Текст книги "Приоритет отечественной науки по влиянию солнечных вспышек в полетах на Луну и Марс"

Лунный скафандр и радиация на Луне

Самой необходимой функции защиты от жесткого излучения в космосе американский скафандр A7L [17] не имел! Ведь материалами, предохраняющими от излучения, могли стать либо свинец толщиной в несколько десятков сантиметров, либо солидный слой воды. Но этот вес не может быть использован в скафандрах в принципе: в нем нельзя будет ходить и нагибаться, производить какие-либо действия.

В 60-е на Луну собирались отправить и советских космонавтов. В советских космических скафандрах тех лет существовала металлическая защита от жесткого излучения. Лунный скафандр «Кречет 94» состоял из слоя алюминиевые сплава толщиной в 1.2 мм. Эта защита препятствовала проникновению гамма-лучей к телу, ослабляя уровень радиации во много раз! Советский скафандр был приспособлен и для уталения жажды, и удаления урины, не снимая скафандра. И это уже в конце 60-х гг. прошлого столетия!

Подсчет для «Кречета». 1.2 мм алюминия = 0,12 см. Плотность 2,7 г/см³, толщина 0,12х 2,7 = 0,324 г/см²

Для американского меньше – от 0,1 до 0,25 г/см²

0,25 г/см² соответствует толщине алюминию 0,95 мм

Рис. 52

Рис. 52. Лунный скафандр Кречет 94 в музее космонавтики. Фото из открытого источника

На снимке на рис. 52 скафандр без внешней оболочки, и каркас хорошо виден.

Для снижения потока гамма-лучей в два раза надо 43 миллиметра алюминия. Свинцовая защита того-же уровня в пересчёте на квадратные метры полегче будет. Да даже и стальная, это, не говоря о вольфраме и обеднённом уране.

Более того, в СССР для высадки на Луна разрабатывался мягкий скафандр «Орёл». Но предпочтение было отдано полужёсткому «Кречету». В него удобнее залезать и на нём проще размещать системы управления.

Что касается радиации, то данные по ней впервые были получены от АМС Луна-9 ещё в 1966 году. Фоновый уровень радиации там в 200 раз больше, чем на Земле. На борту МКС этот показатель всего в двое меньше, а там месяцами летают.

На самом деле проникающее излучение одним гамма-диапазоном не исчерпывается. Солнце ещё и в рентгеновском излучает. А вот тут все несколько интереснее. Алюминиевый каркас Кречета почти полностью блокирует мягкое рентгеновское излучение, которого больше. Алюминиевый корпус лунного модуля полностью. А вот мягкий скафандр – нет. Не всё, но пропускает. Проблема только в том, что в американском скафандре A7L для набора опасной для здоровья дозы радиации надо ходить по поверхности Луны четверо суток. И при высокой солнечной активности, которая есть не всегда.

Только убежище на Луне или жилой отсек на орбитальной станции может спасти космонавтов от губительного воздействия радиации такой вспышки.

Если бы на Солнце произошла такая же грандиозная вспышка, как это было в августе 1972 г., то космонавты, находящиеся в это время в открытом космосе или на поверхности Луны, могли бы получить летальные дозы радиации. Защита современной орбитальной станции и будущих жилищ-убежищ на Луне значительно снижает риск радиационных облучений даже от таких мощных вспышек

Характерной особенностью рентгеновского излучения является очень короткая длина волны, что позволяет этому виду электромагнитных волн нести большую энергию и придает ему высокую проникающую способность. В отличие от света, рентгеновские лучи способны проникать сквозь тело человека («просвечивать его») [67]. Во время прохождения через организм человека рентгеновские лучи «разбивают» сложные молекулы и атомы ДНК человека на заряженные частицы и активные молекулы. В отличие от протонного ливня и солнечного ветра, опасность которых можно предупредить за час, рентгеновское излучение распространяется со скоростью света. Заблаговременно предупредить об их «приближении» физически невозможно. По этой причине рентгеновские лучи могут представлять собой неожиданную и серьезную угрозу для человека на Луне. Как и в случае других видов радиации, опасным считается только рентгеновское излучение определенной интенсивности, которое воздействует на организм человека в течение достаточно долгого промежутка времени.

