Освоение Луны




Вторник
12.12.2017
22:30
Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0

Приветствуем Вас Гость
RSS
ГлавнаяРегистрацияВход
Разделы новостей
Вселенная
Модели и космология
Млечный путь
Новости из глубокого космоса
Межпланетные новости
Пороги новой космической эры
Космическая гонка
Ведущие космические державы заявляют о своих планах
Лунные программы
Анонсирование программ по освоению Луны
Земная орбита
Космические отели и гигантская свалка
Идеи и люди
Открытия и сегодняшняя реальность
Публичные расследования
Контроль за организациями, связанными с Космосом
На Земле
Главные события на родной планете
Online фильмы
Фантастика и документальные фильмы о Космосе и Земле
Форма входа

Календарь новостей
«  Март 2013  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
    123
45678910
11121314151617
18192021222324
25262728293031
Итоги исследований
Наш опрос
Какую роль при освоении Луны будет играть женщина?
Всего ответов: 144
Поиск
Карта города Alliga Ter



Реклама:
Статистика
Рассылки Subscribe.Ru
Освоение космоса


Человек: перспективы и ресурсы - управление нервной системой
2007 © В Рунете ресурс входит
TOП-50 научные общества
TOП-50 наука, психология


Главная » 2013 » Март » 25 » Дозы радиации в окололунном пространстве. Солнечные протонные события по GOES
Дозы радиации в окололунном пространстве. Солнечные протонные события по GOES
14:26
Дозы радиации в околунном пространствеПри освоении Луны важное значение имеет определение доз радиации, которые получает человек в окололунном пространстве, способы защиты от солнечной радиации и периоды окон для полета к Луне.

На околоземной орбите космонавты находятся под защитой магнитосферы Земли, которая запутывает внешние заряженные частицы в магнитном поле и отводит на полюса Земли. В результате стока частиц жители приполярных регионов Земли наблюдают авроральное (северное) сияние. В окололунном пространстве или на поверхности Луны весь поток солнечного ветра принимает корпус космического аппарата или лунного модуля.

Потоки протонов значительно возрастают во время солнечно-протонных событий. Высокоэнергетическая часть протонов прошивает корпус, как световые кванты обычное стекло, и вызывает повышенную радиацию внутри жилого отсека. Плотность потока электронов в солнечном ветре меняется на два-три порядка порой в течении одной только недели. При столкновении с обшивкой корабля или лунного модуля электроны останавливаются и рождают жесткое рентгеновское излучение, которое имеет огромную проникающую способность (толщина защиты 2,73 см алюминия уменьшит дозы радиации только в два раза).

Проект Европейского космического агенства - 3-D печать из реголита лунных поселений с помощью роботов.
Идея колонизации Луны окружена тайнами и загадками. И когда снимется эта завеса таинственности, пока неизвестно. Однозначно можно сказать только одно. Луна может предоставить человечеству огромный объем новых знаний. Исследование Луны — значащая глава для человечества и нашего спутника. И лунные базы вполне могут решить эту проблему. Остаётся только ждать, когда одно из государств решится на столь интригующий шаг. Тогда уже можно будет точно сказать, что колонизация Луны начата!

В настоящей работе рассмотрены данные солнечно-протононых событий, потоков солнечного ветра за 17 лет и рентгеновского излучения спутников GOES - ACE, определяются основные факторы радиационного риска в окололунном пространстве, радиационные требования к лунному скафандру и окна для безопасных пилотируемых полетов к Луне.


СОДЕРЖАНИЕ
  • Данные спутника GOES за 30 лет
  • Список протонных солнечных событий с 1996 по 2013 год
  • Дозы радиации от солнечных протонных событий для разных значений защиты модуля в окололунном пространстве
  • Радиационные требования к лунным поселениям
  • Данные спутника ACE с 1996 по 2013 год
  • Дозы радиации от солнечного ветра для разных значений защиты модуля в окололунном пространстве
  • Американские ученые о радиационном риске рентгеновского излучения от Солнца
  • Данные рентгеновского излучения Солнца по GOES с 2012 по 2013 год
  • Данные рентгеновского излучения Солнца по GOES за 30 лет
  • Дозы радиации от рентгеновского излучения в окололунном пространстве
  • Радиационные требования к лунному скафандру
  • Галактические космические лучи
  • Окна для безопасного освоения Луны



Данные спутника GOES за 30 лет

Спутники GOES выводятся на геостационарную орбиту (35 тыс. км или ~5,6 RE) с космодрома на мысе Канаверал (США) с 1975 года по настоящее время для обеспечения прогнозирования погоды, отслеживания метеорологических исследований и данных об окружающей околоземной среде.

