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无法忍受的危险威胁着人类宇航员进入太空深处。其中一些像小行星一样,很明显,可以通过一些体面的激光雷达来避免。其他人不是。在太空辐射的顶部,太空辐射是美国宇航局现在准备保护探险者在将它们运送到火星时的一种方式。磁层以外的辐射环境不利于生命,这意味着在没有保护的情况下将宇航员送到那里等同于将它们送到厄运之中。
虽然我们已经将宇航员送入太空超过半个世纪,但绝大多数这些任务仅限于进入低地球轨道 - 海拔高度在99到1200英里之间。地球的磁场 - 延伸数千英里进入太空 - 保护地球免受高能太阳粒子每小时行驶超过一百万英里的撞击。
空间辐射有三大来源,它们都带来一定的风险,无法始终预测或防范。第一个是被困辐射。一些粒子不会被地球的磁场偏转。相反,它们被困在地球周围的两个大磁环之一中,并作为范艾伦辐射带的一部分聚集在一起。在阿波罗任务期间,美国宇航局只需要与范阿伦腰带抗争。
第二个来源是银河宇宙辐射,即GCR,它来自太阳系外部。这些电离原子基本上以光速传播,尽管地球的磁场也能够保护地球和低地球轨道上的物体不受GCR影响。
最后一个来源是太阳粒子事件,它是由太阳产生的大量注入高能粒子。通常由太阳发射的太阳风(需要大约一天才能到达地球)和这些在10分钟内撞击我们的高强度事件之间存在区别。除了为宇航员产生潜在致命的辐射量之外,SPE有时会非常难以预测,因此NASA科学家和工程师很难制定针对它们的保护措施。
美国国家航空航天局以雇主为员工确定可接受风险的方式检查太空辐射 - 他们不会让宇航员面临患癌症的职业风险超过一定的门槛。为了开展这项评估,美国国家航空航天局研究了一系列不同的因素,从机组人员将去哪里,到太阳将会有多远,太阳周期在那段时间看起来像是什么样的船并屏蔽他们'重新开始工作。一组生物学家研究了任何特定旅行可能产生的生理影响,并使用计算机模型来吐出职业风险评估。
对于NASA而言,可接受的风险意味着终身癌症的终生风险超过3%。
但减轻癌症风险并不是唯一的问题。最常见的问题是恶心 - 如果你在附近有挎包的宇宙飞船中并没有那么糟糕,但是如果你在太空行走中而且你所拥有的只是一件太空服来捕捉你的呕吐物,那就太危险了。一个人的免疫系统也可能会受到几天或几周的打击,并且在一切死亡中捕获感染是没有bueno。
现在,我们用于保护宇航员免受太空辐射影响的最大问题 - 特别是GCR--是材料屏蔽。这种方法效果很好,但我们不知道在受火星束缚的船上需要多厚的屏蔽。太厚了,让船驶入太空成本过高,更不用说进入平流层了。太瘦了,船员也受苦了。实际上,薄屏蔽实际上可能导致二次辐射量增加。这就是为什么铝一直是选择的材料 - 它足够坚固,可以将宇宙射线粒子分开,但光线足以使航天器高效地运行。
但美国国家航空航天局已经将宇航员送上月球并返回 - 通过范艾伦腰带,并没有 - 并且没有人死亡。这是不是意味着我们已经找到了整个宇宙射线的东西?
不完全的。太空辐射的影响取决于暴露 - 你在太空中离开的时间越长,你就越有风险。阿波罗任务大约需要三天才能到达月球。工作人员 阿波罗11号 升空八天后回到家。火星任务的时间范围是 年份 。 “有两种不同类型的火星任务,”罗马琳达大学研究员,专门研究太空辐射的生理影响的格雷戈里·尼尔森说。 “其中一个会更快到达那里,所以你可以在火星表面停留更长时间。我认为这是500天,你很快就会回来。在另一个版本中,你已经走了900天了。“尼尔森说,去火星的工作人员可能会接触到大约一个灰色辐射 - 超过正常年份地球辐射暴露量的277倍。
在此时间范围内,患上癌症或暴露于致命量辐射的风险呈指数增长。简单的铝屏蔽不会削减它。然而,科学家们正在研究和测试一些可能有用的新兴技术。
一个是称为“主动屏蔽”的概念,其中您通过超导磁体创建人造磁场。不幸的是,正如尼尔森所说,这些技术需要太多的力量。他说:“你必须驾驶其他重型航天器和电力供应才能使其发挥作用。”有些科学家正在研究产生较小的田地以保护个人或地面车辆。但根据尼尔森的说法,主动屏蔽是“未经证实的”。
“这个问题,”他说,“是粒子同时向各个方向传播,所以不像把手伸出来阻挡你对太阳的看法就足够了。”
另一个想法是实际干预生物水平本身。目前正在研究和测试的一个想法是使用大量浓度的抗氧化剂,这些抗氧化剂可能在太阳事件发生后进行。尼尔森引用了关于利用维生素E化合物或蓝莓,草莓或红葡萄酒中的营养素的研究。国家空间生物医学研究所的副首席科学家Dorit Donoviel正在研究类似的事情,通过对晚期癌症患者的临床试验,确定可能通过特定辐射事件预防局部肿瘤形成的潜在化合物。
不幸的是,大多数这些研究都依赖于小鼠模型或人类,他们不代表几乎所有宇航员的健康,健康的体格。总体而言,尼尔森认为这些方法效率低,因为在宇宙辐射中发现了大量的带电粒子。生物干预会产生可怕的副作用这一点更加复杂 - 而且你想要让宇航员不得不每周向他们的身体注射一些可怕的东西。
纳尔逊和多诺维尔都重申,目前,美国宇航局无法将人送到火星,并且仍然可以自信地坚持在以后的生命中患上3%的癌症风险。这当然并不意味着研究将停止 - 但如果该机构打算在2030年代末期将靴子放在红色星球上,那么他们还有很多工作要做,以解决太空辐射难题。