Американские ученые о радиационном риске рентгеновского излучения от Солнца [67]. Дэвид Смит (David Smith) из лаборатории лунных и планетных исследований в г. Таксон, штат Аризона, и Джон Скало (John Scalo) из техасского университета в г. Остин провели исследование по радиационному риску рентгеновского излучения. Проведенные учеными расчеты показали, что астронавт в околоземном или окололунном космическом пространстве в современном скафандре за 100 часов с вероятностью 10% получит опасную для здоровья и жизни дозу радиации. Пороговый уровень поглощенной дозы ионизирующего излучения был определен в 0,1 Грэй (10 рад). При дозе в 0,1 Грэй возможны внутренние кровоизлияния, растет риск развития злокачественных новообразований. Поглощенная доз радиации от массовой защиты полимера (представляющая защиту текущих скафандров) для рентгеновской вспышки 10³¹ эрг в зависимости от спектрального индекса. Доза радиации чувствительная к массовой защите и спектральному индексу вспышки. Для снижения дозы рентгеновского излучения до уровня ниже наших приняты максимально допустимые острой дозы 0,1 Гр массовая толщина полимера должна быть выше 2 г/ см². В работе сделано заключение, что современные средств защиты от рентгеновского излучения представляет собой новую серьезную проблему – для ее существенного снижения в расчете на одного астронавта необходим, по расчетам ученых, алюминиевый «зонтик» площадью 2—3 квадратных метра и массой 14—21 кг.

Расчет показывает, что лунный модуль с защитой 1,5 г/см² (или 5,6 мм Al) полностью поглощает мягкое рентгеновское излучение Солнца. Для самой мощной вспышке от 4 ноября 2003 года (по состоянию на 2013 год и регистрируемых с 1976 года) интенсивность ее рентгеновского излучения в пике составляла 28·10—4 Вт/м² для мягкого излучения и 4·10—4 Вт/м² для жесткого излучения. За сутки усредненная интенсивность составит, соответственно, 10 Вт/м²сут и 1,3 Вт/м². Доза радиации для экипажа за сутки равна 8 рад или 0,08 Гр, что безопасно для человека [67].

Для определения радиационных требований к скафандру мы рассматриваем рентгеновские вспышки на Солнце, когда их интенсивность увеличивается в 50 раз для мягкого излучения и 1000 раз для жесткого излучения по отношению к среднему суточному фону максимальной активности Солнца. Согласно рис. 4, вероятность таких событий – 3 вспышки за 30 лет. Интенсивность для мягкого рентгеновского излучения будет равна 4,3 Ватт/м²сутки и для жесткого – 0,26 Вт/м² [67].

При использовании скафандра «Кречет» для табличных значений интенсивности излучения доза радиации составит 5 мРад/сут. Защиту от рентгеновского излучения обеспечивает 1,2—1,3 мм листового алюминия, уменьшая интенсивность излучения в 7600 раз. При использовании меньшей толщины листового алюминия дозы радиации увеличиваются: для 0,9 мм Al – 15 мрад/сути, для 0,6 мм Al – 120 мрад/сути.

При увеличении мощности излучения от Солнца до значения 0,86 Ватт/м² в сутки доза радиации для защиты 0,6 мм Al равна 1,2 рад/сути, что находится на границе нормальных и опасных условий для здоровья человека.

В рамках советской лунной программы понадобилось создать скафандр, позволяющий достаточно длительное время работать непосредственно на Луне. Он имел название «Кречет» и стал прообразом скафандров «Орлан», которые используются сегодня на МКС для работы в открытом космосе. Вес 106 кг.