На рис. 1 представлены данные GOES для 100 Мэв протонов за 17 лет [1].


Рис. 1.
Нелинейная шкала слева – флюенс протонов с энергией >100 Мэв с 1996 по 2013 год по данным спутника GOES. Нелинейная шкала справа – эквивалентная доза радиации в единицах Зв за сутки, которые получает астронавт при толщина внешней защиты 7,5 г/см2 в окололунном пространстве. Горизонтальные линии отмечают уровни для сравнения: жёлтая – доза при единичной рентгенографии грудной клетки, оранжевая – доза при томографии позвонков, алая - порог радиационных заболеваний, красная - смертельная доза для человека.Жми, чтобы увеличить.

Рис. 1 показывает, что наряду со средним фоном протонов около 4·103 (частиц/см2сутки1ср1) существуют пики флюенса протонов, когда их плотность потока увеличивается на несколько порядков. Это солнечно-протонные события или корональные выбросы протонов (электронов) с Солнца в направлении Земли. Излучение имеет высокую опасность для человека.


Рис. 2. Флюенс протонов с 1983 по 2013 год по данным спутника GOES. Обозначение P=3 (>10 МэВ), P=5 (>50 МэВ), P=7 (>100 МэВ)Жми, чтобы увеличить.

На рис. 2 приведены данные за тридцать лет для протонов с энергией 10 МэВ, 50 МэВ и 100 МэВ [2].


Список протонных солнечных событий с 1996 по 2013 год

Табл. 1. Список протонных солнечных событий с 1996 по 2013 год

YYYY MM DD

Proton/cm2day1ster1

1997 11 06

1997 11 07

1998 04 21

1998 05 02

1998 08 25

1998 11 14

2000 07 14

2000 07 15

2000 11 09

2000 11 10

2001 04 03

2001 04 15

2001 04 16

2001 04 18

2001 08 16

2001 09 24

2001 09 25

2001 09 26

2001 11 04

2001 11 05

2001 11 06

2001 11 23

2001 11 24

2001 12 26

2002 04 21

2002 04 22

2002 08 24

2003 10 28

2003 10 29

2003 10 30

2003 11 02

2003 11 03

2005 01 17

2005 01 18

2005 01 20

2005 01 21

2005 09 08

2005 09 09

2005 09 10

2006 12 07

2006 12 08

2006 12 13

2011 06 07

2012 01 27

2012 01 28

2012 03 07

2012 03 08

2012 03 09

2012 03 10

2012 05 17

1,40E+06

6,30E+05

2,70E+05

1,50E+05

1,30E+05

1,40E+05

1,10E+07

4,70E+06

1,30E+07

4,20E+05

2,10E+05

2,20E+06

3,20E+05

4,30E+05

6,00E+05

2,90E+05

1,80E+06

2,60E+05

1,10E+06

3,60E+06

3,30E+06

2,00E+05

1,60E+05

6,20E+05

1,20E+06

2,90E+05

4,00E+05

5,20E+06

4,20E+06

2,60E+06

5,00E+05

2,20E+05

6,70E+05

3,80E+05

6,10E+06

3,50E+05

2,60E+05

5,00E+05

4,30E+05

9,80E+05

3,10E+05

1,80E+06

1,50E+05

1,60E+05

2,80E+05

2,20E+06

2,50E+06

5,90E+05

1,10E+05

3,20E+05


Высокая плотность корональных выбросов протонов в определенный период связана с периодичностью солнечной активности. 2000-2003 года соответствуют пику 22-летнего периода солнечной активности, 2011-2013 года - максимуму 11-летнего периода солнечной активности.




