Содержание
4 августа 1972 года Солнце выпустило раскаленный энергетический поток со своей поверхности и швырнуло его в сторону планет. Это сопровождалось бурлящим облаком плазмы, называемым выбросом корональной массы, которое преодолело почти 150 миллионов километров между Солнцем и Землей всего за полдня — все еще самое быстрое известное время прибытия для таких вспышек — чтобы ненадолго омыть нашу планету космическим огнем.
Экранирующая магнитосфера Земли смялась и сжалась на две трети, посылая мощные геомагнитные потоки, пульсирующие по планете. Ослепительные проявления «северного сияния» простирались до Испании, а перегруженные линии электропередач тянулись на юг до Техаса. У южного побережья Хайфона, Северный Вьетнам, моря взбаламутились, когда небесное возмущение преждевременно взорвало около двух десятков морских мин ВМС США. Геомагнитная буря — одно из самых сильных солнечных событий в истории человечества, безусловно, самое сильное в космическую эпоху.
Астронавты «Аполлона-16» вернулись домой примерно через три месяца после своего лунного похода, а астронавты «Аполлона-17» все еще готовились к декабрьскому запуску. Тот факт, что вспышка на Солнце произошла между предпоследним и последним полетами на Луну с экипажем, был просто делом случая. Если бы члены любого из экипажей находились в космосе во время солнечной бури, особенно если бы они пересекали ту часть «лунной» области между Землей и Луной, которая находится за пределами магнитосферы, они подверглись бы потенциально смертельной дозе радиации.
Нам повезло в 1972 году. И с точки зрения космических опасностей, эта удача в значительной степени сопутствовала человечеству во время путешествий за пределы мира. На сегодняшний день единственными людьми, которые действительно умерли в космосе, были три космонавта «Союза-11», которые задохнулись из-за неисправного оборудования, когда их космический корабль начал спуск на Землю. Тем не менее, несмотря на то, что большинство оценок, по-видимому, считают почти безупречным показателем безопасности, сегодня перспектива выхода за пределы низкой околоземной орбиты почему-то кажется более пугающей — более опасной — чем это было, когда закончилась программа «Аполлон». Обладая большим, чем когда-либо, знанием об окрестностях за пределами нашего дома, мы теперь, похоже, с большей неохотой покидаем его. Может быть, мы знаем слишком много.
Неудача — это вариант
Политика, деньги и неравномерные федеральные директивы — все это может объяснить, почему ни один президент со времен Ричарда Никсона не отправлял людей обратно на Луну. Однако некоторые сторонники исследования Луны также видят более философские причины. Мы лучше, чем когда-либо в космическую эру, понимаем, что может произойти с нами там. Стоит ли совершать это путешествие? Мы наблюдаем, как горит наша собственная планета, и мы становимся свидетелями почти невообразимой красоты, зафиксированной датчиками наших путешествующих по Солнечной системе роботов, и мы задаемся вопросом, должны ли человеческие жизни быть на кону во имя исследования за пределами Земли. Космос может убить нас. Любой, кто осмелится проникнуть в верхние слои атмосферы нашего мира, умрет мучительной смертью без системы жизнеобеспечения. Даже при достаточном жизнеобеспечении солнце все равно может убить космических путешественников, если оно вырвется на свободу в самый неподходящий момент, когда они находятся за пределами защитного пузыря магнитосферы. Глубокий космос тоже может убить нас — даже издалека: частицы и излучение, исходящие от взрывающихся звезд и активных галактик, становятся, когда они попадают в нашу близость, вредными космическими лучами, которые могут разрывать ДНК по швам, вызывая рак и другие болезни.
Серьезность этой последней угрозы становится ясной только сейчас. 25 сентября международная группа ученых, работающих с китайским посадочным модулем Chang e 4 и марсоходом Yutu 2, объявила, что Луна постоянно подвергается бомбардировке ливнями опасных космических лучей. «Новая проблема для астронавтов», — прочитал часть заголовка на веб-сайте ExtremeTech. «Уровень радиации на Луне Тревожно высок», — говорится на сайте под названием «Интересная инженерия». «Новые Измерения Показывают, Что На Луне Есть Опасные Уровни Радиации», — пишет Associated Press.
Клайв Нил, лунный ученый и сторонник космических исследований в Университете Нотр-Дам, надеется увидеть больше людей на Луне с тех пор, как астронавты «Аполлона-17» отправились 48 лет назад. Он подозревает, что для этого может потребоваться признание того, что неудача — это не только вариант, но и неизбежность. «Как мы видели при испытании ракет, неудача — это то, чему вы многому учитесь», — говорит он. «Несмотря на все, что вы делаете, вы не собираетесь избавляться от всех рисков. Это факт».
