Рис. 32. Дозы облучения в КА ГЛАНАСС с перигеем около 19000 км [78]
Результаты оценки ожидаемых в 2012 году поглощенных доз радиации на орбите КА ГЛОНАСС приведены на рис. 32. Ожидаемая мощность поглощенной дозы радиации внутри сферы толщиной в 1г/см2 алюминия будет около 130 тыс. рад в год. Заметим, что величина ожидаемой поглощенной дозы радиации на орбите КА «Канопус-СТ» в этот же период не более 2 тыс. рад в год.
На орбите КА ГЛОНАСС основной вклад в суммарную поглощенную дозу радиации дают релятивистские электроны внешнего ЕРПЗ. При данной толщине радиационной защиты всеми другими источниками радиации можно пренебречь. В отличие от протонов релятивистские электроны при взаимодействии с веществом эффективно генерируют тормозное электромагнитное излучение. При толщине радиационной защиты более 4 г/см2 алюминия на орбите КА ГЛОНАСС основной вклад в суммарную поглощенную дозу радиации даст тормозное излучение релятивистских электронов внешнего ЕРПЗ.
Расчеты по рис. 32 делает автор, Александр Матанцев.
Спутник ГЛОНАСС летает на такой огромной орбите на высоте 19400 км, что охватывает обе радиационные зоны Ван Аллена. Поэтому следует вспомнить состав поясов.
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 [22, 49].
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 [22, 49];
Случай 3—1. На рис. 32 показаны дозы облучения в зонах Ван Аллена.
Прежде всего, обращаем внимание на то, что суммарная радиация в зонах Ван Аллена, обозначенная цифрой 1 на рис. 32, складывается из нескольких составляющих:
– от электронов внешней зоны Ван Аллена, обозначенная цифрой 2,
– от протонов внутренней зоны Ван Аллена, обозначенная цифрой 4.
Кроме того, важно соотношение дозы, полученной от воздействия электронов и протонов, обозначенные цифрами 2 и 4, это соотношение, назовем через К примерно, равно отношению дозы обучения внешнего пояса Н2 и внутреннего пояса Н4. К = Н2/Н4
Это соотношение равно:
– для защиты в 0,1 г/см2, как в американских скафандрах, К = 10—6; как видно, имеется огромная разница по сравнению с предыдущим случаем для КА Канопус-СТ, который летал по орбите внутри внутренней зоны Ван Аллена и влияние внешней зоны было минимально, здесь же, наоборот, влияние внешней зоны с её электронами огромно;
– для защиты в 0,324 г/см2, как в отечественном скафандре «Кречет» с алюминиевой защитой, соотношение еще меньше, чем 10—6; опять же огромно влияние электронов от внешней зоны.
Случай 3—2, по графику на рис. 32, с минимальной защитой 0,1г/см2, как в первых американских скафандрах. Суммарная доза составляет 1200000 рад за год, или 1200000 Р (рентген) за год, или 100000 Р за месяц, или 3333Р за сутки, что мгновенно смертельно!
Случай 3—3 – с улучшенной защитой американского скафандра в 0,2г/см2, как в первых американских скафандрах. Суммарная доза составляет 4х105 рад за год или 400000 Р (рентген) за год, или 33333 Р за месяц, или 1111Р за сутки, что смертельно!
Случай 3—4 – с улучшенной защитой советского скафандра «Кречет» в 0,324г/см2. Суммарная доза составляет 1,2х105 рад за год или 120000 Р (рентген) за год, или 10000 Р за месяц, или 333Р за сутки, что также смертельно! Можно подсчитать допустимое время работы в скафандре «Кречет» в зонах Ван Алена. Если задаться допустимой одноразовой дозой в 25 Р, то время возможной работы составит 1,8 часа.
Случай 3—5 – внутри КА с минимальной толщиной стенок в 1 г/см2. Это, примерно, 0,5 см толщины защиты. Суммарная доза составляет 104 рад за год или 10000 Р (рентген) за год, или 833 Р за месяц, или 28Р за сутки, что допустимо за сутки, но недопустимо при полете более недели.
Случай 3—6– внутри КА с толщиной стенок в 2 г/см2. Это, примерно, 1 см толщины защиты. Суммарная доза составляет 2х103 рад за год или 2000 Р (рентген) за год, или 167 Р за месяц, или 5,6Р за сутки и до трех недель полета.
Случай 3—7 – внутри КА с убежищем с толщиной стенок в 5 г/см2. Это, примерно, 2,5 см толщины защиты. Суммарная доза составляет 900 рад за год или 900 Р (рентген) за год, или 75 Р за месяц, или 2,5 Р за сутки и возможно до 100 дней полета.
Случай 4. Дозы, которые могут получить астронавты при пролете зон Ван Аллена
Астронавты при полетах на Луну и Марс дважды пролетают зоны Ван Аллена – при полете туда и обратно.
