Планы по возвращению человека на Луну и отправке первых экспедиций к Марсу становятся все реальнее. Уже в следующем году NASA готовит пилотируемый облёт Луны, а спустя год — высадку двух астронавтов на её поверхность. В 2030-х годах на повестке — долгожданный полёт к Марсу. Однако на пути к этим амбициозным целям стоит невидимая, но крайне опасная преграда: космические лучи. За пределами магнитного поля Земли экипажи оказываются под постоянным обстрелом частиц, способных разрушать не только технику, но и живые клетки.
В ночном небе мы различаем звёзды, планеты и иногда — метеоры. Но космические лучи остаются вне поля зрения. Это поток частиц — протонов, ядер гелия, тяжёлых ионов и электронов, которые несутся к нам из глубин Галактики и от Солнца. Их энергия настолько велика, что они способны выбивать электроны из атомов и нарушать молекулярные структуры. Для человека это означает риск повреждения ДНК, белков и других жизненно важных компонентов клеток, что в перспективе может привести к развитию тяжёлых заболеваний, включая онкологию.
Границы защиты
Земля надёжно защищает нас от большей части этого потока благодаря магнитному полю и атмосфере. Но стоит выйти за пределы этой «крепости», как космические лучи становятся постоянной угрозой. В открытом космосе астронавты подвергаются воздействию частиц, которые могут не только проникать сквозь обшивку корабля, но и создавать вторичное излучение, усиливающее опасность.
Перед учёными стоит задача: понять, как именно космические лучи влияют на живые организмы, и найти способы минимизировать ущерб. Идеальный вариант — отправлять образцы тканей, органоидов или лабораторных животных непосредственно в космос. Но такие эксперименты крайне дороги и сложны в реализации. Поэтому чаще всего воздействие космического излучения моделируют на Земле с помощью ускорителей частиц. В США и Германии уже работают установки, позволяющие поочерёдно облучать образцы разными компонентами космических лучей. В Германии строится новый международный ускорительный комплекс, который сможет воспроизводить ещё более высокие энергии, характерные для настоящего космоса.
Ограничения экспериментов
Однако даже самые современные симуляторы не способны полностью воссоздать реальную картину. Обычно вся доза радиации, которую астронавт получил бы за месяцы полёта, подаётся за один сеанс. Это всё равно что изучать дождь, используя цунами. В реальности же космические лучи — это сложная смесь частиц, действующих одновременно. Учёные предлагают создать многолучевой ускоритель, который сможет генерировать сразу несколько потоков частиц с разными характеристиками. Такой проект пока существует только на бумаге.
Пока же приходится довольствоваться тем, что есть, и искать альтернативные пути защиты. Наиболее очевидный способ — физические экраны. Материалы, богатые водородом, например полиэтилен или гидрогели, способны замедлять заряженные частицы. Они уже используются или планируются к использованию в конструкции космических кораблей. Но эффективность таких экранов ограничена: особенно опасные галактические лучи легко проходят сквозь них, а иногда даже создают дополнительное излучение внутри корабля.
Биологические решения
Поэтому всё больше внимания уделяется биологическим стратегиям. Один из подходов — использование антиоксидантов, которые защищают ДНК от повреждений, вызванных радиацией. В экспериментах с мышами синтетический антиоксидант CDDO-EA позволил сохранить когнитивные функции у животных, подвергшихся облучению, на уровне контрольной группы. Мыши, получавшие препарат, справлялись с заданиями так же хорошо, как и не облучённые.
Другой путь — изучение организмов, обладающих уникальной устойчивостью к радиации. Например, во время спячки некоторые животные становятся менее чувствительными к излучению, хотя механизмы этого явления пока до конца не ясны. Есть данные, что искусственное введение животных в состояние, похожее на спячку, повышает их радиоустойчивость. Особый интерес вызывают тихоходки — микроскопические существа, способные выживать в экстремальных условиях, включая высокие дозы радиации. Хотя астронавтов нельзя ввести в спячку или обезвожить, изучение защитных механизмов этих организмов может помочь сохранить жизнеспособность других биологических объектов — например, микробов, семян или даже животных-компаньонов, которых планируется брать в долгие экспедиции.
Внутренние резервы
Третий подход связан с активацией собственных защитных систем организма. На Земле эволюция выработала у живых существ механизмы, позволяющие противостоять стрессам — голоду, жаре, радиации. Недавние исследования показывают, что определённые диеты или препараты могут запускать эти процессы и в условиях космоса, повышая устойчивость клеток к повреждениям.
Очевидно, что одних физических экранов недостаточно для полноценной защиты экипажей. Только сочетание биологических методов, новых экспериментов и строительство специализированных ускорительных комплексов приблизит человечество к безопасным межпланетным путешествиям. Пока же, по оценкам специалистов, до решения проблемы защиты от космических лучей остаются десятилетия. Увеличение инвестиций в исследования может ускорить этот процесс и приблизить момент, когда полёты за пределы Земли станут рутиной, а не подвигом.
Если Вы не знали, NASA (National Aeronautics and Space Administration) — ведущая космическая организация США, отвечающая за реализацию пилотируемых и автоматических миссий за пределы Земли. Программа Artemis направлена на возвращение человека на Луну и подготовку к экспедициям на Марс. В рамках этих проектов разрабатываются новые технологии защиты экипажей от радиации, а также ведутся международные исследования по биологической и физической защите в условиях глубокого космоса.