В начале этого года американцы пристегнулись к американской ракете, запущенной с американской земли впервые почти за десятилетие. Может ли возвращение на Луну быть далеко? В соответствии с планом Артемиды администрации Трампа НАСА планирует отправить первую женщину и следующего мужчину на богатый ресурсами южный полюс Луны к 2024 году. Это долгий путь: Космическое агентство и подрядчики, на которых оно полагается в отношении большей части своего летного оборудования, должны поторопиться, чтобы завершить трудную задачу по созданию новых массивных ракет и спускаемых аппаратов. Большинство экспертов считают, что Конгресс должен резко увеличить финансирование, чтобы это стало возможным, не говоря уже о неопределенности, которая возникнет в результате победы демократов Джо Байдена и Камалы Харрис 3 ноября на президентских выборах в США. Однако администратор НАСА Джим Бриденстайн говорит, что он настроен оптимистично. И растущее сообщество лунных ученых и частных компаний работает так, как будто Артемида произойдет, даже когда становятся ясны истинные масштабы множества проблем, с которыми сталкивается проект.
«Каждый давно хотел добиться прогресса в своей отдельной области. Теперь, когда, кажется, есть реальное твердое направление и цель, все мотивированы и работают вместе», — говорит Дана Херли, космический физик из Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса (APL).
Люди работают вместе, чтобы позволить людям жить и работать «за пределами планеты», как любит выражаться Нил. Защита их от радиации должна быть главной целью. Но как именно это будет работать и какой уровень защиты на самом деле необходим, будет вопросом для космических агентств — и самих астронавтов.
«Любой, кто находится на стороне НАСА, скажет: «В первую очередь мы должны обеспечить безопасность задействованных людей, астронавтов, а все остальное второстепенно». И так и должно быть», — говорит Роджер Лауниус, давний историк НАСА. «С этим никто не спорит. Вопрос в том, «Что необходимо для обеспечения такой безопасности?» Это всегда сложно.»
Радиоактивная Луна
Астронавты на поверхности Луны столкнутся с радиацией в 200-1000 раз большей, чем мы испытываем на Земле, говорит Роберт Ф. Виммер-Швайнгрубер из Кильского университета в Германии, который был одним из руководителей нового исследования Chang & rsquo;e 4. Это примерно в два с половиной раза превышает уровень радиации на Международной космической станции (МКС). Плотная атмосфера Земли и мощное магнитное поле защищают нас. Однако на Луне нет воздуха, а ее магнитное поле чрезвычайно слабое, поэтому у нее нет защиты. Космические лучи в основном представлены в виде нейтронов, которые являются большими и тяжелыми (по сравнению с субатомными частицами). И они могут производить вторичные частицы, которые наносят свой собственный урон, подобно битку, разбрасывающему бильярдные шары.
По иронии судьбы, солнце немного защищает от этого, говорит Джордж Хо, гелиофизик из APL. Когда наша звезда проходит активную фазу своего 11-летнего цикла, она высвобождает больше излучения, как это было во время той ужасной бури 1972 года. Эти вредные излучения могут в какой-то степени защитить Землю и другие планеты, отклоняя часть поступающих космических лучей. Недавние измерения, проведенные миссией Chang e 4, произошли во время необычайно спокойной солнечной фазы, добавляет Хо.
«Мы сделали намного лучше со времен Аполлона. Теперь мы постоянно смотрим на солнце», — говорит Хо. «Мы можем спрогнозировать и сказать: «Эй, следующие семь дней будут плохими для людей, совершающих выход в открытый космос». И для событий, связанных с солнечными частицами, несколько миллиметров алюминия могут защитить от них».
Поскольку они могут проникать сквозь такую тонкую защиту, галактические космические лучи более опасны, чем обычные солнечные частицы. Блокирующий излучение материал, такой как свинец, мало помогает, поскольку он все еще производит вторичные частицы, которые также опасны.
Многие ученые ожидают, что посетители Луны, особенно первые несколько экипажей, останутся всего на несколько дней или, самое большее, на пару недель. Накопленная доза облучения при таком кратковременном пребывании была бы управляемой. Однако для более долгосрочных аванпостов, таких как лунные базы и орбитальные космические станции, предусмотренные несколькими космическими программами, потребуется план. У лунных ученых есть много идей, но сторонники, такие как Нил, говорят, что они осуществятся только в том случае, если страны будут работать вместе, а не в условиях конкуренции.