В главе «Часть 2. Расчеты делает автор, Александр Матанцев. Время пролета зон Ван Аллена» было указано, что среднее время пролета внутренней зоны Ван Аллена при второй космической скорости КА в 11,2 км, составляет, в среднем 803 сек, а время пролета внешней зоны Ван Алена, в среднем – за 3571 секунду.
Графики на рис. 32 по дозам облучения при полете на спутнике ГЛОНАСС на высоте около 19 тысяч километров как нельзя лучше подходят для полсчета дозы облучения, получаемой астронавтами. Во-первых, эти графики учитывают как внутреннюю, так и внешнюю зоны Ван Аллена. Во-вторых, они получены при реальной активности Солнца. Из этого графика видно, что электроны внешней зоны оказывают в несколько сотен и тысяч раз большее воздействие, чем протоны внутренней зоны.
Поэтому, учитываем воздействие внешней зоны и в графиках на рис. 32 можно использовать суммарную дозу, близкую к получаемой дозе от электронов внешней зоны. Время берем удвоенное, т.е. с учетом пролета туда и обратно, оно равно, примерно, 2 часам.
Тогда доза облучения астронавта за 2 часа составит:
– для минимальной защиты 0,1г/см2, как в первых американских скафандрах; суммарная доза составляет 1200000 рад за год, или 1200000 Р (рентген) за год, или 100000 Р за месяц, или 3333Р за сутки, или 278 Р за 2 часа; из таблиц на рис. 21 и рис. 22 видим, что при этом возможна острая лучевая болезнь и смертность составляет 50%;
– для улучшенной защитой американского скафандра в 0,2г/см2 суммарная доза составляет 4х105 рад за год или 400000 Р (рентген) за год, или 33333 Р за месяц, или 1111Р за сутки, и 93 Р за 2 часа; из таблиц находим, что при такой дозе происходит начало развития лучевой болезни;
– для улучшенной защитой советского скафандра «Кречет» в 0,324г/см2, суммарная доза составляет 1,2х105 рад за год или 120000 Р (рентген) за год, или 10000 Р за месяц, или 333Р за сутки, и 28 Р за 2 часа, при этом возможно незначительное изменение состава крови;
– внутри КА с минимальной толщиной стенок в 1 г/см2, это, примерно, 0,5 см толщины защиты; суммарная доза составляет 104 рад за год или 10000 Р (рентген) за год, или 833 Р за месяц, или 28Р за сутки, и 2,3 Р за 2 часа, что вполне допустимо;
– внутри КА с толщиной стенок в 2 г/см2, это, примерно, 1 см толщины защиты; суммарная доза составляет 2х103 рад за год или 2000 Р (рентген) за год, или 167 Р за месяц, или 5,6Р за сутки и 0,47 Р за 2 часа, что вполне допустимо.
Рис. 33
Рис. 33. Составил автор, Александр Матанцев. Зависимость дозы облучения астронавта при прохождении зон Ван Аллена от толщины защиты
Автор, Александр Матанцев, по результатам исследований построил график зависимости толщины защиты в полете через зоны Ван Аллена – рис. 33. Из этого графика видно, что для допустимой дозы менее 25 Р, толщина защиты должна быть больше 0,4 г/см2, или, примерно, 0,2 см защиты.
В случае отклонения траектории вхождения в зоны Ван Аллена от перпендикулярного направления на угол 10 градусов во все значения, вводится коэффициент 0,9 – 0,9.
В случае отклонения траектории вхождения в зоны Ван Аллена от перпендикулярного направления на угол 20 градусов во все значения, вводится коэффициент 0,85 – 0,8.
В случае отклонения траектории вхождения в зоны Ван Аллена от перпендикулярного направления на угол 30 градусов во все значения, вводится коэффициент 0,6 – 0,7.
Следует при этом иметь в виду, что увеличение угла приводит к росту потребления топлива.
Случай 5. Американские данные НАСА
Литература НАСА [58]. Для сравнения, флюенс протонов в РПЗ на порядок выше, чем в мощном протонно-солнечном событии от 4—11 августа 1972 года. Потоки протонов и электронов в РПЗ отличаются от солнечного ветра тем, что каждый протон (электрон) вращается вдоль силовой линии магнитного поля Земли, при энергии 10 МэВ – с радиусом ~100 (10) км и периодом ~10—3 (10—6) с, доходит до зеркала магнитного поля, отражается и двигается в противоположном направлении, периоды колебаний между парой зеркальных точек РПЗ составляют десятую долю секунды (секунду). Радиационный пояс Земли – это множество протонных и электронных смерчей с противоположными направлениями, которые дрейфуют, сталкиваются, взаимодействуют с внешними корональными дырами и плотностью протонов в миллион раз больше, чем в солнечном ветре.
Конец ознакомительного фрагмента.
Текст предоставлен ООО «ЛитРес».
Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на ЛитРес.
Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.
