Радиационный риск длительных космических полетов

    Основными детерминированными источниками радиационной опасности при осуществлении полета к Марсу являются галактическое космическое излучение (ГКЛ) и излучение радиационных поясов Земли (РПЗ). Кроме того, в периоды максимума солнечной активности (СА) космонавты будут подвергаться кратковременным стохастическим воздействиям от солнечных космических лучей (СКЛ).
    Недавние проработки показали, что если использовать двигательный комплекс, состоящий из модулей большой и малой тяг и включающий жидкостной реактивный двигатель (ЖРД) и ядерно-энергетическую двигательная установку (ЯЭРДУ), то можно значительно сократить время пребывания в РПЗ и продолжительность всей экспедиции с 745 до 530-615 суток. При полете с использованием комбинированной схемы ЖРД + ЯЭРДУ радиационную опасность для экипажа в основном представляют ГКЛ и СКЛ. Протоны и электроны РПЗ в этом случае перестают представлять существенную опасность ввиду быстрого пересечения марсианским кораблем РПЗ.
    Обобщенная доза от ГКЛ определялась на основе значений мощности среднекостномозговой дозы или близкого к ней значения среднетканевой дозы.

β − постоянная восстановления на уровне организма, равная 0,02 1/сут.

Степень опасности воздействия СКЛ

    При рассмотрении конкретной защиты космического аппарата (КА) для расчетов доз использовали представленные в литературе зависимости мощности среднетканевой эквивалентной дозы ГКЛ для шарового фантома, представляющего стандартизованную модель тела человека, от толщины защиты для периодов максимума и минимума СА.
    Для периода максимума и минимума СА выражение для мощности среднетканевой эквивалентной дозы (сЗв/сут) в зависимости от толщины защиты Х космического аппарата из алюминия (г/см²) имеет вид:

D_ГКЛ = 1/365 [5 exp(-X/6.45) + 24 exp (-X/85.5)] − максимум СА   
D_ГКЛ = 1/365 [41.5 exp(-X/2.8) + 48 exp (-X/85.5)] − минимум СА

ГКЛ характеризуется относительно жестким спектром, простирающимся до сотен ГэВ. Оно мало ослабляется с толщиной защиты, как это следует из представленных уравнений, и дозы за год для периода минимума СА оказываются достаточно высокими и в 2 – 2, 5 раза превышают величины доз для периода максимума СА. Поэтому реальный полет к Марсу планируется проводить именно в период максимума СА. При этом вес физической защиты марсианского корабля будет существенно меньшим и в большей степени связан с системами жизнеобеспечения.
    Степень опасности воздействия СКЛ можно представить на основе расчетов локальных эквивалентных доз за различными толщинами защиты от ряда СПС 19-22 солнечного цикла, а также среднетканевых эквивалентных доз, которые представлены в таблице 4.

Таблица 4.

Локальные и среднетканевая эквивалентные дозы от интенсивных СПС 19-22 солнечных циклов за различными толщинами защиты, сЗв

Радиационное убежище

    Как следует из данных таблицы 4, при малой толщине защиты КА величины доз для наиболее мощных солнечных протонных событий (СПС) могут достигать высоких значений и представляют большую опасность для космонавтов. Однако, СПС являются кратковременными и спектр СКЛ оказывается более мягким по сравнению с ГКЛ. Поэтому защита от протонов может быть успешно обеспечена с помощью использования специального радиационного убежища (РУ).
    На основе анализа СПС 19 и 20-го солнечных циклов разработан нормативный документ
ГОСТ 25645.134-86 «Лучи космические солнечные. Модель потоков протонов». На основе этого документа, а также с использованием ряда других ГОСТ-ов и Методических указаний по проблеме «Безопасность радиационная экипажа космического аппарата в космическом полете» (БРЭКАКП) проводили расчеты эквивалентной дозы в теле космонавтов от СКЛ при осуществлении полета к Марсу, равноценной дозы и величин обобщенной дозы, используемой для расчетов радиационного риска.
    В промежутках между воздействиями после i −1 события обобщенная доза Н_Б (t) уменьшается в связи с реализацией восстановительных процессов по экспоненциальному закону:

(t) = (t_i-1)exp[-β(t − t_i-1)].