Подземные укрытия и «Весенние лыжные» скафандры
Наиболее очевидное решение проблемы высокого уровня радиации на поверхности Луны — избегать проживания там. Виммер-Швайнгрубер говорит, что подземные среды обитания могут защитить обитателей Луны от многих вредных частиц. Лунные посетители должны планировать строительство мест обитания на глубине не менее 80 сантиметров (около двух с половиной футов) под поверхностью, говорит он. Для этого они захотят привезти бульдозеры — или, по крайней мере, мощные роверы с фронтальным погрузочным оборудованием.
Райан Уоткинс, физик из Института планетологии, представляет себе людей, живущих внутри лавовых труб, которые представляют собой полые отложения, оставленные древними потоками магмы. «Это своего рода двойной удар, потому что это не только защитит вас от радиации, но и защитит вас от ударов микрометеороидов», — говорит она.
Сунгву Лим, физик из Открытого университета, расположенного в Англии, опубликовал исследование, описывающее, как использовать микроволны для спекания лунного реголита. Эта работа повышает вероятность того, что будущие жители Луны смогут производить строительные материалы древним шумерским способом: путем обжига грязи в кирпичи.
В Массачусетском технологическом институте исследователь аэронавтики Дава Ньюман и ее аспирант Коди Пейдж работают над будущими космическими костюмами, изготовленными из новых передовых материалов. Полиэтилен — основной пластик — оказывается отличным радиационным щитом, потому что в нем так много водорода, который поглощает тяжелые нейтроны в космических лучах, говорит Пейдж. Будущие космические скафандры могли бы еще больше повысить свою защитную способность, также включив аэрогели, углеродные нанотрубки, нанотрубки бора и борную защиту, добавляет она. Бор-10 особенно полезен: из-за того, как нейтроны расположены внутри его атомных ядер, способность вещества останавливать космические лучи примерно на четыре порядка больше, чем у водорода.
Будущие космические скафандры должны быть легкими, удобными в перемещении и лучше защищать астронавтов от таких опасностей, как микрометеориты и радиация, говорит Ньюман. Нынешний базовый скафандр весит около 300 фунтов (136 килограммов), и она хочет снизить его до 90 фунтов (41 килограмм).
«Вы тратите впустую большую часть своей энергии, если находитесь в громоздкой оболочке под давлением газа», — говорит Ньюман. Следующий скафандр может выглядеть и подходить больше как гидрокостюм. Астронавты могли бы надеть несколько слоев, как весенний лыжник, и надеть защитное от радиации пальто, когда этого требуют условия. Космические скафандры могли бы также добавить защиту там, где это наиболее необходимо, закрывая основные органы, но оставляя конечности более открытыми.
Набухшие мыши и реголит с картечью
Астронавты столкнутся с тремя основными источниками опасности на Луне: радиацией, пониженной гравитацией и реголитом. Радиация является самой последней проблемой, однако пониженная гравитация также является хорошо известной опасностью для здоровья. Даже если это компенсируется интенсивными физическими упражнениями, астронавты все равно теряют мышечную массу и плотность костей во время длительного пребывания в условиях микрогравитации на МКС. Гравитация на Луне выше — примерно на одну шестую от Земной, — но длительные посетители все равно будут испытывать некоторые вредные эффекты низкой гравитации.
Се-Джин Ли, генетик из Университета Коннектикута, пытается решить некоторые из этих проблем. После более чем 10 лет усилий он смог отправить команду мышей на МКС в декабре прошлого года. Некоторые животные были модифицированы так, чтобы у них отсутствовал ген, подавляющий рост мышц, некоторых лечили экспериментальным препаратом, работающим аналогичным образом, а другие служили немодифицированным контролем. Ли обнаружил, что модифицированные и обработанные мыши не только сохранили свою мышечную массу в космосе, но даже увеличили ее и имели лучшую плотность костей по сравнению с необработанными мышами.
Хотя лекарство, основанное на этом исследовании, остается далеким для людей, работа предполагает, что астронавты когда-нибудь смогут принимать таблетки, чтобы предотвратить наихудшие последствия для здоровья от пониженной гравитации.
Ген, который подавляет рост мышц, вырабатывает белок под названием миостатин, который обычно работает, чтобы сбалансировать мышечную массу с жиром. Молекула, которая удерживает их в равновесии, принесет пользу животным, пытающимся поддерживать достаточное количество мышц для охоты или бегства, а также не позволит им накапливать их в избытке, что более затратно для поддержания.
«Для людей, я думаю, это эволюционный рудимент», — говорит Ли о молекуле. «Нам действительно больше не нужно с этим разбираться. У всех нас есть холодильники; мы живем в домах с электричеством; нам не нужно спасаться от хищников. Вот почему я утверждаю, что эта конкретная система так привлекательна для наркотиков».
