Мог ли лунный модуль защитить астронавтов от радиации?

Краткий ответ: Лунный модуль обладал хоть и сниженным уровнем радиационной защиты в сравнении с командным, но достаточным, чтобы сохранить здоровье экипажа в течение трех суток, даже в условиях сильных солнечных вспышек. Скафандры менее защищены от солнечных вспышек, но их можно предсказывать за 20 минут, которых вполне хватило бы астронавтам для возвращения в корабль.

Лунный модуль применялся для пилотируемой посадки на Луну и возвращения на окололунную орбиту. Поскольку его использовали только в вакууме и возле Луны, его конструкция была намного легче, чем у командного модуля: абляционная теплозащита отсутствовала, а толщина герметичного корпуса составляла доли миллиметра. В то же время модулю предстояло пережить трехкратные перегрузки и вибрацию ракеты при старте с Земли, поэтому он обладал достаточно жестким каркасом, и встречающиеся представления, что «модуль сделан из фольги», далеки от реальности, хотя об этом говорили сами астронавты.

Лунный модуль доставлял людей с окололунной орбиты на поверхность и возвращал обратно. Для этих целей была создана конструкция, включавшая в себя две ступени.

Первая — спускаемая ступень, Lunar Module descent stage — обеспечивала торможение с орбитальной скорости и мягкую посадку на Луну. Она представляла собой ракетный блок с посадочными ногами, после прилунения оставалась на поверхности и служила «космодромом» для второй ступени.

Вторая — ракетная ступень, Lunar Module ascent stage — была одновременно и пилотируемым кораблем. Экипаж из двух астронавтов находился в этой верхней ступени лунного модуля до трех суток во время пребывания на Луне, покидая корабль только для выхода на поверхность. Кроме этого, в ходе аварийного полета Apollo 13 лунный модуль на три дня стал убежищем для трех членов экипажа во время возвращения от Луны. В том полете прилунение пришлось отменить из-за аварии — взрыва кислородного баллона на служебном отсеке Apollo.

Лунный модуль должен был не только доставлять людей на поверхность Луны и возвращать в космос, но и обеспечивать достаточную защиту от радиации в окололунном и межпланетном пространстве. Жилой объем лунного модуля был в полтора раза меньше командного. Заправленная стартовая ступень лунного модуля имела массу 4700 кг, что немногим меньше массы командного модуля. «Сухой», т.е. без топлива, лунный модуль весил значительно меньше, около 2150 кг, но бóльшую часть экспедиции он оставался заправленным.

Внутренняя площадь герметичного отсека лунного модуля — около 15 кв. м, внешнюю можно грубо оценить в 40 кв. м. В среднем экранирование лунного модуля обеспечивало защиту людей от космических лучей плотностью около 16 г на кв. см:

4 700 000 г ÷ 280 000 кв. см = 16 г на кв. см.

Это эквивалентно слою алюминия толщиной 6 см. Во время стоянки на Луне астронавтов от галактической радиации частично прикрывала сама Луна, от вторичной радиации снизу корабль был защищен еще первой ступенью. Даже если пренебречь тремя топливными баками, в которых заключалась половина массы модуля, то получим экран плотностью почти 8 г на кв. см:

2 150 000 г ÷ 280 000 кв. см = 7,6 г на кв. см;

что эквивалентно слою алюминия толщиной 3 см. В краткосрочной экспедиции этого достаточно для защиты не только от солнечного ветра и мягкого солнечного излучения, но и от мощных протонных событий. Даже самая мощная солнечная вспышка за всю историю наблюдений, которая произошла в августе 1972 года (когда на Луне никого не было), привела бы к облучению экипажа суммарной дозой в 280 рад. Это было бы чревато последствиями для здоровья, но NASA на тот момент считало допустимым облучение в 400 рад за время экспедиции.

Даже если бы экипажу Apollo 13 пришлось преодолевать в лунном модуле внутренний радиационный пояс, то к суммарной дозе добавился бы 1 рад. Но астронавты аварийного корабля вернулись в командный модуль до вхождения в радиационные пояса, поэтому доза их облучения в среднем не отличалась от остальных экспедиций, которые не пересекали внутренний радиационный пояс.

Если бы солнечная вспышка настигла астронавтов во время их выхода на лунную поверхность, это стало бы проблемой, но не несло бы прямой угрозы жизни и здоровью. Защита скафандра составляет около 1,4 г на кв. см (не считая ранца системы жизнеобеспечения), а солнечные протонные события можно предсказывать за несколько минут, которых астронавтам хватило бы для эвакуации в корабль. Кроме того, от начала солнечного протонного события до достижения максимума его интенсивности проходит порядка одного часа, что дает дополнительный запас времени на спасение, конечно, только при наличии оперативной связи с наземной службой, отвечающей за радиационную безопасность полета.

Самое главное, солнечные протонные события достаточно редки. По данным европейского Каталога солнечных протонных событий на 1997–2016 годы, их частота достигает 27 событий всех типов в год в пике солнечного цикла и снижается до 10–15 в год уже к середине цикла. Мощность этих событий также различается, и наиболее интенсивные могут происходит всего несколько раз за 11-летний цикл.

Скафандр менее защищен, чем корабль, но если взглянуть на статистику космических выходов с Международной космической станции, то увидим, что высокая солнечная активность не является препятствием для внекорабельной деятельности людей, хотя определенное влияние можно заметить.

Конечно, МКС прикрыта магнитным полем Земли, но это же поле собирает солнечные заряженные частицы в нижний протонный пояс. Он же пополняется вторичной радиацией от возрастающего в солнечный минимум галактического излучения. Протонный пояс подходит к поверхности планеты достаточно близко в районе Южной Бразильской аномалии, чтобы оказывать заметное воздействие на экипажи МКС. Длительность современных выходов в открытый космос — 4–8 часов, т.е. космонавты и астронавты могут несколько раз пересекать в скафандре нижнюю часть протонного пояса за один выход. Суммарный эффект воздействия космической радиации во время современных выходов в открытый космос на низкой околоземной орбите вполне сопоставим с двухчасовой прогулкой на Луне.

Материалы для самостоятельного изучения