После реализации i-го события обобщенная доза возрастает на величину обобщенной дозы от этого события:

(t_i) = (t_i-1)exp[-β(t_i − t_i-1)] + H_Б(t_i).

Метод Монте-Карло

    При расчете обобщенных доз в процессе длительного межпланетного полета использовали метод статистических испытаний Монте-Карло. Осуществляли розыгрыш 10⁴ историй полетов. В каждой истории к расчетному значению обобщенных доз от хронического воздействия ГКЛ прибавляли значения обобщенных доз от кратковременных воздействий СКЛ, которые также разыгрывались с использованием модели потоков протонов.
    Определение радиационного риска в процессе осуществления межпланетного полета различной продолжительности проводили на основе временного характера распределения обобщенных доз, используя представленную в литературе нами зависимость вероятности гибели человека от дозы острого облучения.
    Радиочувствительность человека и животных подчиняется нормальному распределению Гаусса от дозы. Вероятность гибели характеризуется сигмоидной кривой и определяется на основе интеграла вероятности:

где t – нормированное по отношению к среднеквадратичному σ отклонение от среднелетальной дозы Н_50/60, определяемое на основе соотношения: t = (Н_Б – Н_50/60)/σ.
    В каждой из разыгрываемых методом Монте-Карло историй межпланетного полета исследуемой продолжительности выбирали максимальные значения обобщенных доз и определяли риск смертности для отдельных периодов по 60 суток и для всей длительности полета. Затем рассчитывали среднее значение риска на основе 10⁴ историй.

Зависимость вероятности гибели от дозы острого кратковременного облучения

Рис.16. Зависимость выживаемости мужчин в ближайшем периоде от дозы при равномерном остром облучении. Пунктиром представлена кривая для больных людей, облучавшихся в клинике с терапевтической целью.

    Из литературных данных установлено, что зависимость вероятности гибели в пробитах от дозы острого кратковременного облучения в ближайшие 60 суток после облучения может быть записана в виде:

y₁ = 1,8 + 0,97 10^-2 Н_Б,

где Н_Б – обобщенная доза, сЗ_в, а y₁ – пробит – смещенное на 5 единиц значение верхнего предела интеграла вероятности (y₁ = х +5 ).
    Таким образом, дозы облучения, приводящие к 1%, 10%, 50% и 90% гибели относительно здоровых мужчин, составляют 90, 200, 330 и 460 сЗв соответственно.
    Вероятность выживания в пробитах от дозы острого облучения будет определяться на основе выражения :

y = 8,2 - 0,97 10^-2 Н_Б.

    На Рис. 16 представлены кривые вероятности выживания в пробитах для человека в зависимости от дозы острого кратковременного облучения.
    В каждой из разыгрываемых методом Монте-Карло историй межпланетного полета исследуемой продолжительности выбирали максимальные значения обобщенных доз и определяли риск смертности для отдельных периодов по 60 суток и для всей длительности полета. Затем рассчитывали среднее значение риска на основе 10⁴ историй.

Значения демографического и радиационного риска для космонавтов в возрасте 40 лет

    На Рис.17 представлены рассчитанные значения демографического и радиационного риска для космонавтов в возрасте 40 лет в процессе межпланетного полета в период максимума СА за различной толщиной радиационного убежища (Х_ру). Толщина бортового обитаемого отсека (Х_БО) принята минимальной 1 г/см²алюминия.
(Демографический риск - вероятность гибели 40 летних мужчин в России за соответствующий период).