Доза радиации увеличивается на порядок при использовании защиты тканеэквивалентного вещества (полимеры, как майлар, капрон, фетр, стекловолокно). Так для скафандра «Орлан-М» при защите 0,21 г/см² тканеэквивалентного вещества интенсивность излучения уменьшается в ~e3=19 раз и доза радиации от рентгеновского излучения для костной ткани организма составит 1,29 рад/сути. Для защиты 0,25 г/см² и 0,17 г/см², соответственно, 1,01 и 1,53 рад/сути [67].

A7L – основной тип скафандра, использовавшийся астронавтами НАСА в программе Аполлон до 1975 года. Верхняя одежда включала: 1) огнеупорная ткань из стекловолокна весом 2 кг, 2) экранно-вакуумная тепловая изоляция (ЭВТИ) для защиты человека от перегрева при нахождении на Солнце и от чрезмерной потери тепла на неосвещенной поверхности Луны, представляет собой пакет из 7 слоев тонкой пленки майлара и капрона с блестящей алюминированной поверхностью, между слоями проложена тончайшая вуаль волокон дакрона, вес составлял 0,5 кг; 3) противометеорный слой из нейлона с неопреновым покрытием (толщиной 3—5 мм) и весом 2—3 кг. Внутренняя оболочка скафандра изготавливалась из прочной ткани, пластика, прорезиненной ткани и резины. Масса внутренней оболочки ~20 кг. В комплект входили шлем, рукавицы, боты и СОЖ. Масса комплекта скафандра A7L для вне корабельной деятельности 34,5 кг. При увеличении интенсивности излучения от Солнца до значения 0,86 Ватт/м²сутки доза радиации для защиты 0,25 г/см², 0,21 г/см² и 0,17 г/см² тканеэквивалентного вещества, соответственно, равна 10,9, 12,9 и 15,3 рад/сути. При интенсивности рентгеновского излучения 4,3 Ватт/м²сутки дозы радиации за сутки имеет значение 50—75 рад и вызывает радиационные заболевания.

Лунные скафандры должны иметь два параметра защиты:

1) параметр защиты скафандра тканеэквивалентного вещества от протонного излучения, не ниже 0,21 г/см²;

2) параметр защиты скафандра в алюминиевом эквиваленте от рентгеновского излучения, не ниже 0,20 г/см².

При использовании во внешней оболочке скафандра с площадью 2,5—3 м² защиты Al масса скафандра на базе Орлан-МК увеличится на 5—6 кг.

Для лунного скафандра суммарная поглощенная доза радиации от солнечного ветра и рентгеновских лучей Солнца в год максимума солнечной активности составит 0,19 рад/сут (эквивалентная доза радиации – 8,22 мЗв/сут). Такой скафандр имеет 4-кратный запас радиационной прочности для солнечного ветра и 35-кратный запас радиационной прочности для рентгеновского излучения, но только на орбите, где летает МКС, недалеко от поверхности Земли.

За поясами Ван Аллена радиационные условия полета КА более жёсткие, нежели в околоземном космическом пространстве. Поэтому воспользуемся нижеследующей методикой [18]. Будем полагать, что полёт на ПКА «Аполлон» занимает за пределами магнитосферы Земли 6 суток (3 суток в сторону Луны и 3 суток обратно), т.е. 518400 сек. Найдём энергию торможения частиц, которую получит ПКА «Аполлон» за время данного полёта. Примем количество протонов и электронов солнечного ветра равными и, т.о. берём нижнюю границу плотности потока частиц, равную 10 в одиннадцатой степени (метров в минус второй степени помноженных на секунду в минус первой степени). Энергию частиц принимаем равной минимальной для электронов, т.е. 10 кэВ или 0,01 МэВ. Площадь сечения КА считаем как Пи * диаметр в квадрате/4 = 3,14*4*4/4 = 12,56 метров квадратных. На основании изложенного получаем энергию торможения частиц, передаваемую КА 518400*0,01*10 в 11 степени*12,56 = приблизительно 6,5*10 в 15 степени МэВ/сек. Переведем данную энергию в джоули и получаем 6,5*10 в 15 степени * 1,6*10 в -13 степени = 1042 джоуля. Теперь переведём джоули в Зиверты. При этом предполагаем, что масса астронавта 80 кг и что на него падает 10% от всей радиации. Получаем 1042/80/10 = 1,3 Зиверт или 130 рад. Добавляем это к дозе, полученной в ЕРПЗ и получаем за 1 полёт 570 Рад! [18].

