Основные источники излучения в космосе
Международная группа учёных из 20 организаций со всего мира при участии специалистов Московского физико-технического института (МФТИ) составила список мероприятий для повышения радиорезистентности человеческого организма. Устойчивость к ионизирующему излучению — необходимое условие для успешной космической колонизации, считают учёные.
Радиорезистентность — невосприимчивость клеток, тканей, органов или организмов к воздействию ионизирующего излучения. Известно, что многие живые организмы на Земле обладают поразительной радиорезистентностью. Например, бактерии Deinococcus radiodurans и тихоходки способны выдержать высочайшую дозу ионизирующего излучения около 5000 грей (5 млн рад), то есть 5 килоджоулей на килограмм массы, при этом дозы более 1000 грей делают тихоходок бесплодными. В то же время для человека летальной дозой считается всего 4?10 грей. Рекорд среди живых организмов принадлежит архее-экстремофилу Thermococcus gammatolerans, которую гарантированно можно убить только излучением более 30 000 грей.
Космическое излучение и микрогравитация — два основных фактора, влияющих на здоровье человека при нахождении в космосе за пределами защитного магнитного поля Земли. Эти факторы существенно ограничивают перспективы длительных космических полётов. При этом нужно признать, что необходимость защиты человеческого организма от пагубного воздействия космической радиации в значительной степени игнорируется. Например, Илон Маск запланировал начало марсианской колонизации на 2024 год, но так и не представил всеобъемлющей схемы защиты от излучения.
А ведь для полётов в дальний космос, включая полёт на Марс, радиационное облучение представляет собой одну из нескольких категорий неприемлемого риска, поскольку совокупные дозы, полученные астронавтами, наверняка значительно превысят пределы доз, установленных в рамках нынешней системы радиационной защиты NASA. В соответствии с парадигмой NASA, для путешествия на Марс устанавливается максимальное ограничение на риск смерти из-за воздействия радиации в пределах 3%. То есть из шести астронавтов с вероятностью 83% должны выжить пять (0,97^6), а из двенадцати с вероятностью 69% выживут одиннадцать (0,97^12). Это вполне приемлемый результат. Среди всех фатальных случаев, в основном, смерть наступит от злокачественных опухолей (рака), считают аналитики.
Чтобы добиться смертности в пределах нормы (3%) или ниже, необходимо внедрение дополнительных систем защиты, в том числе новых биотехнологических концепций, которые позволят решить эту проблему и дать возможность начать эпоху пилотируемых полётов в дальний космос.
Основными компонентами космического излучения являются солнечные протонные события (СПС) и галактическое космическое излучение (ГКИ). Очевидно, вклад СПС в общую дозу облучения астронавтов будет незначительным при длительных миссиях вдали от Земли и Солнца. Следовательно, основным типом излучения в воздействии на организм является ГКИ, состоящее в основном из высокоэнергетических частиц.
В принципе, ионизирующее излучение взаимодействует вдоль треков заряженных частиц с биологическими молекулами, такими как ДНК. Процесс в значительной степени стохастичен и может повредить ДНК через прямые взаимодействия (например, ионизацию и возбуждение) или через косвенные взаимодействия, такие как производство активных форм кислорода в результате радиолиза молекул воды.
По существующим оценкам, путешествие на Марс и обратно подвергнет астронавтов радиационным дозам 660 мЗв. Хотя существуют большие неопределённости в отношении оценок риска для здоровья (рака) от воздействия космического излучения, но одна лишь эта доза составляет более половины от общего предельного лимита облучения за всю карьеру астронавта НАСА, который установлен в 800-1200 мЗв. Очевидно, что в соответствии с действующими сейчас принципами радиопротекции более длительные миссии станут неприемлемы для людей с точки зрения риска возникновения рака.
В настоящее время Европейское космическое агентство (ESA) проводит интенсивные исследования возможности дальних космических полётов. Учитывая, что полет будет происходить в основном под управлением автоматических систем, где участие астронавтов практически не требуется, космический экипаж будет буквально в заключении в течение многих месяцев без какой-либо работы. Такие ситуации могут быть опасными, особенно для самих астронавтов. Поэтому ESA считает, что разумнее погрузить людей в анабиоз (гибернацию, то есть спячку). В настоящее время ESA приступило к реализации проекта Aurora, где рассматривает вариант гибернации экипажа. Учёные намерены задействовать биологические механизмы, которые позволят экипажу спать и тем самым снизить метаболизм организма до абсолютного минимума.
Стоит подчеркнуть, что идея возможной гибернации во время длительных космических полетов также была исследована в СССР в 1969 году, но, к сожалению, после смерти руководителя советской космической программы Сергея Королёва проект пилотируемой советской миссии на Марс был закрыт, а все работы, связанные с его реализацией, прекращены. Результаты этих исследований включали данные о гиперрезистентности к различным повреждающим факторам, включая летальные дозы ионизирующего излучения, долгосрочные смертельные перегрузки и гипобарическую гипоксию у мышей (см. книгу «Гипобиоз и криобиоз: прошлое, настоящее и будущее» Николая Николаевича Тимофеева, доктора медицинских наук, специалиста в области авиационной и космической медицины, руководителя лаборатории наноцитофизиологии Института нанотехнологий Международного фонда конверсии).
Есть теория, что радиорезистентность можно натренировать, предварительно облучая организм небольшими дозами ионизирующего излучения. Точно установлено, что радиорезистентность может задаваться генетически и передаваться по наследству по крайней мере у некоторых организмов. Существуют и медицинские препараты с радиопротекторными свойствами:
К сожалению, не доступен сервер mySQL