Дозы радиации от солнечных протонных событий для разных значений защиты модуля в окололунном пространстве

Для расчета дозы радиации от глубины органов человека и защиты лунного модуля воспользуемся формулой поглощенной и эквивалентной дозы радиации [3], которая для одного вида излучения за единицу времени упростится:

D=0,033·n·E·exp(-Lz/Lzr - Lp/Lpr), Гр/сек,
Н=w·D, Зв/сек,

где n - плотность потока излучения (частиц/м2с1); E - энергия частиц излучения (Дж); Lz - толщина защиты (г/см2); Lzr - длина пробега частицы с энергией Er в защищающем материале z (г/см2); Lp - глубина внутренних органов человека (г/см2); Lpr - длина пробега частицы с энергией E в биологической ткани (г/см2), w=5 - коэффициент качества излучения. Данная формула даёт нижний предел дозы радиации с точностью не ниже 50%.
Множитель 0,033 перед знаком суммирования имеет размерность м2/кг и представляет собой обратное значение средней эффективной толщины биологической защиты человека в окололунном пространстве. Грубо, данный множитель равен площади поверхности биологического объекта, деленная на его массу (2 м2 / 60 кг).
Длины пробегов частицы (г/см2) с энергией E в защищающем и орг. материале берут из ГОСТ РД 50-25645.206-84.

Эквивалентная доза радиации линейно зависит от плотности потока протонов. Для 107 частиц/см2сутки1ср1 и энергии протонов 100 Мэв

Н=3,35·exp(-Lz/Lzr - Lp/Lpr), Зв/сутки,

На рис. 1 справа отмечена ось эквивалентной дозы радиации для экипажа при толщине защиты космического аппарата 7,5 г/см2. В целом, мы получаем примерно одно мощное протонное солнечное событие за год во время максимума солнечной активности, которое опасно для жизни человека. И имеем одно событие в месяц, которые вызывают радиационные заболевания человека. За 22-летний период солнечной активности опасный период составляет 60 суток или 1/134 часть. Защитой от радиационного ливня является укрытие толщиной не менее 40 г/см2, что соответствует толщине лунного реголита около 0,5 метров.
Очевидно, годы минимума солнечной активности являются наиболее безопасными для полетов человека к Луне.





Радиационные требования к лунным поселениям и радиационный риск


В таблице 2 приведены поглощенные и эквивалентные дозы радиации для разных значений защиты модуля на поверхности Луны или космического аппарата в окололунном пространстве.

Табл. 2. Поглощенная и эквивалентные дозы радиации
для разных значений защиты модуля на поверхности Луны
или космического аппарата в окололунном пространстве*.
Защита лунного модуля, г/см2
(эквивалент)
Поглощенная (мГр)
и эквивалентная
(мЗв) доза радиации
кожаорганы на глубине 1 сморганы на глубине 10 смпримечание
0,25
(скафандр)
654 / 3268573 / 2867177 / 883Радиационные заболевания почти у всех людей, ~20% с летальным исходом. 100% ожог кожи. У оставшихся в живых катаракта и постоянная стерильность семенника.
1,5
(лунный модуль Apollo)
577 / 2885506 / 2530156 / 779Радиационные заболевания у ~50% облучённых людей. Рак кожи и легких.
7,5
(командный модуль Apollo)
316 / 1580277 / 138685 / 427Радиационные заболевания у ~25% облучённых людей. Увеличение в 10 раз риска лейкоза и смертность от рака.
15
(орбитальная станция "МКС")
149 / 745131 / 65440/ 201Радиационные заболевания из 5-10% облучённых людей. Рвота, временные угнетение кроветворения и олигоспермия, изменения в щитовидной железе. Смертность до 17 лет у потомков родителей.
20
(около 0,2 м реголита)
90 / 45179 / 39624 / 122Очень серьезная опасность для человека по МАГАТЭ. Умеренные изменения в крови. Умственная отсталость у потомков родителей.
40
(толщина топлива в баках КА; около 0,5 м реголита)
12,1 / 60,810,7 / 53,343,3 / 16,43Большая опасность для человека по МАГАТЭ. Влияние на нервную систему и психику. На 5% повышение риска заболевания лейкозом крови.
60
(толщина топлива в баках КА; около 0,7 м реголита)
1,64 / 8,191,44 / 7,180,44 / 2,21Нормальная ситуация для человека по МАГАТЭ.
80
(около 1 м реголита)
0,22 / 1,100,194 / 0,970,06 / 0,30 
100
(около 1,2 м реголита)
0,03 / 0,150,026 / 0,130,008 / 0,04Низкая опасность для человека по МАГАТЭ или естественный природный фон. 0,2 мЗв соответствует единичной рентгенографии грудной клетки человека.
*Прим. - Данная таблица составлена для флюенса 107 частиц/см2сутки1ср1. Для других значений протонных солнечных событий умножают на значение флюенса потока протонов относительно 107 частиц/см2сутки1ср1. Для 9 ноября 2001 года умножают на 1,3. Для 10 ноября 2001 года умножают на 0,42. Для 8 марта 2012 года умножают на 0,25.