Следует отметить, что если данную методику применить для расчёта мощности доз протонов и электронов для поясов Ван Аллена, то получим ещё большие значения мощностей доз, которые получили астронавты при пролётах ЕРПЗ.

Также найдём мощность дозы, получаемой астронавтами под воздействием ГКЛ. Нам известно, что плотность протонов в ГКЛ – 15000 (метров в -2 степени на секунду в -1 степени), границы энергий данных протонов примем от 1 ГэВ до 1 ТэВ, т.е. 1000 – 1000000 МэВ. Считаем, что ГКЛ воздействуют на ПКА «Аполлон» только во время полёта за границами магнитосферы Земли. Находим в джоулях энергию, передаваемую КА протонами ГКЛ, равную 518400 * ((10 в 3 степени +10 в 6 степени) / 2) * 15000 * 1,6*10 в -13 степени = 662 джоуля. При пересчёте в Зиверты принимаем, что на астронавта попадёт 1% всех частиц ГКЛ. Получаем 662/60/100 = 0,11 Зиверта или 11 рад.

Итого получаем воздействие факторов космического пространства на астронавтов в ходе полётов ПКА «Аполлон» на Луну и обратно приводит астронавтов к получению эквивалентной мощности доз 581 рад! Это смертельная доза облучения [18].

Следует отметить, что полёты ПКА «Аполлон» проходили во время максимума и спада 20 цикла солнечной активности. При этом, как известно, во время максимума происходит значительно больше солнечных вспышек, а во время спада происходят самые мощные солнечные вспышки. Как правило, во время солнечных вспышек выбрасываются в космос:

– усиленный поток рентгеновского излучения;

– мощный поток частиц (протонов, электронов, альфа-частиц);

– мощный поток плазмы.

Таблица 9. Годовая доза радиации в Греях (Гр) [68]

1 Гр = 1 Зв

Расчеты делает автор, Александр Матанцев.

Случай 1. На поверхности космического аппарата КА по данным из табл. 9.

Внутренний радиационный пояс – 10¹⁰ Зв за год, или 27397260 Зв за день, или 1141552 Зв за час, или 19025 Зв за минуту.

Внешний радиационный пояс – от 10⁹ Зв за год, или 2739726 Зв за день, или 114155 Зв за час, или 1902 Зв за минуту

СКЛ, мощная вспышка (класс Х) – до 10⁵ Зв за год, эти вспышки не действуют постоянно, а всего от 15 мин до 1 часа, следовательно, получается 100000 Зв за время вспышки – это вызывает мгновенную смерть!

Случай 2. Защита 1 г/см²

Внутренний радиационный пояс – до 10⁴ Зв за год, или 27397260 Зв за день, или 27,39 Зв за день, и 1,14 Зв за час

Внешний радиационный пояс – до 10⁴ Зв за год, или 27397260 Зв за день, или 27,39 Зв за день, и 1,14 Зв за час

СКЛ, мощная вспышка – до 10 Зв, обычно вспышка действует от 15 минут до часа

Случай 3. Защита 5 г/см²

Внутренний радиационный пояс – до 3х10³ Зв за год, или 8,2 Зв за день, или 0,34 Зв за час

Внешний радиационный пояс – до 100 Зв за год, или 0,27 Зв за день, или 0,0114 Зв за час.

