Выпускник аспирантуры Сколтеха Михаил Добындэ и его коллеги из США и Германии установили, что пилотируемые полеты на Марс лучше планировать на середину 2030-х годов. Согласно результатам моделирования, выполненного учеными, в этот период ожидается не только удачное взаимное расположение планет, но и благоприятная солнечная активность, которая нейтрализует действие опасного излучения, проникающего в Солнечную систему из межзвездного пространства. Результаты исследования опубликованы в журнале Space Weather.
В последние годы в мире наблюдается оживление интереса к пилотируемым полетам со стороны как национальных космических агентств, так и частных компаний, которые рассматривают Луну и Марс в качестве наиболее привлекательных направлений на ближайшие десятилетия. И, хотя поток новостей о соперничестве между Virgin Galactic, Blue Origin и SpaceX может натолкнуть на мысль, что оптимальная дата пуска — ранняя дата пуска, в действительности на целесообразность того или иного космического полета может сильно влиять космическая погода.
Серьезную угрозу в любом длительном космическом полете представляет вредная для здоровья космонавтов космическая радиация. При этом экранировать корабль от внешних воздействий можно лишь в разумных пределах, иначе масса звездолета увеличится настолько, что его запуск станет экономически невозможным. Чтобы решить эту проблему, Михаил Добындэ и его коллеги предложили не бороться с космической погодой, а, наоборот, попытаться подстроиться под нее.
В течение всего полета к Марсу и обратно на Землю космический корабль подвергается воздействию космической радиации, не только проникающей из межзвездного пространства, но и выбрасываемой из солнечной короны. Известно, что солнечная активность меняется в соответствии с одиннадцатилетним циклом, в течение которого наступает пик, когда солнечная радиация достигает своего максимума.
Как это ни парадоксально звучит, но лететь на Марс во время пика солнечной активности — не такая уж и плохая идея. Все дело в том, что заряженные солнечные частицы, от которых достаточно просто экранировать корабль, дают полезный эффект: они способны ослаблять куда более опасное галактическое излучение.
Ученые смоделировали уровень радиации внутри космического корабля, используя в расчетах 28 типов опасных частиц межзвездного происхождения и 10 типов частиц, выбрасываемых Солнцем во время солнечных вспышек. Все они представляют собой ионы — положительно заряженные атомы с оторванными электронами. Разница лишь в том, что из других галактик в Солнечную систему могут проникать потенциально более тяжелые и опасные частицы. О том, насколько зловредным может быть галактическое излучение, говорит тот факт, что сам корабль может стать радиоактивным в результате ядерной реакции, вызванной мощным столкновением частиц с атомами материала обшивки. С этой точки зрения солнечное излучение — скорее друг космонавта, чем враг.
«Нам удалось найти оптимальное сочетание уровня защиты космического корабля и периода запуска, при котором будет возможен максимально длительный полет. По нашим расчетам, лучшее время старта для пилотируемых экспедиций на Марс — период спада солнечной активности. При оптимальном уровне защиты с использованием алюминиевых экранов толщиной 10 см продолжительность полета может достигать четырех лет без превышения нормативов по радиационной безопасности. Следующий пик солнечной активности ожидается достаточно скоро, в 2025 году, так что покорителям Марса, по-видимому, придется дождаться середины 2030-х годов», — рассказывает первый автор исследования Михаил Добындэ.
Иллюстрация. Воздействие вредной радиации на космонавта за алюминиевым экраном 10 г/см2. Слева показано влияние 100 протонов с энергией 100 МэВ. Справа — всего 10 протонов, но с десятикратной энергией. Синим показана траектория исходных протонов, а порожденные ими вторичные частицы — красным (нейтроны), желтым (гамма-фотоны) и цианом (электроны). Зеленые точки указывают на взаимодействие излучения с материей. Источник: Михаил Добындэ/Сколтех
В настоящее время авторы продолжают исследования, уделяя основное внимание изучению эффективности различных экранирующих материалов и радиационной обстановки на Марсе и Луне.
В работе принимали участие специалисты Немецкого научного центра геофизических исследований GFZ, Потсдамского университета, Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Массачусетского технологического института.
*****
Сколтех — негосударственный международный университет. Созданный в 2011 году в сотрудничестве с Массачусетским технологическим институтом (MIT), Сколтех готовит новое поколение лидеров в области науки, технологий и бизнеса, проводит исследования в прорывных областях и содействует технологическим инновациям с целью решения важнейших проблем, стоящих перед Россией и миром. Сколтех развивает шесть приоритетов: наука о данных и искусственный интеллект, науки о жизни и здоровье, современные методы проектирования и перспективные материалы, энергоэффективность, фотоника и квантовые технологии, перспективные исследования. Усилия Сколтеха призваны способствовать укреплению технологического превосходства России в приоритетных направлениях. Сайт: https://www.skoltech.ru/.