Рис. 17. Демографический н радиационный риск для космонавтов в возрасте 40 лет в процессе межпланетного полета различной толщины защиты радиационного убежища
(максимум CA,X_6o = 1 г/см²).

    При осуществлении полета за минимальной толщиной защиты общий риск гибели космонавтов в условиях воздействия радиационного фактора увеличивается приблизительно в 1,55 раза по сравнением с демографическим риском Rdem. Использование специального радиационного убежища в момент развития СПС с толщиной защиты до 20 г/см² алюминия приводит к существенному снижению величины радиационного риска.
    При толщинах защиты 5; 10; 20 и 50 г/см² радиационный риск составит 29%; 20%; 14% и 12,5% от демографического риска. Дальнейшее после 20 г/см²увеличение толщины защиты радиационного убежища, как это следует из данных Рис.17, не приведет к заметному снижению радиационного риска, поскольку значения эквивалентных доз на костный мозг будут в основном определяться воздействием ГКЛ.
    В случае, когда длительность планируемой экспедиции к Марсу суммарно не превысит 2-х лет, средние оценки радиационного риска за полет для космонавтов в возрасте 40 лет при толщинах защиты радиационного убежища 10 и 20 г/см² составят 3,9·10^-3 и 2,8·10^-3 соответственно.
    Радиочувствительность человека и животных увеличивается, а устойчивость организма снижается в старших возрастных группах. Увеличивается и величина радиационного риска в процессе полета в абсолютном выражении для космонавтов более старшего возраста. Расчеты показали, что радиационный риск для космонавтов других возрастов T₀ меньших и больших 40 лет может быть определен на основе простого соотношения:

R_rad(Т₀) = R_rad(40) exp[0,062 (T₀ – 40)].

    Как показали расчеты, радиационный риск в процессе полета, как и демографический риск, существенно возрастают с увеличением возраста космонавтов. Эти риски для космонавта в возрасте 50-ти лет более, чем в 3 раза превышают риски для космонавта в возрасте 30-ти лет. Однако, следует отметить, что отношение радиационного риска к демографическому не зависит от возраста космонавтов и длительности полета, а зависит только от толщины радиационного убежища.
    Для определения радиационной опасности для космонавтов при осуществлении экспедиции к Марсу важно оценить не только значение радиационного риска в процессе полета, но определить также суммарное значение радиационного риска в течение всей жизни космонавтов, учитывая не только вероятность развития онкологических заболеваний, но также риск развития неопухолевой отдаленной патологии в результате радиационного воздействия.
    Расчеты суммарного радиационного риска и возможного сокращения продолжительности жизни космонавтов в результате осуществления межпланетных полетов различной продолжительности оказалось возможным проводить на основе модели радиационной скорости смертности млекопитающих, рассмотренной выше и определяющей скорость снижения объема компенсаторных резервов организма и преждевременное его старение в зависимости от дозы и мощности дозы радиационного воздействия.

Алгоритм расчета суммарного радиационного риска в течение жизни космонавтов и оценки возможного сокращения продолжительности жизни в результате радиационного воздействия в межпланетном космическом полете

    Функция дожития, обычно используемая в демографии для когорты в возрасте t и определяющая вероятность дожить к какому-то возрасту Т, обычно представляется следующим уравнением:

    Следующее уравнение относится к людям в случае радиационного воздействия в обобщенной дозе Н. Оно в соответствии с моделью радиационной скорости смертности, рассмотренной выше, отличается множителем eхр(ВН₀):

где µ_rad (τ) = µ(τ) eхр (ВН₀). Коэффициент В установлен на основе представленных в литературе радиобиологических данных и составляет 0,36 1/Зв.
Суммарный радиационный риск в течение всей жизни космонавтов к возрасту Т=70 лет равен разности функций дожития R = V(T) − V_rad (T), а сокращение средней предстоящей продолжительности жизни (ССППЖ) можно вычислить на основе уравнения:

Суммарный радиационный риск космонавтов к возрасту 70 лет после завершения межпланетного полета различной продолжительности

    На Рис. 18 и 19 представлены расчетные значения суммарного радиационного риска для космонавтов к возрасту 70 лет и сокращения продолжительности предстоящей жизни после завершения межпланетного полета различной продолжительности в период максимума СА при различных толщинах радиационного убежища и для двух толщин защиты бытовых отсеков (Х_бо), равных 1 и 50 г/см² алюминия.

