Egy emberes Mars-küldetésben részt vevő űrhajósok - ha vissza is jönnek a Marsról - a NASA által elfogadottnál nagyobb sugárdózist kaphatnának, derült ki a Curiosity marsjáró utazása során mért sugárzási adatokból.
A Mars Science Laboratory (MSL) 2011. november 26-án indult és 2012. augusztusában tette le a Curiosity marsjárót a vörös bolygó felszínére. A fedélzetén található RAD (Radiation Assessment Detector) műszer első alkalommal szolgáltatott pontos információt a bolygóközi térben tapasztalható, Napból és a galaktikus térből származó nagy energiájú sugárzásról. Ez fontos támpontként szolgálhat a szükséges sugárvédelem megtervezéséhez egy jövőbeli emberes bolygóközi küldetés esetén, legyen szó a Mars vagy egy kisbolygó meglátogatásáról, amelyek egyaránt szerepelnek a NASA 30 éves tervében.
Az amerikai Southwest Research Institute-ban dolgozó Cary Zeitlin és kollégái által írt, és a Science folyóirat májusi számában megjelent cikk szerint egy 360 napos út a Marsra és vissza a RAD mérései alapján kb. 662 millisievert (mSv) sugárdózist jelentene, ami 10 000 mellkasröntgennek, vagy 5-6 naponta egy teltes CT-vizsgálatnak felel meg.
Ha azonban az űrhajósok nem térnének vissza a Marsról, mint ahogy az a Mars One holland nonprofit szervezet kolóniaalapító terveiben szerepel, egy 210 napos egyirányú útra vetítve a sugárdózis "mindössze" 386 mSv lenne.
Persze ezek az értékek a ma használatos sebességű és falvastagságú űrhajók esetén érvényesek, legalábbis a RAD műszert borító burkolat hasonló árnyékolást nyújtott. Annak megítélése azonban, hogy ez sok, vagy kevés, korántsem egyszerű feladat, ezt a sajtóban megjelent hatásvadász cikkek és alaptalan állítások tömege mutatja.
A RAD (Radiation Assessment Detector) egy részecskeanalizátor, amely a részecskesugárzást a teljes energiaspektrumban vizsgálja az Mars Science Laboratory (MSL) teljes útja során beleértve az űrutazást és a Mars felszínén megtett utat. Az energiatakarékosság miatt a tervek szerint óránként 15 percig végez mérést. A RAD legfontosabb céljai többek között: a Mars felszínét érő részecskesugárzás energiaspektrumának meghatározása, a felszínen várható emberi sugárdózis meghatározása és az atmoszféra sugárzásáteresztő képességét leíró modellek ellenőrzése. Forrás: NASA
Annak meghatározása, hogy mekkora az a sugárdózis, amit egy sugárveszélyes környezetben dolgozó munkásnak az életpályája során engedélyeznek, azon alapul, hogy a sugárdózis növekedése a rosszindulatú daganatok valószínűségét, és így az idő előtti elhalálozás esélyét is növeli. Mekkora kockázatot tartunk elfogadhatónak? Ez elsősorban etikai kérdés, és attól is függ, hogy milyen egyéb veszéllyel kell számolni. Pl. ha egy végzetes technikai hiba esélye nagyságrenddel nagyobb, mint a sugárzás okozta gyógyítjatatlan megbetegedésé, akkor nagyobb sugárdózist is megengedhetünk anélkül, hogy ez érdemben csökkentené a túlélés esélyét.
A különböző iránymutatások és szabályzatok 3-5%-os kockázatnövekedést engednek meg mind a földi mind az űrbéli munkakörnyezetekben, ez kb. 600-1000 mSv dózist jelent. Az ábrán látható, hogy az ESA és az RSA egységesen 1000 mSv-ben határozta meg az életpályára vonatkozó megengedett maximális sugárdózist, a NASA-nál pedig a megengedett maximális érték 1 éves küldetések esetén életkortól függően 620-1470 mSv között mozog.