СКЛ, мощная вспышка – до 3 Зв, обычно вспышка действует от 15 минут до часа

С самого начала полета станции «Луна-17» и в течение прошедшего периода активного функционирования лунохода радиометр неоднократно регистрировал значительное возрастание потоков протонов, электронов и альфа-частиц по сравнению с величинами фоновых потоков этих частиц в межпланетном пространстве. Эти данные хорошо согласуются с результатами одновременных измерений, выполнявшихся аналогичной аппаратурой автоматической межпланетной станции «Венера-7» и наземных наблюдений солнечной активности. В частности, начиная с 12 декабря 1970 года было зарегистрировано значительное (превышающее фон примерно в 100 тысяч раз) и продолжительное возрастание интенсивности солнечных корпускулярных потоков, а также понижение интенсивности галактических космических лучей, начавшееся 14 декабря. На Земле в тот же период наблюдалась большая магнитная буря. Эти явления были вызваны серией мощных солнечных вспышек, происшедших 10 и 11 декабря. Интересным фактом является то, что после посадки станции «Луна-17» на поверхность Луны интенсивность галактических космических лучей уменьшилась примерно в два раза по сравнению с уровнем, регистрировавшимся во время полета. Это свидетельствует об экранировании радиометра от изотропного потока галактических космических лучей телом Луны и подтверждает выводы о низкой радиоактивности лунной поверхности, сделанные ранее в результате полетов автоматических станций «Луна». [50].

Таким образом, оказалось, что вспышки очень сложное, комплексное явление. Они оказывают весьма сильное воздействие на Землю. Когда до Земли доходит рентгеновское излучение, нарушается состояние ионосферы, возникают провалы радиосвязи и ряд геофизических эффектов. За время от одного часа до нескольких десятков часов частицы и плазменные сгустки достигают Земли. Частицы несут с собой радиационную опасность для космонавтов.

Как показали исследования академика А. Б. Северного, во время вспышки происходит перестройка локального магнитного поля, которая сопровождается высвобождением некоторого количества магнитной энергии; для покрытия энерговыделения вспышки достаточно уменьшения магнитного поля на несколько десятков гаусс. Механизм перехода магнитной энергии в энергию вспышки еще не ясен.

Радиационные пояса

Пояса Ван Аллена – области в магнитосфере Земли, в которых накапливаются и хранятся заряженные частицы (зачастую, частицы солнечного ветра), которые создают зоны повышенной радиации. Области в форме бубликов или овалов, состоят из внутреннего пояса (область с максимально высокой радиацией всего пояса, находится на расстоянии 600 км, заканчивается на 6000 км) и внешнего (в нем интенсивность много ниже, но он более обширный; начинается на высоте 10 000 км, заканчивается 60 000 км). Внутренний пояс очень стабилен по сравнению со внешним – тот изменяет свою концентрацию и размер в зависимости от геомагнитных бурь, вызываемых волной солнечных частиц. Главная опасность пояса в том, что изменения его размеров еще не контролируемо. Исследования, начавшиеся в 50-х годах и идущих по сей, день подтвердили наличие поясов, но не двух, а уже трех (который появляется лишь изредка)!

Высадить человека на Луну в те времена стремился и Советский Союз. Правда расчеты показывали, что вероятность успешного полета и возвращения не превышает 10%. На Луне пробыть можно не более часа, да еще прикрываясь специальным противорадиационным щитом [69].

Прежде всего, напомним о единицах ионизирующих излучений и допустимых дозах.

Рис. 53

Рис. 53. Дозы облучения: экспозиционная, поглощенная, эквивалентная [78]

Рис. 54

Рис. 54. Вычисление различных видов доз [79]

Рис. 55

Рис. 55. Действующие нормы по дозам облучения НРБУ-2000 [80]

Дальше рассмотрим радиационные пояса вокруг Земли.