Рис. 18. Суммарный радиационный риск космонавтов к возрасту 70 лет после завершения межпланетного полета различной продолжительности в период максимума СА при различных толщинах радиационного убежища Хру (максимум СА, Xбо = 1 г/см2 и Xбо = 50 г/см2)

Рис. 19. Сокращение предстоящей продолжительности после завершения межпланетного полета различной продолжительности в период максимума СА при различных толщинах радиационного убежища Хру (максимум СА, Xбо = 1 г/см2 и Xбо = 50 г/см2)

    Как показывают расчеты и видно из данных, представленных на рисунках, при увеличении толщины защиты радиационного убежища (Х_ру) в пределах 1-20 г/см², наблюдается существенное уменьшение величин суммарного радиационного риска и ожидаемого сокращения продолжительности предстоящей жизни.
    При дальнейшем увеличении толщины защиты РУ и минимальной толщине БО (Х_бо=1 г/см²) величины суммарного радиационного риска и СППЖ почти не меняются, что при данных больших толщинах связано с преобладающим вкладом ГКЛ в суммарную дозу. При компоновке оборудования на борту корабля с увеличением защиты бытовых отсеков до 50 г/см² суммарный радиационный риск может быть снижен приблизительно в 2 раза.
    Абсолютные значения радиационного риска для полета продолжительностью 2 года, осуществляемого в период максимума СА, при толщине защиты Х_РУ = 20 г/см²составят в этом случае 0,08 и 0,04, а ожидаемое СППЖ 2,4 и 1,2 года.
    Нами на основе рассчитанных значений среднетканевых эквивалентных доз при осуществлении межпланетного космического полета (в предположении, что эквивалентные дозы во всех органах одинаковы) и материалов, представленных в литературе о моделях канцерогенного риска, проведены также оценки радиационного риска развития опухолей в течение жизни космонавтов, начинающих полет в различном возрасте.
    Для канцерогенного риска получены максимальная и минимальная оценки без учета и с учетом, соответственно, коэффициентов редукции дозы, обусловленных малыми значениями мощности дозы.

Зависимости суммарного радиационного риска и риска развития опухолей в течение жизни космонавтов от их возраста

Рис.20. Зависимости суммарного радиационного риска и риска развития опухолей в течение жизни космонавтов от их возраста после завершения двухгодового межпланетного полета, осуществляемого в период максимума СА (Xбо = 1 г/см2).