Указанные значения дозы радиации близкие к данным НАСА [4]. Для толщины защиты 20 г/см2, настоящий расчет для поглощенной дозы кожи составляет 90,3 мГр, по расчетам НАСА доза радиации для кожи - 87,8 мГр. Отличие составляет меньше 3%. Такое совпадение объясняется тем, что при данной толщине защиты в спектре потока протонов основной вклад вносят 100 Мэв протоны. Большое разногласие настоящего расчета от расчета НАСА заключается в эквивалентной дозе радиации, соответственно,  451 и 144 мЗв, и связано с разной оценкой опасности (качества) излучения. В настоящем расчете принимается w=5, по НАСА  w=1,6. Важно отметить, что после прохождения 20  г/см2, например, в алюминии, поток протонов упадет в несколько раз, энергия потока протонов снизится с 100 Мэв до среднего квадратичного 10 Мэв и облучает экипаж. Для 10 Мэв коэффициент качества экспериментально определен, как 5-10 [3]. Столь низкий коэффициент качества по НАСА противоречит экспериментальным данным. В том же отчете НАСА [4] коэффициент качества излучения галактических космических лучей с энергией 100-500 Mэв для экипажей орбитальных станций принимает значение 3,1-5,2.

При меньшем значении толщины защиты значение доз радиации настоящих расчетов занижено по отношению к расчетами НАСА, что связано с необходимостью учета спектра  потоков протонов - 80, 60, 40, 10 Мэв, особенно, для скафандра (дозы увеличивают в 1,5-2 раза от указанных в таблице).




В научном архиве солнечно-протонных событий отмечены события 4 августа 1972 года и 12 ноября 1960 года, которые близкие к протонному солнечному событию 9 ноября 2001 года [5]. Спорным является событие 23 февраля 1956 года, которое было на на порядок выше протонного солнечного события 9 ноября 2001 года.
Если его принять, как действительное, тогда эквивалентную дозу радиации умножают на ~10, соответственно. Для экипажа командного модуля Аполлонов дозы радиации составят более 15,8 Зв.

При таких потоках радиационного излучения без ущерба для здоровья человека и его потомков защищает 80 г/см2 или эквивалент толщиной 1 м реголита.


Лунная база по советской программе 60-ых годов прошлого века, защищающая от губительного радиационного излучения.



По проекту Европейского космического агентства лунная база состоит из четырёх жилых модулей, из них центральный и верхний левый модули уже закончены, а ещё два находятся в последней стадии строительства. Жилые модули соединены тоннелями, на каждом из них есть по четыре люка-иллюминатора. Примерный размер базы можно оценить в сравнении с астронавтом, который стоит рядом с центральным модулем.

Благодаря спутнику ACE протонные солнечные события можно предупредить за 50 секунд. За это время лунные поселенцы могут спуститься с приповерхностных регионов в подлунные помещения и укрыться от повышенной дозы радиации, а космические аппараты в окололунном пространстве способны развернуть корабль кормой с топливными баками к приближающемуся фронту высокоэнергетичных протонов.


Литература и ссылки:

  1. Daily Particle Data, GOES Proton Fluence, DPD.txt
  2. Space Weather Events. sxi.ngdc.noaa.gov/sxi_greatest.html
  3. Формула расчета эквивалентной дозы радиации и её тестирование. 2010.
  4. Space Radiation Cancer Risk Projections and Uncertainties – 2010. NASA/TP-2011-216155.
  5. Солнечные протонные события на фазе спада протонного цикла солнечной активности. Переяслова Н.К., Назарова М.Н.. Институт прикладной геофизики имени академика Е.К.Федорова Росгидромета. Москва. УДК 523.165.


Категория: Публичные расследования | Просмотров: 4531 | Добавил: ligaspace | Рейтинг: 4.5/4 |
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]

 


Последние новости:





Прочитайте пожелания про защиту прав интеллектуальной собственности