Рис. 56

Рис. 56. Внутренний и внешний радиационные пояса Ван Аллена вокруг Земли [75]

Начало космонавтики ознаменовалось рядом открытий, одним из которых было открытие радиационных поясов Земли. Эти пояса были открыты советским ученым Булатовым еще в 30-х годах. Однако он не завил об этом всему миру и поэтому официально внутренний радиационный пояс Земли был открыт американским учёным Джеймсом Ван Алленом после полета Эксплорер-1, который заявил об этом сразу в нескольких мировых журналах. Внешний радиационный пояс Земли был открыт советскими учёными С. Н. Верновым и А. Е. Чудаковым после полёта Спутник-3 в 1958 году. Радиационный пояс в первом приближении представляет собой тор, в котором выделяются две основные области – рис. 56 [27]:

– внутренний радиационный пояс на высоте ≈ 4000 км, состоящий преимущественно из протонов с энергией в десятки МэВ;

– внешний радиационный пояс на высоте ≈ 17 000 км, состоящий преимущественно из электронов с энергией в десятки кэВ.

Кроме того, имеется дополнительная средняя зона. Земля находится внутри магнитосферы, граница которой находится на расстоянии около 70000 км от поверхности Земли.

Итак, внутри магнитосферы находятся:

внешний пояс Ван Аллена (внешний естественный радиационный пояс Земли, сокращённо – ЕРПЗ), который находится на высоте 17000—57000 км и состоит, в основном, из электронов с энергией от 100 кэВ до 10 ГэВ, а также небольшое количество протонов и нейтронов с энергией от 1 до 100 МэВ и античастиц;

внутренний пояс Ван Аллена (внутренний ЕРПЗ), который находится на высоте 3000—12000 км и состоит, в основном, из протонов с энергией 10—500 МэВ, а также небольшого количества нейтронов. Также по некоторым современным данным имеется третий РПЗ.

На Спутнике-2 получены результаты, согласующиеся с имеющимися представлениями о потоках космических лучей на различных высотах и широтах до высот 300—600 км, а 7 ноября 1957 года на одном из витков полета Спутник-2 зарегистрировал флуктуационные возрастания скоростей счета приборов. Период повышенного счета продолжался 13 минут.

Исследователи утверждают, что пролететь сквозь пояса радиации Ван Аллена и не получить серьезных доз радиации – невозможно. По этой причине полет к Луне без надежной радиационной защиты астронавтов и электронного оборудования – невозможен. От альфа и бета-частиц можно защититься листом фольги. А вот высокоэнергетические протоны могут привести к серьезным повреждениям биологических тканей. Тем более, они приводят к так называемой наведенной радиации, когда при взаимодействии с материей, само вещество становится источником радиации, но другого типа: выброс электронов или жесткого гамма и рентгеновского излучения. Наведенная радиация возникает и от потока нейтронов. Воздействие нейтронов приводит к возникновению ряда реакций, в результате которых возникают вторичные ионизирующие излучения. Защититься от них можно только толстым слоем воды, или легкими элементами, например легкими восковыми кирпичиками с добавлением бора, или графита. Сквозь металл нейтроны проходят свободно. Другая опасность – жесткое электромагнитное излучение в гамма и рентгеновском диапазоне. От него можно защититься только толстым слоем плотного металла, например, свинцом.

Земля имеет атмосферу – многослойную эфирную оболочку со сложной структурой. Ближе всего к поверхности Земли расположена тропосфера, за нею – тропопауза и стратосфера. Начиная с 30 км до 600 км находится ионосфера со своими слоями, часть из которых активируется ночью, а часть – днем. А после 600 км идет магнитосфера (или экзосфера).

Одной из примечательных особенностей магнитосферы Земли является наличие в ней двух радиационных поясов Ван Аллена (большого и малого), которые простираются от 644 до 64400 км над ее поверхностью. Эти пояса представляют собой щиты из плотного структурного эфира, защищающие Землю от влияния жесткой радиации и солнечного ветра. Пояса захватывают частицы с высокой энергией, приходящие с солнечным ветром, в дальнейшем частицы циркулируют внутри поясов и вдоль силовых линий магнитного поля Земли.