Риск неопухолевой отдаленной патологии

    Факт наличия значительного радиационного риска неопухолевой отдаленной патологии нашел свое подтверждение по данным ряда эпидемиологических исследований.
    Это результаты 50-тилетних наблюдений жителей Хиросимы и Нагасаки; 35-45-летних наблюдений работников п/о Маяк (Челябинск); 15–летних обследований ликвидаторов и населения после аварии на ЧАЭС.
    При 35-45-летних обследованиях работников п/о Маяк по мере увеличения сроков наблюдения и при дозах облучения 150-400 сЗв отмечено увеличение нарушений в системе кровообращения, в том числе недостаточности мозгового кровообращения, развитие церебрального атеросклероза (ЦА), более быстрое (по сравнению с контролем) возрастание частоты гипертонии, инфарктов миокарда и мозговых инсультов.
    При 35-50-летних исследованиях здоровья жителей Хиросимы и Нагасаки и при 15-летних обследованиях состояния здоровья ликвидаторов аварии на ЧАЭС также отмечены более ранние нарушения системы кровообращения, повышенные частоты развития гипертонии, цереброваскулярных болезней, смертности от инфарктов и инсультов при дозах, превышающих 200 сЗв
    Сравнительные данные расчетных значений радиационного риска в процессе полета и в течение жизни показывают, что за защитой толщиной более 10 г/см² алюминия абсолютные значения суммарного радиационного риска в 10-20 раз превышают значения радиационного риска в процессе полета, поскольку в этом случае рассматривается, во-первых, существенно более длительный срок, а во-вторых − развитие патологии в основных регуляторных системах организма, а не только в системе кроветворения.
    Следует также отметить, что суммарный радиационный риск смертности к 70 годам в отличие от риска в процессе полета очень слабо зависит от возраста космонавтов на начало полета и его можно считать практически независимым от возраста. Учитывая указанные выше положения, суммарный радиационный риск в течение жизни космонавтов, а также возможное сокращение средней предстоящей продолжительности жизни являются наилучшими показателями для оценки опасности радиационного воздействия, которое имеет место в условиях космического полета. Эти показатели следует использовать при нормировании радиационного воздействия в условиях космического полета.
    Именно суммарный радиационный риск в течение жизни космонавтов положен в основу предельного значения дозы 100 сЗв за весь период профессиональной работы космонавтов в случае осуществления орбитальных полетов, которое установлено в последнем нормативном документе (Методические указания МУ 2.6.1. 44-03-2004 «Ограничение облучения космонавтов при околоземных космических полетах». При этой дозе суммарный радиационный риск для космонавтов не превысит 10%, а сокращение продолжительности жизни составит 3±1 год.

Оценка радиационной опасности для членов экипажей при осуществлении орбитальных космических полетов на основе расчетных методик и данных бортового и индивидуального дозиметрического контроля

    Среднетканевые поглощенные дозы от ГКЛ и радиационных поясов Земли (РПЗ) в результате осуществления орбитальных полетов на ОС МИР были оценены на основе расчетов доз в отсеках станции и внутри стандартизованного фантома и уточнены по результатам бортовой дозиметрии и измерениям индивидуальных доз у членов экипажей в конце полета
    Дозы от СКЛ внутри орбитальных станций, как показали расчеты методом Монте-Карло для реальных толщин защиты ОС и с учетом коэффициента ослабления дозы (К) за счет отклонения протонов магнитным полем Земли, оказались почти на 2 порядка ниже, чем суммарная доза от ГКЛ и РПЗ. Поэтому при оценках суммарного радиационного риска дозы от СКЛ пока не учитывались.

Эффект экранировки СКЛ магнитным полем Земли

Рис. 21. Зависимость коэффициента ослабления дозы от СКЛ (К) от интенсивности геомагнитного возмущения U для круговой орбиты высотой 400 км с наклонениями 51^о и 65^о для толщин защиты 1 и 3 г/см².

    Из рисунка отчетливо видно существенное ослабление дозы СКЛ на орбите с наклонением 51.

Схема базового блока станции "МИР"

Р-16 − место размещения штатного дозиметра;
ККК − каюта командира корабля;
СБД − салон большого диаметра;
СМД − салон малого диаметра;
ЦПУ − центральный пульт управления;
ПХО − переходной отсек.

Расчетные среднесуточные значения поглощенных доз (мкГр) для периодов максимума и (минимума) СА

    Ниже в таблице представлены расчетные среднесуточные значения поглощенных доз (мкГр) для периодов максимума и минимума СА для 6 зон станции (мест преимущественного пребывания экипажа во время полета и места расположения ионизационной камеры Д2 штатного бортового дозиметра Р-16.
    Максимальная доза соответствует дозе в точке без дополнительной защиты (в отсутствии фантома). При определении относительных величин доз по глубине фантома: доз на кожу, кроветворную систему (КТС), желудочно-кишечный тракт (ЖКТ), за 1,0 принимали расчетное значение поглощенной дозы в месте расположения ионизационной камеры Д-2 радиометра Р-16, которые составили 272 и (576) мкГр для периодов максимума и минимума СА. Относительные величины доз представлены в таблице курсивом.