Даже если астронавты смогут избежать радиационного облучения и дегенерации мышц, поверхностная почва Луны, называемая реголитом, сама по себе представляет еще одну сложную проблему. Состоящая из зазубренных микроскопических осколков камня, лунная пыль похожа на более абразивный и раздражающий порошок талька: она проникает во все, от легких астронавта до крошечных деталей машин и структурных трещин. Он также летает вокруг, когда космический корабль приземляется или запускается, превращая посадочные зоны в чистящую площадку, взорванную картечью, отмечает Уоткинс.
«Большая проблема возникает, когда вы начинаете приземлять несколько космических аппаратов в одном и том же районе. Вам действительно нужно беспокоиться о том, как далеко вы приземлитесь из-за этой пыли», — говорит она. «Представьте, что он летит со скоростью один километр в секунду. Это нанесет некоторый ущерб, поэтому поиск способов смягчения этого является большой проблемой прямо сейчас».
То, Что Тебя Не Убивает, Делает Тебя Сильнее
Как и многие увлеченные лунные ученые, Ньюман из M.I.T. отмечает, что следующая волна освоения космоса — это форма мягкой дипломатии. «Речь идет о потенциале мира, работающего вместе», — говорит она.
Лауний, как и многие другие, рассматривает Луну как нечто похожее на Антарктиду, где расположено множество международных научных станций. Доступ к нему труден и опасен, но люди делают это постоянно, въезжая и выезжая небольшими экипажами. «Мы можем отправиться в поход на Луну», — говорит он. «Мы можем поехать и провести там несколько дней; возьми с собой все, что тебе нужно. Нет никаких оснований думать, что у нас нет возможности построить лунную базу и оставаться там в течение некоторого периода времени. Но вот в чем проблема: по сути, отправиться в космос с людьми — значит стать многопланетным видом. Если причина не в этом, то зачем мы это делаем? Как только вы это сделаете, мы будем говорить не только о лунной исследовательской станции».
Лауний говорит, что трудно говорить в практических терминах о таких грандиозных идеях. И прямо сейчас, когда многие страны планируют лунные базы и космические станции, практичность поднимает голову. Космические путешествия более возможны, чем когда-либо, и мы знаем о них больше, чем когда-либо, поэтому опасность более очевидна и реальна, чем это было в прошлом. Более того, Лауниус считает, что США сейчас более склонны к риску, чем это было в эпоху Аполлона.
«Мы все делаем этот расчет риска», — говорит он. «Если я стою на углу, ожидая перехода, и вижу машину в 100 ярдах от меня, я могу решить, что смогу это сделать. Но человек рядом со мной может и не быть. Это понятная проблема, и она отличается от человека к человеку. НАСА проявляет осторожность, потому что у них были некоторые действительно близкие контакты, и у них было несколько несчастных случаев, в которых они потеряли астронавтов. Но я думаю, что сейчас мы, как общество, можем быть немного более склонны к риску».
Космическое агентство — это также огромный корабль, управляемый налогоплательщиками и управляемый политикой. Сторонники исследований видели, как программы возвращения на Луну объявлялись, рекламировались, планировались, а затем отменялись несколько раз с 1970-х годов. Десятилетия неопределенности являются одной из причин, по которой некоторые ученые так стремятся работать с частным сектором — и наоборот. Уоткинс входит в состав научной консультативной группы для основателя Amazon Джеффа Безоса, компании по исследованию космоса Blue Origin, и она говорит, что компания заинтересована в сотрудничестве с учеными, чтобы решить, где приземлиться и какое экспериментальное оборудование взять с собой. Частные корпорации, зависящие от акционеров или нескольких владельцев, могут иметь иную терпимость к риску, чем государственное учреждение, которое отвечает за многие.
В то время как некоторые сторонники исследований утверждают, что НАСА должно мечтать о большем или устранять бюрократическую волокиту, многие ученые говорят, что простое осознание того, что космос может убить нас, не является проблемой. То, что не убивает нас, может сделать нас сильнее.
«Дело не в том, что люди не мечтают о большом. Отправка экипажа на южный полюс Луны — это большое дело», — говорит Уоткинс о запланированной миссии НАСА «Артемида» по высадке людей на Луну. «У нас просто больше знаний, что совсем не плохо. Мы знаем больше, а это значит, что мы также можем лучше подготовиться».
ОБ АВТОРЕ(АХ)
Ребекка Бойл — отмеченный наградами независимый журналист из Колорадо-Спрингс, штат Колорадо. Ее предстоящая книга «Прогулка с Луной» (Random House) будет посвящена изучению взаимоотношений Земли со своим спутником на протяжении всей истории.
https://www.scientificamerican.com/article/can-a-moon-base-be-safe-for-astronauts/
Загрузка...
