происходило. Подобное наблюдалось у переживших атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки, а также у некоторых раковых больных, прошедших радиационную терапию.

Никто не знает, что произойдет с астронавтами вне пределов защитного влияния Земли во время многолетнего полета к Марсу. Пожалуй, Френсис Кусинотта знает об этом больше многих.

Кусинотта (друзья зовут его Фрэнк) пришел в NASA еще студентом в 1983 г. Он работал в Центре управления полетом в марте 1989 г., когда один из шаттлов угодил в солнечную бурю настолько сильную, что она вырубила электричество во всем Квебеке[57]. К Программе исследования человека он подключился в 1997 г. Ранее в своей карьере он работал над экранированием, в том числе над повышением безопасности МКС. Но экранирование не было увлекательной темой исследований. Физика вопроса уже была ясна. Поэтому он обратил свое внимание на галактические космические лучи как угрозу здоровью.

Незадолго до того, как Фрэнк получил работу по исследованию человека в Космическом центре имени Джонсона, Национальный научно-исследовательский совет США опубликовал доклад с призывом интенсивно исследовать риски, связанные с ТЗЧ. По оценкам комиссии Совета, за год путешествия к Марсу ТЗЧ пронзили бы каждую клетку (диаметр которой сравним с диаметром человеческого волоса) в теле астронавта. Связанные с этим риски включали рак, а также повреждения центральной нервной системы, что в ходе полета могло повлиять на умственные способности. Комиссия Национального научно-исследовательского совета предложила пятнадцатилетнюю интенсивную программу изучения и оценки этих рисков; ожидалось, что средства, затраченные NASA, окупятся тысячекратно, так как полученные сведения позволят конструировать космические аппараты, не закладывая огромных запасов на неизвестные факторы.

Фрэнк начал эту работу, поднявшись до ведущего радиационной программы в NASA, где он курировал создание установки для экспериментов с ТЗЧ в Брукхейвенской национальной лаборатории на Лонг-Айленде в Нью-Йорке. Но интенсивная программа, к проведению которой призывал доклад 1996 г., так и не была осуществлена. Его авторы предупреждали, что без должного сосредоточения усилий могут пройти два десятилетия, а ответы так и не будут получены — такую перспективу они считали неприемлемой. Прошло 20 лет, и поставленные тогда ключевые вопросы по-прежнему остаются главными неизвестными. Риск рака из-за ТЗЧ известен с возможной ошибкой в 2–3 раза, и это не говоря о тех неопределенностях, которые пока невозможно выразить количественно.

Фрэнк считает, что чиновники NASA так ничего и не поняли, и это касается и администратора Чарльза Болдена, бывшего астронавта и генерала морской пехоты. Фрэнк говорит: «Мы по-прежнему слышим высказывания мистера Болдена о том, что нужно найти подходящий экранирующий материал. Что кто-то когда-то сказал ему, что дело в используемых материалах. Мы знаем все необходимое о материалах уже три или четыре десятилетия. Но это на самом деле не решение, пока они не научатся запускать в космос куда большую массу».

Кусинотта, видный и благообразный, с густыми бровями, говорит осмотрительно, в его речи все еще чувствуется легкий акцент Нью-Джерси — он провел детство на противоположном от Филадельфии берегу реки Делавэр. Его, как и всех, вдохновили полеты «Аполлонов», но что его действительно волнует в работе, так это строгая математика моделирования рисков. Он живет в мире субатомных частиц и отдельных клеток, где точное понимание подробностей взаимодействий материи — вопрос жизни и смерти астронавта.

Трудность все это время заключалась в получении точных данных о повреждениях живых тканей энергичными частицами для повышения точности модели рисков. Простого способа сделать это не существует. ТЗЧ не встречаются на Земле. Ученые исследуют тех, кто пережил атомные бомбардировки, пациентов, проходящих радиационное лечение, и постоянных жителей зоны Чернобыльской аварии, но это не тот же самый тип радиации. ТЗЧ можно создавать в ускорителях, которые используют огромные магниты для разгона частиц в подземных туннелях, но туда нельзя поместить человека.

В Лаборатории космической радиации NASA в Брукхейвене, введенной в эксплуатацию в 2003 г., мышей облучают пучком ТЗЧ в помещении с массивными бетонными стенами и входом-лабиринтом, задерживающим паразитное излучение. Исследователи пишут предложения по грантам на исследования, мышей разводят для экспериментов и облучают, они доживают свой трехлетний век, после чего исследователи анализируют данные и публикуют работы. Весь процесс занимает шесть лет. И работы не только отвечают на старые вопросы, но и ставят новые.