Значения среднесуточных доз (мкГр) в обитаемых зонах ОС «МИР» от протонов РПЗ и ГКЛ в периоды максимума (минимума) солнечной активности (СА)

    Из данных таблицы можно видеть, что перепады доз по обитаемым зонам станции имеют существенное значение и в максимальном случае могут достигать 6 раз. Большой перепад доз объясняется заметным влиянием участков с ослабленной защитой: переходной отсек (ПХО), центральный пост управления (ЦПУ), кабина командира корабля (ККК) и кабина бортинженера (КБИ).
    Для установления среднесуточного значения локальной поглощенной дозы в периоды максимума и минимума СА нужно учесть в среднем циклограмму работы космонавтов на станции. Анализ показал, что среднесуточная доза по показанию камеры Д2 штатного дозиметра с достаточной точностью представляет среднесуточную поглощенную дозу облучения космонавтов на станции «МИР».
    Аналогичные расчеты, проведенные для представительных точек кожи и кроветворных органов в стандартизованном шаровом фантоме, показали, что поглощенная доза на кожу составляет в среднем по циклограмме значения ~0,63 и ~0,7 от показаний ионизационной камеры Д2 радиометра Р-16 для периодов минимума и максимума СА, соответственно. Среднекостномозговая доза для этих же периодов СА составила 0,36 и 0,44 от значений радиометра Р-16. Расчеты среднетканевой дозы для стандартизованного шарового фантома показали, что она составляет значение 0,7 от дозы на кожу.
    Абсолютные значения доз, представленные в таблице, рассчитаны с точностью 30-40%. Это обусловлено некоторой неопределенностью моделей источников космических излучений, неопределенностью модели защищенности станции и характера глубинных распределений доз от этих источников, неопределенностью, возникающей при учете вклада вторичных излучений. Однако при вычислении отношения абсолютных величин доз в различных отсеках станции и внутри фантома исключается возможная систематическая ошибка расчета, и относительные величины доз имеют меньшую погрешность, которая находится в пределах 10-20%.
    С целью проверки результатов расчетов они были сопоставлены с результатами индивидуальной дозиметрии членов экипажей основных экспедиций, осуществленных на станции «МИР» с помощью сборок термолюминесцентных дозиметров. Показания индивидуальных термолюминесцентных дозиметров соответствуют поглощенной дозе на кожу космонавтов с учетом реальной усредненной циклограммы их работы на станции за весь период работы. Всего проанализировано 53 индивидуальные сборки термолюминесцентных дозиметров (ТЛД) за все 28 экспедиций на станции МИР.
    Нами отмечено достоверное различие отношений средних значений индивидуальных доз, полученных членами экипажей за экспедиции, и доз на основе данных камеры Д2 штатного радиометра Р-16 в периоды максимума и минимума СА. Поэтому эти относительные значения анализировались раздельно по экспедициям для периодов максимума и минимума СА.
    Для периода минимума СА (средние данные, начиная с 14 по 21-ю основные экспедиции в период 1993-1996 гг.) отношение индивидуальных доз за экспедицию (поглощенная доза на кожу по 18 сборкам ТЛД) к поглощенным дозам, оцениваемым по показаниям ионизационной камеры Д2 радиометра Р-16, (М ± σ) составило 0,53±0,10.
    Указанная величина отношения доз, полученная в результате измерений на станции «МИР», находится в достаточно хорошем согласии с результатами расчетов по данным таблицы. Выше было показано, что коэффициент пересчета доз на кожу для периода минимума СА составил ~0,63. Различие находится в пределах указанной точности расчетов доз (10-20%) и в пределах ошибки отношения доз по показаниям дозиметров ТЛД и камеры радиометра Р-16, которая также может заключаться в пределах 20%.
    Для периода максимума СА (средние данные со 2-й по 8-ю основные экспедиции за периоды 1987-1991 гг. и за 24-27 основные экспедиции в течение 1997-1999 гг.) отношение доз по показаниям термолюминесцентных дозиметров ТЛД (21 сборка) к поглощенным дозам, оцениваемым по показаниям ионизационной камеры Д2 радиометра Р-16, (М ± σ), оказалось равным 1,0 ± 0,20, в отличие от периода минимума СА. Увеличились среднеквадратичное отклонение и вариабельность показаний дозиметров ТЛД по отдельным членам экипажей.
    В пределах указанной точности с целью максимальной оценки радиационной опасности можно принять, что при полетах в период максимума СА поглощенная доза на кожу равна дозе по показаниям камеры Д2 радиометра Р-16.
    Большие значения относительных доз, отмечаемые по результатам измерений за экспедицию, по сравнению с результатами расчетов (таблица), могут быть объяснены большим относительным вкладом ГКЛ в среднесуточную поглощенную дозу и большей жесткостью спектра излучений в этот период СА. Наблюдается меньшее ослабление излучения телом космонавта, и показания индивидуальных дозиметров приближаются к значениям доз, отмечаемым по ионизационной камере Д2 радиометра Р-16.