A különböző űrkutatási hivatalok által engedélyezett maximális sugárdózisok összehasonlítása.
Maga a részecskesugárzás alapvetően két forrásból származik: kb. 3%-a a Napkitörésekből érkezik (SEPs), ez ellen a Föld magnetoszférája és az űrhajók szerkezeti elemei is viszonylag jól védenek. Ennél jelentősebb, kb. napi 1,8 mSv sugárdózist jelent a magasabb energiájú galaktikus kozmikus sugárzás (GCRs), amelynek forrásai a szupernóvarobbanások, a szupernehéz galaxismagok és más nagy energiájú események.
A galaktikus forrásokból jövő nagy energiájú részecskék ellen viszont nehéz védekezni, mert nagy az áthatolóképességük, és ha elnyelődnek, akkor is másodlagos részecskezáport idéznek elő. A légkörnek megfelelő árnyékoláshoz 130 cm vastag acélfal vagy 64 cm vastag ólomfalra lenne szükség. Ez pedig annyira megnövelné az űrhajó tömegét, hogy a Föld körüli pályára állítása és az utazósebességre történő gyorsítása csillagászati összegekbe kerülne, ezért esélytelen.
Meg kell tehát elégedni olyan alternatív megoldásokkal, mint pl. óvóhely kialakítása a részleges védelmet biztosító víztartály közepén és napkitörésjelző rendszer az űrhajósok időben történő riasztására. A Mars viszonylag vékony légköre önmagában szintén kevés védelmet jelent. A bolygófelszínt napfoltminimum esetén éves szinten 263 mSv sugárzás éri, viszont Francis Cucinotta, a NASA egyik vezető kutatója és kollégái által közölt eredmény szerint napfoltmaximum alatt ez közelítőleg 50%-ára csökken, mivel a Napból érkező részecskék elnyelik a galaktikus sugárzás egy részét. Már 5 m vastag talajtakaró elegendő lehet a földi alacsony sugárzási viszonyok eléréséhez, és ezt a tervezett emberes küldetések ki is akarják használni.
A RAD által szolgáltatott eredmény a NASA-nak nem túl bíztató, hiszen Mars-programjában 12 hónapos oda-vissza út és 18 hónapon Marson tartózkodás szerepel, így az össz-sugárdózis fiatal űrhajósok esetén jócskán meghaladhatja a NASA által jelenleg biztonságosnak ítélt értéket. Jó hír viszont a Mars One program számára. Esetükben a 386 mSv jóval a NASA és más űrügynökségek által meghúzott határok alá esik, mivel nem lesz visszaút, a Mars felszínén pedig terveik szerint 11 m vastag talajréteggel védik majd a kolónia lakóit a sugárzástól és személyre szabottan korlátozzák majd a felszíni munkával eltöltött időt.
Radiation Assessment Detector (RAD)
A Radiation Assessment Detector (RAD) egy részecskeanalizátor, amely a részecskesugárzást a teljes energiaspektrumban vizsgálja az Mars Science Laboratory (MSL) teljes útja során beleértve az űrutazást és a Mars felszínén megtett utat. Az energiatakarékosság miatt a tervek szerint óránként 15 percig végez mérést. A RAD legfontosabb céljai többek között: a Mars felszínét érő részecskesugárzás energiaspektrumának meghatározása, a felszínen várható emberi sugárdózis meghatározása és az atmoszféra sugárzásáteresztő képességét leíró modellek ellenőrzése.
Sievert
Az ionizáló sugárzás mennyiségét annak biológiai hatása alapján értékeli, és a szövetekben (emberben) elnyelődött sugárzás mértékegysége. 1 Sv = J/Kg*W, ahol W az adott sugárzástípusra és szövetfajtára jellemző súlyozó tényező.
Források:
- NASA (2013) Data from Rover's Voyage to Mars Aids Planning
- Francis A. Cucinotta, Ph.D. (2013) Radiation Risk Acceptability and Limitations.
- Ulrich Straube et al. (2009) Operational Radiation Protection for European Astronauts