Рис. 57

Рис. 57. Пояса Ван Аллена, на верхнем рисунке показаны зоны высокоэнергетичных протонов, а на нижнем рисунке – зоны высокоэнергетичных электронов [77]

Пояса Ван Аллена состоят из заряженных частиц космических лучей и солнечного ветра, притягиваемых магнитным полем Земли. Каждый из поясов образует вокруг Земли тор. Соотношение и энергетический уровень заряженных частиц различаются во внутреннем и внешних поясах. Как показано на верхней диаграмме, пояса Ван Аллена насыщены высоко заряженными протонами. Нижняя диаграмма иллюстрирует содержание высоко заряженных электронов (области наиболее высокой концентрации выделены темным цветом).

Зоны Ван Аллена характерны расположены вокруг Земли. У Луны нет поясов Ван Аллена. У нее также нет защитной атмосферы и отсутствует защитное магнитное поле. Она открыта всем солнечным ветрам. Если бы во время лунной экспедиции произошла сильная солнечная вспышка, то колоссальный поток радиации испепелил бы и капсулы, и астронавтов на той части поверхности Луны, где они проводили свой день. Эта радиация не просто опасна – она смертельна [30].

Рис. 58

Рис. 58. Радиационные пояса вокруг Земли [35]

Радиационные пояса:

1 – внешний радиационный пояс Земли (Ван Аллена);

2 – внутренний радиационный пояс (Ван Аллена);

3 – магнитные силовые линии;

4 – третий радиационный пояс обнаружен со спутника и образован межгалактическим космическим лучом (МГКЛ).

Магнитное поле – это самая эффективная зона защиты человека от ионизирующих излучений от Солнца и галактики. Именно благодаря магнитному полю, существующему вокруг Земли, человек не облучается под воздействием солнечного излучения и других ионизирующих излучений из космоса. Однако это поле не распространяется до Луны, а вокруг Луны вообще нет магнитного поля. Поэтому следует изучить дальность распространения магнитного поля от Земли. На рис. 58 показаны четыре зоны формирования магнитного поля.

Магнитосфера Земли – это самая внешняя из магнитных защитных оболочек Земли. Она представляет собой деформированное солнечным ветром геомагнитное поле и является препятствием для плазмы солнечного ветра, увлекающей за собой солнечное магнитное поле. Хвост магнитосферы образован силовыми линиями магнитного поля Земли, вытянутыми на много земных радиусов в ночную сторону. Эффективная зона хвоста магнитосферы тянется до 15 земных радиусов.

Магнитосфера имеет сложную непостоянную по конфигурации форму и магнитный шлейф. Внешняя граница магнитосферы (магнитопауза) устанавливается на расстоянии около 100 – 200 тыс. км от Земли, где магнитное поле ослабевает и становится соизмеримым с космическим магнитным полем.

Рис. 60

Рис. 60. Внешняя магнитосфера [81]

Автор, Александр Матанцев, вычислил длину эффективной магнитосферы. На рис. 60 показаны траектории заряженных частиц в магнитном поле Земли. Интересна форма и размер магнитосферы. Форма магнитосферы эллипсообразная с утолщением слева и сужением справа. Эта внешняя сплошная линия эллипса (рис. 60) является той самой границей, слева от которой магнитное поле еще можно считать эффективным, а справа магнитное поле так ослабевает, что становится соизмеримым с космическим магнитным полем. Такое мизерное магнитное поле справа эллипса не может оказать влияние на защиту человека на космическом аппарата (КА) от ионизирующих излучений.

На этом рис. 60 дан масштаб в 32 тыс. км на одно деление. Поэтому легко вычислить, что длина магнитосферы от центра Земли составляет 4,5 деления или 134,6 тыс. км. Найденное значение длины магнитосферы находится в пределах, указанных выше: от 100 до 200 тыс. км. Расстояние от Земли до Луны меняется от 357 до 406 тыс. км – рис. 61. Поэтому произведенное вычисление очень важно, так как показывает, что на пути от Земли до Луны могут быть участки, где, по существу, нет магнитосферы, нет эффективного магнитного поля, и нет защиты человека магнитным полем от ионизирующего излучения.