Максимальная оценка суммарного значения среднетканевой эквивалентной дозы за полет

    Таким образом, коэффициент перехода от показаний канала Д2 радиометра Р-16 к среднетканевой поглощенной дозе КПС в фазы минимума и максимума СА составит, соответственно, 0,35 и 0,70 от дозы, установленной по показанию камеры Д2 радиометра Р-16. Для периодов перехода от фазы минимума СА к фазе максимума СА и обратного перехода можно принять среднее значение коэффициента перехода КП_С, равное 0,52.
    Нами проведены оценки дополнительного вклада локальных и альбедных нейтронов в величину суммарной эквивалентной дозы. Применительно к определению эквивалентной дозы на кроветворные органы или среднетканевой эквивалентной дозы вклад нейтронов в суммарную дозу от ГКЛ и РПЗ может составлять 15-20%. Таким образом, максимальная оценка суммарного значения среднетканевой эквивалентной дозы за полет (сЗв) может быть определена с использованием данных бортовой дозиметрии на основе следующего уравнения:

D = D_(P-16) · КП_с · KK · 1,2

где D_(P-16) – поглощенная доза за полет по каналу Д-2 радиометра Р-16, (сГр); КП_С – коэффициент перехода от показаний радиометра Р-16 к среднетканевой поглощенной дозе; КК – средние значения коэффициента качества космических лучей, которые равны 2,1 и 2,6 для периодов минимума и максимума СА.

Зависимость коэффициентов качества космических излучений на орбите станций МИР в различные периоды СА (на основе расчетов и измерений спектров ЛПЭ)

Динамика изменения мощности дозы внутри станции МИР за 28 основных экспедиций по данным ионизационной камеры Д2 радиометра Р-16

Аппроксимация усредненных по месяцам среднесуточных мощностей поглощенных доз, измеренных на станции «МИР».

    На основе литературных источников и данных о поглощенных дозах за основные экспедиции на ОС МИР по каналу Д2 радиометра Р-16, используя уравнение (5) и указанные выше значения коэффициентов КПС и KK, можно оценить среднесуточные значения среднетканевых эквивалентных доз на членов экипажа на ОС «МИР» в различные периоды солнечной активности.
    Эти значения за полет в период максимума, минимума и промежуточного периода СА составили соответственно 437, 529 и 483 мкЗв/сут. Соответствующие значения доз за годовой полет оцениваются в 16,0; 19,3 и 17,6 сЗв, соответственно.
    В ряде работ было показано, что имеет место линейная зависимость суммарного радиационного риска от длительности орбитального космического полета при суммарных обобщенных дозах, не превышающих 150 сЗв. На основе этих работ можно представить уравнение для расчета суммарного радиационного риска в течение всей жизни космонавтов на основе оцененных значений обобщенных доз:

R_полн = 0,13·10^-2 Н,

где Н – обобщенная эквивалентная доза, сЗв.

