Планета Марс зовет нас. По крайней мере, такое впечатление складывается при рассмотрении всех запланированных и предполагаемых миссий на красную планету в ближайшем десятилетии. С таким количеством космических агентств, которые в настоящее время отправляют туда миссии, чтобы охарактеризовать его окружающую среду, атмосферу и геологическую историю, кажется вероятным, что миссии с экипажем не за горами. На самом деле, и НАСА, и Китай дали понять, что они намерены отправить миссии на Марс к началу 2030-х годов, кульминацией которых станет создание наземной среды обитания.

Для обеспечения здоровья и безопасности астронавтов как в пути, так и на поверхности Марса ученые исследуют несколько средств радиационной защиты. В недавнем исследовании группа из Космического научного института Blue Marble (BMSIS) изучала, как можно использовать различные материалы для создания конструкций, защищающих от радиации. Сюда входили материалы, привезенные с Земли, и те, которые можно добыть непосредственно из марсианской среды. Это соответствует процессу использования ресурсов на месте (ISRU), при котором местные ресурсы используются для удовлетворения потребностей экипажей астронавтов и миссии.

Исследованием руководил Дионисиос Гакис, приглашенный ученый из BMSIS и выпускник физического факультета Патрского университета в Греции. К нему присоединились доктор Димитра Атри, старший научный сотрудник BMISIS, профессор физики Центра космических исследований Нью-Йоркского университета в Абу-Даби и научный руководитель Гакиса. Документ, описывающий их выводы («Моделирование эффективности материалов для защиты от радиации для защиты астронавтов на Марсе»), рассматривается для публикации Acta Astronautica .

Марсианская радиационная среда значительно опаснее земной из-за тонкой атмосферы и отсутствия планетарного магнитного поля. На Земле люди в развитых странах получают в среднем 0,62 рад (6,2 мЗв) в год, тогда как поверхность Марса получает около 24,45 рад (244,5 мЗв) в год — и даже больше, когда происходят солнечные явления (т.н. солнечные вспышки). происходить.

Как сообщил д-р Атри Universe Today по электронной почте, это излучение бывает нескольких видов: «Галактические космические лучи состоят из заряженных частиц, которые в миллиард (или более) раз более энергичны, чем видимый свет. человеческое тело . Кроме того, солнечные бури могут иногда ускорять заряженные частицы до очень высоких энергий (солнечные энергетические частицы), что может нанести сопоставимый ущерб. Количество излучения, исходящего от космических лучей, очень предсказуемо, тогда как солнечные бури очень трудно предсказать».

Для своего исследования Гакис и доктор Атри исследовали свойства различных экранирующих материалов, которые можно было доставить на Марс или собрать на месте. Они состояли из материалов, распространенных в аэрокосмической промышленности , таких как алюминий, полиэтилен, циклогексан, полиметилметакрилат, майлар и кевлар, а также воды, жидкого водорода из углеродного волокна и марсианского реголита. Как объяснил Гакис, они оценили каждый из этих материалов с помощью численной модели GEANT4 — программного пакета, который имитирует прохождение частиц через вещество с использованием статистических методов Монте-Карло.

«Мы построили компьютерную модель Марса и измерили выделение космической энергии внутри гипотетического человеческого фантома, представляющего собой астронавта», — сказал он. «Защита из материала была установлена ​​так, чтобы поглощать часть радиации до того, как она достигнет космонавта. Наиболее эффективными материалами с точки зрения радиационной защиты были те, которые пропускали наименьшее количество энергии в тело космонавта».

Их результаты показали, что материалы, богатые водородом (например, водяной лед), предсказуемо реагируют на ГКЛ и, следовательно, являются лучшей защитой от космических лучей. Кроме того, они обнаружили, что реголит имеет промежуточный отклик и поэтому может использоваться для дополнительной защиты, особенно в сочетании с алюминием.

Гакис сказал: «Например, хотя было обнаружено, что алюминий не так эффективен, как другие материалы, он все же может быть полезен для снижения доз радиации, и мы выступаем за объединение его с другими материалами. Марсианский реголит имеет сходное поведение и преимущество в том, что он является материал на месте, не требуя, чтобы мы несли его с Земли».

НАСА и другие космические агентства оценивают несколько конструкций, материалов и технологий, которые позволят создать среду обитания на Луне, Марсе и за его пределами. В частности, НАСА и Китайское национальное космическое агентство (CNSA) планируют пилотируемые миссии на Марс в следующем десятилетии, которые будут запускаться каждые 26 месяцев (начиная с 2033 года) и завершаться созданием мест обитания на поверхности. Согласно анализу Гакиса и доктора Атри, эти места обитания, вероятно, будут состоять из внутренней структуры, созданной с использованием легких материалов, доставленных с Земли по низкой цене.

В случае с алюминием и углеродным волокном их можно производить на месте, используя алюминий, добытый из марсианской породы, и углерод, собранный из ее атмосферы. Затем их можно защитить с помощью местного водяного льда и реголита, которые роботы напечатают на 3D-принтере для создания защитной надстройки. Такие места обитания позволят совершать длительные миссии далеко за пределы Земли и даже могут стать ступенькой к постоянным поселениям людей в космосе.

«Радиация — это одна из многих проблем, которые человечество должно решить, чтобы успешно завершить [исследование] красной планеты», — резюмировал Гакис. «Мы считаем, что наше исследование является еще одним шагом к пониманию разрушительного воздействия космических лучей на марсианскую среду и планированию эффективных стратегий смягчения последствий для будущих пилотируемых миссий на Марс».