На рис. 61 показан перигей и апогей Луны, и максимальное и минимальное расстояние между Землей и Луной.

Точно такие же измерения можно провести и для полета на Марс. Принципиальное отличие состоит в расстоянии до Марса – 55,76 Млн. км и времени полета – до 6 месяцев в одну сторону.

Рис. 61

Рис. 61. Перигей и апогей Луны [74]

Для электронов и рентгеновского излучения коэффициент качества равен единице, для протонов с энергией 10—400 МэВ принимается 2—14 (определен на тонких пленках биологической ткани). Такой коэффициент связан с тем, что протон передает разную часть энергии электронам вещества, чем меньше энергия протона, тем выше передача энергии и выше коэффициент качества. Обычно берут среднее значение w=5, так как человек полностью поглощает излучение, и основная передача энергии происходит в пике Брэгга, за исключением высокоэнергичной части протонов. В итоге получаем, мощность эквивалентной дозы радиации для протонов с энергией 40—400 МэВ в РПЗ.

Но зоны Ван Аллена, это не все зоны, которые пересекает КА при полете от Земли до Луны и от Земли до Марса. Имеются еще зоны, после окончания магнитосферы Земли, где защитного магнитного поля нет совсем, и вся мощь солнечных вспышек в виде высокоэнергетических излучений гамма, протонов и нейтронов насквозь пронзают КА вместе с космонавтами и их скафандрами. Эти дозы от солнечных вспышек значительно больше и смертельны сразу, за короткий срок!! Вот почему наш президент Владимир Владимирович Путин в 2017 году заявил, что живая клетка человека не выдержит при полете к другим планетам.

Ошибка НАСА конца 60-х годов прошлого века состоит в понимании радиационного пояса Земли. По современным учениям и расчетам если учесть эти радиационные пояса, то

– на два порядка увеличивает его радиационную опасность для человека,

– вводится сезонную зависимость;

– вводится сильная зависимость от магнитных бурь и солнечной активности.

Следует отметить, что космический аппарат «Аполлон», чтобы долететь до Луны, должен был обязательно лететь по трассе Кондратюка, которая является оптимальной для полёта к Луне и обратно. Сущность данной трассы заключается в том, что при отклонении от неё гравитационное поле Земли не позволит вывести КА на параболическую траекторию, в связи с чем необходимо будет снижать массу полезной нагрузки. Некоторые пользователи различных чатов, не имея понятия о карте земной гравитации, говорят о том, что РН «Сатурн-5» с грузом 44 тонны якобы летел через полюса Земли, чтобы не пролетать через пояса Ван Аллена. Таким пользователям следует понимать, что для выведения 44 тонн через северный или южный полюс Земли необходимо было увеличить массу РН от официальной в 3 раза и во столько же раз увеличить тягу двигателей 1 и 2 ступеней данной РН! Дело в том, что Земля имеет максимум гравитации в районе полюсов и минимум – в плоскости экватора. Соответственно, чем ближе ракета космического назначения летит к плоскости экватора, тем большую полезную нагрузку РН может вывести на околоземную орбиту [82].

По официальной версии НАСА трасса Кондратюка была использована ПКА «Аполлон» для полётов на Луну и обратно. Наклонение данной трассы – около 30 градусов. Это обусловлено тем, что именно угол наклона между плоскостями орбит Земли и Луны 5 градусов, и плюс наклон параболы. Однако данная трасса целиком и полностью проходит через внутренний и внешний пояса Ван Аллена, притом через их максимумы. Таким образом, ПКА «Аполлон» должен был пролетать внутренний РПЗ за 803 сек, т.е. приблизительно за 13 минут и внешний РПЗ за 3571 сек, т.е. приблизительно за 1 час.