正在采取哪些措施来保护宇航员免受深空辐射?

一个巨大的日冕洞,比如 9 月 2 日星期五以太阳为中心的那个洞,会爆发出极强的质子流。 来自粒子的辐射对太空中的人类构成威胁,并引发强烈的太空天气事件,可能会破坏通信和其他技术。 图片来源:NASA/SDO

1982 年,作家詹姆斯·米切纳(James Michener)出版了他的长篇小说《太空》。 在其中,他描述了虚构的阿波罗 18 号登月任务。 当宇航员在地面上时,太阳会释放出巨大的风暴,将他们困在保护舱之外。 这两个人在到达安全地点之前就受到了致命的辐射量。

他们设法回到他们的着陆器,但病得很重,以至于他们无法飞回轨道月球指挥舱重新加入他们的第三位船员。 他们最终会坠落到地面并死亡。 听起来很可怕,像“太空”中的辐射事件对太空探索者构成了非常现实的挑战。 月球任务规划者想要避免的正是这种情况。 今天,他们正在研究减轻暴露的方法,如果宇航员确实受到了一定剂量的辐射,他们正在寻找治疗它们的医疗方法。

空间天气和辐射

太阳爆发每天都会通过太阳风向我们发送高能粒子。 它们会引起太空天气,从而干扰地球与许多太空任务(包括国际空间站)之间的通信系统。 它还可以严重破坏地球上的系统。 当太阳更加活跃时,太空天气(以及导致它的太阳风暴)会加剧,这段时期称为太阳最大值。

太阳风暴的范围可以从轻微的爆发到重大的太阳高能粒子事件,这对太空中的人类来说可能是致命的。 它们发生在富含质子的物质从太阳中爆发出来时,通常与大的太阳耀斑和日冕物质抛射 (CME) 有关。 粒子被耀斑和 CME 加速,这就是它们如此致命的原因。 对于太空中的宇航员来说,最好的保护是在他们的太空舱和栖息地的防护墙后面。 但是,如果事实证明执行任务的人会受到辐射,那么帮助宇航员康复的医疗程序就很重要了。

值得记住的是,至少有一个“close 与月球探险者和潜在的太阳活动通话”。1972 年,太阳风暴从地球和月球上空爆发。它们破坏了地球上的卫星通信和地面通信系统。幸运的是,尽管风暴发生了,但阿波罗任务没有受到影响在阿波罗 16 号和 17 号任务之间。如果它们在这些任务中爆发,对于宇航员来说情况会很糟糕,他们要么在去月球的路上或在表面上坐着鸭子。

Artemis 1 的辐射研究

幸运的是,有一项任务是研究地球以外的辐射环境:Artemis 1。在我们进入太阳活动最大值的这段时间里,这很重要。 当它飞行时,辐射和医学研究将成为该任务的主要焦点。 猎户座太空舱装有来自 NASA 和 ESA 的辐射监测器,以及专门的测试人体模型。 还有带有实验的立方体卫星(例如代表人类对辐射反应的转基因酵母)。 这些都是为了研究宇航员在登月途中将面临的辐射环境。

猎户座当然有辐射屏蔽,以保护人类和技术。 未来的飞船,例如 SpaceX 的载人着陆系统,将得到良好的防护,以保护宇航员在前往月球和返回计划中的月球门户的途中。 如果发生非常严重的风暴,宇航员可以躲在机载避难所中,直到安全为止。 这就是 2017 年 9 月太阳爆发特别猛烈的爆发时国际空间站工作人员所做的。


地球的斗篷:磁层。 它可以防止来自太阳的辐射。 信用:美国国家航空航天局

地球以外的辐射危害

然而,值得记住的是,国际空间站位于地球磁层的保护气泡内。 在猎户座或其他航天器的磁层外冒险的宇航员将处于危险之中。 在月球上生活和工作的人们也会如此。 “外面”没有这样的磁层保护。 在强烈的太阳风暴中,太空中的人们会很快受到致命的辐射量。

“离开磁层就像离开安全港并冒险进入开阔的海洋,”欧洲航天局太空天气部门协调员梅兰妮海尔说 Office. “宇航员在月球上的辐射暴露可能比空间站高一个数量级,比地球表面高几个数量级。未来的宇航员将面临来自太阳粒子事件的更高风险:我们研究磁层以外的辐射环境,并提高我们预测和准备太阳风暴的能力。”

就其本身而言,欧空局正在开展欧洲辐射传感器阵列(ERSA)项目。 这是一系列传感器,用于在未来载人月球网关空间站上进行实时辐射监测。 这个想法是从船员舱和栖息地的内部和外部进行测量,以了解辐射风险和泄漏。 还可以在诸如月球探路者之类的无人月球轨道器上安装辐射传感器。 另一种可能性是将传感器安装在未来的月球电信卫星上。

预测太阳活动

除了保护我们的宇航员和月球探险者之外,像阿尔忒弥斯那样探索地球和月球之间的辐射环境也很重要。 但是,我们需要更多关于太阳爆发本身的信息。 虽然天文学家对太阳活动了解很多,但我们仍然需要一个可靠的太阳风暴“预警系统”。 它可以帮助及时提醒宇航员和探月者采取安全措施。

这是世界各地空间气象研究人员的目标。 早期观察太阳盘上的活动区域是欧空局 2029 年守夜任务的主要目标。 它将对可能危及宇航员和探险家的潜在危险太空天气事件发出预警。 其他任务,如 SOHO、STEREO、太阳动力学天文台和帕克太阳探测器,提供了有关太阳活动的宝贵长期数据。