Максимальная оценка величин суммарного радиационного риска в течение жизни космонавтов от излучений, воздействующих на экипаж в условиях полетов на станции «МИР»

    Расчеты поглощенных доз внутри орбитальной станции «МИР», представленные в нескольких работах, показывают, что вклад ГКЛ в поглощенную дозу максимален в период максимума СА и может составить до 50%. С учетом дополнительного воздействия нейтронов вклад плотноионизирующих излучений в эквивалентную дозу может достигать 70%. В этом случае можно представить уравнение для максимальных оценок величин суммарного радиационного риска в течение жизни космонавтов от излучений, воздействующих на экипаж в условиях полетов на станции «МИР», непосредственно на основе среднетканевой эквивалентной дозы за полет:

R_полн = 0,10·10^-2 D,

где D – среднетканевая эквивалентная доза, сЗв.
    На основании материалов этих и ряда других исследований можно представить также уравнение для оценки возможного сокращения предстоящей продолжительности жизни:

ΔT_o = [3,05 – 0,04 (T_o – 40)]10^–2 D

где T_o – возраст космонавтов, выраженный в годах.
    Далее представлены значения радиационного риска отдаленных неблагоприятных проявлений в результате годового полета космонавтов на ОС «МИР», а также значения радиационного риска и сокращения продолжительности жизни при осуществлении годового орбитального полёта на ОС МИР.

Суммарный радиационный риск в течение жизни космонавтов после межпланетного или орбитального полетов в различные периоды СА (Хбо = 30 г/см2).

Сокращение предстоящей продолжительности жизни у космонавтов после завершения межпланетного или орбитального полётов в различные периоды СА (Хбо = 30 г/см2).

Расчетные значения среднетканевых эквивалентных доз для космонавтов в результате годового полета на ОС «МИР» в различные периоды СА

К оценке риска для космонавтов при орбитальных полетах на МКС

    Анализ соотношения мощностей доз на орбитальных станциях МИР и МКС при их совместном полете в конце 2000 г. по датчикам Д2 радиометра Р-16, сопоставление функций экранированности для других отсеков МКС, данных бортовой и индивидуальной дозиметрии за 8 экспедиций МКС, которые проведены в работе (В.В.Цетлин и др, 2005), показал, что защита Российского модуля МКС за счет суммарного комплекса оборудования и других модулей является существенно выше, чем на ОС МИР, так что мощность дозы оказывается сниженной по оценке авторов в 1,5 раза.
    Соответственно ниже оказываются расчетные значения суммарного радиационного риска в течение жизни для космонавтов за годовой полет и оценки возможного сокращения продолжительности жизни (см. таблицу на следующем слайде).

Расчетные значения среднетканевых эквивалентных доз для космонавтов в результате годового полета на ОС «МКС» в различные периоды СА

Результы проведенных в последние годы работ в ГНЦ РФ - ИМБП РАН по радиационной безопасности

• суммарные значения радиационного риска в течение жизни космонавтов;
• оценки возможного снижения работоспособности космонавтов в отдаленном периоде после завершения ряда межпланетных и орбитальных полетов различной продолжительности;
• оценки сокращения продолжительности жизни.

    В новых нормативах предельные значения доз для космонавтов за весь период их профессиональной деятельности были обосновано снижены в 4 раза МУ 2.6.1. 44-03-2004 по сравнению с нормами, установленными в 1985 г. (ГОСТ 25645 215-85).