Je to 50 let, co lidská noha naposledy vkročila na jiné nebeské těleso. Lidstvo je nyní uvězněno v mezích oběžné dráhy Země. Proč jsme neletěli na Mars nebo se alespoň nevrátili na Měsíc?
Nejde jen o finanční problém, ale také o omezení lidského těla, která jsme se zatím nenaučili překonávat. Jedním z těchto omezení je záření.
Existují dva typy záření, které ovlivňují lidi ve vesmíru:
- Sluneční záření. Je snazší se proti němu chránit, ale je méně předvídatelné. Sluneční erupce mohou dramaticky zvýšit dávku záření. Takové erupce se vyskytují v průměru jednou za 11 let, ale nelze je předvídat. Člověk, který se v takovém okamžiku ocitne na povrchu Měsíce, riskuje, že na místě zemře.
- Galaktické záření. Je stabilnější, ale má velmi negativní vliv na nervový systém. Navíc je obtížnější se proti němu chránit.
Na nízké oběžné dráze Země, kde se nachází ISS, je jediným nebezpečím sluneční záření, protože magnetické pole Země blokuje galaktické záření. Pokud astronaut může na ISS strávit celkem asi 4 roky, aby dosáhl radiačního standardu, kterého pracovníci jaderných elektráren dosahují za 50 let, pak na Měsíci – až 60 dní (s přihlédnutím ke galaktickému záření a dalším faktorům, které negativně ovlivňují zdraví).
Jaké jsou způsoby ochrany lidí před radiací ve vesmíru?
Rychlejší lodě
Při současné úrovni technologií může astronaut letět na Mars a zpět jednou za celou svou kariéru, aby splnil radiační normu. Rudé planety se lze dostat za 8-9 měsíců při rychlosti lodi 65 000 km/h. Jaderné raketové motory (NRE) nebo elektrické motory na jadernou energii (NEPE) by mohly cestu zkrátit na jeden a půl až dva měsíce, ale jejich vývoj vyžaduje stabilní dlouhodobé financování a výsledky podléhají vážným požadavkům na environmentální bezpečnost.
Co se v tomto směru nyní dělá? NASA vyvíjela jaderné raketové motory a jaderné pohonné systémy již v 1960. letech 2018. století, ale vrátila se k nim až po roce 2010. V Rusku začaly práce na projektu jaderného pohonného systému o výkonu megawattů již v roce 2025, ale prototypy se očekávají až do roku 2017. Čínský plán rozvoje vesmíru na období 2045–XNUMX zahrnuje vytvoření lodi s jaderným raketovým motorem.
Co tomu brání? Vytvoření NRE a NPPP vyžaduje nejen financování, ale také překonání technologických bariér. V případě NRE je to neschopnost materiálů odolat velmi vysoké teplotě reaktoru. Řešením by mohl být karbonitrid hafnia s bodem tání 4200 °C, objevený v roce 2019. Pro NPPP je bariérou problém skladování vodíku během letu. Společnost ArianeGroup vyvinula dvě technologie pro skladování vodíku ve zkapalněném stavu, které budou testovány během startu rakety Ariane 6 v roce 2022.
Ochrana lodí
Existují dvě možnosti ochrany lodi před kosmickým zářením: 1) použití tradičních materiálů, ale zvětšení tloušťky pláště; 2) použití účinnějších ochranných materiálů.
Voda a plasty poskytují dobrou ochranu před kosmickým zářením. Plášť může být vyroben z 5 cm silného plastu a samotná loď může být vyrobena z hliníku, který sám o sobě před zářením dobře nechrání. NASA se domnívá, že plast nepřipadá v úvahu, protože je těžký a zvýší hmotnost lodi, a tím i náklady na start. Prostor v plášti, kterým bude cirkulovat voda, je také možností, ale samotná posádka ho potřebuje a její zásoby je třeba nějak doplňovat.
Použití účinnějších ochranných materiálů může snížit hmotnost a náklady kosmické lodi, ale nalezení a testování takových materiálů vyžaduje čas. Materiály s dobrými vlastnostmi radiační ochrany často nejsou vhodné pro použití v kosmických lodích.
Co se v tomto směru nyní dělá? NASA vyvíjí materiál, který splňuje tato kritéria, nanotrubice z nitridu boru (BNNT), které jsou lehké a lze je začlenit do potahů kosmických lodí a materiálu skafandrů, ale projekt je stále ve fázi výzkumu a testování.
Co tomu brání? Výroba BNNT je drahá (kolem 1000 20 dolarů za gram). Vědci však doufají, že cena klesne, jakmile se BNNT začnou hromadně vyrábět. To se stalo s poklesem ceny uhlíkových nanotrubic, jejichž cena za 1000 let klesla z 10 20 dolarů na XNUMX–XNUMX dolarů za gram.
Kyborgizace a bioinženýrství
V kosmických misích je nejslabším článkem člověk. Vliv těžkých nabitých částic galaktického záření na lidské tělo nebyl dosud příliš dobře prozkoumán. Vjačeslav Šuršakov, vedoucí oddělení radiační bezpečnosti kosmonautů v Ústavu lékařských a biologických problémů Ruské akademie věd, říká: „Je možné, že radiace u kosmonauta způsobí ztrátu paměti, abnormální behaviorální reakce, agresi. A je velmi pravděpodobné, že tyto účinky nebudou vázány na konkrétní dávku.“
Co se v tomto směru nyní dělá? Již dlouho se objevují návrhy na výměnu očních čoček kosmonautů za umělé, aby se zabránilo poškození šedého zákalu v důsledku radiace, odstranění sleziny nebo preventivní ochrana mozku, které trpí mezi prvními. Pokud se druhý návrh jeví jako pochybný, pak první a třetí mají potenciál k realizaci.
Co tomu brání? Zatímco ohledně implantace umělých čoček neexistují žádné otázky – jedná se o známou a zavedenou technologii – ohledně ochrany mozku před zářením je zcela nejasné. Předpokládá se, že velkým problémem je vysoké riziko vzniku Alzheimerovy choroby, která obvykle postihuje hipokampus. Bylo by možné hipokampus odstranit, ale to by vedlo k neschopnosti tvořit si dlouhodobou paměť. Článek Emily Mankinové a Itzhaka Frieda popisuje, jak může hluboká mozková stimulace (DBS) zlepšit fungování hipokampu u pacientů s epilepsií a Alzheimerovou chorobou. Možná se odpověď skrývá v této oblasti, ale je třeba vyřešit etické otázky související se zasahováním do fungování lidského mozku.
Další hranicí je genetické inženýrství, ale není to rychlý proces. Pokud chceme skutečně změnit lidský genom, bude to trvat možná tři generace výzkumu, abychom se ujistili, že nic nezlomíme.
Hibernace
Hibernace je uměle vytvořený stav zpomalené životně důležité aktivity u teplokrevných živočichů, včetně lidí, díky kterému tělo získává větší odolnost vůči nedostatku kyslíku, zraněním a dalším nepříznivým účinkům, včetně záření. Koncem 1980. let XNUMX. století bylo zjištěno, že živé organismy nasycené inertními plyny za podmínek nízké teploty a vysokého tlaku upadají do stavu hibernace. Nejúčinnějším plynem pro tyto účely je xenon.
Co se v tomto směru nyní dělá? Vědcům z Laboratoře kryokonzervace a hypobiózy (společný projekt IBC RAS a Nadace pro pokročilý výzkum) se podařilo uvést krysy do stavu hibernace na sedm dní. Odborníci se domnívají, že použití xenonu může skutečně přinést dobrý výsledek bez nežádoucích vedlejších účinků. Projekt vývoje léku pro uvedení krys a králíků do stavu hibernace trval 40 měsíců. Dalším cílem je vyvinout lék pro lidi.
Co tomu brání? Nejprve budou muset léky po vytvoření projít řadou předklinických testů toxicity a mutagenity. Kromě testování na zvířatech bude nutné provést i testy na dobrovolnících, což bude trvat 3–5 let. Matteo Cerri, fyziolog z Boloňské univerzity, se domnívá, že takový lék lze vyvinout za 10 let s vysokou vědeckou kvalifikací a stabilní finanční podporou.
Za druhé, cena xenonu, který je nezbytný k poskytnutí anestezie osobě po dobu 2 hodin, je asi 300 dolarů. V budoucnu vývoj metody extrakce xenonu z odpadního anestetického plynu jeho extrakci zlevní.
Sečteno a podtrženo: Řešení problému s radiací musí být v konečném důsledku komplexní. A úspěch v této oblasti závisí nejen na nápadech a inovacích, ale také na stabilní finanční podpoře výzkumu a vývoje.
- kosmické záření
- prostor
- technologie
