Максим Леонидович Литвак — доктор физико-математических наук, профессор РАН, работает в Институте космических исследований, отделе ядерной планетологии, участник Виртуального тура по ИКИ РАН — проекта Российского научного фонда «Наука в формате 360°». Вместе с коллегами занимается исследованиями планет Солнечной системы, используя методы ядерной физики. Несколько приборов, созданных здесь, работают на МКС, на различных зарубежных аппаратах, которые занимаются изучением небесных тел и наблюдением за ними, в том числе — за Луной и Марсом. Сейчас на космическом аппарате BepiColombo летит к Меркурию еще один прибор, в создании которого принимал участие ученый.
В состав этих приборов входят нейтронные детекторы, основная задача которых — искать воду или лед в планетном грунте, а еще измерять нейтронное излучение, ведь оно дает существенный вклад в радиационный фон в космосе. А это важно для будущих пилотируемых космических миссий.
Мы встретились с Максимом Леонидовичем, чтобы поговорить о его проектах и их важности для освоения космоса.
— Максим Леонидович, одна из ваших работ посвящена нейтронной компоненте радиационного фона Луны и Марса. Расскажите, пожалуйста, о проекте, как родилась его идея.
Мы сейчас стоим на пороге космической экспансии. И первой остановкой на этом пути будет Луна. Предполагаю, что случится это довольно скоро — к 2030 году. Еще одна планета, куда смотрит человечество, в том числе и благодаря прессе и идеям Илона Маска, — Марс. Пребывание на поверхности Луны и Марса, длительность полета — лететь до Марса больше полугода — сопряжены с воздействием большого радиационного фона. Это одна из самых больших опасностей в длительных путешествиях за пределы орбиты Земли. И в этот фон существенный вклад вносит нейтронная компонента. Она может составлять от единиц до десятков процентов в зависимости от ситуации. Поэтому, учитывая, что у нас есть приборы, которые работают и на орбите Луны, и на орбите и поверхности Марса, мой шеф, руководитель отдела ядерной планетологии Игорь Георгиевич Митрофанов предложил реализовать проект, который бы позволил изучить нейтронную компоненту радиационного фона, используя и экспериментальные данные, которые есть благодаря нашим приборам, и численные расчеты.
— Какое практическое применение она может найти в космонавтике?
Наша основная задача — предсказать нейтронный фон на орбите, поверхности и в приповерхностном слое грунта Луны и Марса. Есть два аспекта, которые важно рассмотреть: радиационный фон в обычных условиях, когда нет активности Солнца, и радиационный фон в условиях активного Солнца. Например в период, в который мы сейчас живем, Солнце находится на пике активности. Сейчас периодически происходят солнечно-протонные события, которые влияют на планеты Солнечной системы. И если у Земли есть защита в виде магнитного поля и толстой атмосферы, то у Луны и Марса нет такой защиты, тем более ее нет у космонавтов, которые будут находиться в космическом корабле в дальнем перелете к Марсу. А ведь одно такое очень сильное событие может нанести существенный урон здоровью космонавтов за несколько дней или даже часов. Пока оно длится, космонавт может получить предельную дозу, которая допускается космическими стандартами. И это нужно учитывать.
В условиях спокойного Солнца мы можем предсказать радиационный фон, а вот в период активности — нет. Это игра в рулетку. Случится ли событие сейчас или не случится вовсе, мы не знаем наверняка. Все что мы можем, исходя из истории сильных солнечных событий, которые наблюдали на Земле, давать оценки и предсказывать риски, помогая их учитывать специалистам, которые будут заниматься подготовкой пилотируемых экспедиций.
— Насколько высок радиационный фон на Луне и Марсе?
Попадая на поверхность Луны или Марса, космонавт столкнется с сильным радиационным облучением в среднем в сто раз превышающим тот фон, в условиях которого живет обыватель в повседневной жизни. Космонавтам разрешено получать существенно большую дозу, чем обычному человеку, и даже больше, чем работникам атомной промышленности. Но на Луне фон будет в два раза выше, чем на МКС. И если на МКС космонавт может находиться не более года, то на Луне этот срок будет значительно меньше. Потому важно обеспечить защиту от радиации: это могут быть естественные укрытия, например пещеры, или искусственные сооружения, например построить лунную базу под поверхностью. Из-за логистики с Марсом ситуация еще хуже: на поверхности радиационная обстановка сопоставима с лунной, но до него еще надо долететь. Эксперты оценивали стандартные маршруты — экспедиция может занять до тысячи дней: половина — это только полет туда и обратно и 500 дней на поверхности. И получается, что суммарная доза, которую получит космонавт в этой экспедиции, может быть больше допустимой. При этом мы говорим только про условия спокойного Солнца. Соответственно, нужно думать, как защитить космонавта.
— Пребывание на глубине Луны безопаснее?
Да, но и там есть нюансы: заглубляться надо на полтора-два метра, чтобы обеспечить комфортные условия. Верхний слой защитит вас от радиации. Если углубление будет от нескольких сантиметров до полуметра, доза только возрастет за счет вторичного излучения, и это связано именно с нейтронной компонентой. Нейтроны имеют высокий поражающий фактор. Потому в качестве гипотетических укрытий обычно любят рассматривать лавовые трубки, достаточно глубокие пещеры вулканического происхождения.
— Как будет организована защита космонавтов в таких условиях?
На поверхности необходимо строить мощные укрытия. Космонавты в скафандрах смогут выходить на поверхность на достаточно длительное время, учитывая солнечную активность, чтобы минимизировать риск оказаться далеко от базы во время сильного солнечно-протонного события.
А вот если говорить о космических перелетах, в условиях, когда мы выходим за магнитосферу Земли, то здесь еще не придумана такая схема, которая бы полностью решала вопрос с радиационным фоном. Ведь космический корабль, который летит по межпланетной траектории, будет подвергаться космической радиации. Казалось бы, можно сделать толще стенки корабля, и фон от заряженных частиц уменьшится. Но при увеличении толщины стенок возрастет вторичный фон, увеличится количество нейтронов, которые рождаются в стенках аппарата, а они могут принести еще большую дозу, чем была. Мы знаем, как замедлить нейтроны, например, используя такие материалы, как полиэтилен, но таких кораблей пока нет. Так что в этом плане задача пока не до конца решена, но различные технические решения и перспективные материалы для защиты от радиации уже прорабатываются и тестируются.
— Насколько я знаю, ваш институт имеет отношение к аппарату «Луна-27»…
Наш институт является головным институтом, который создает комплекс научной аппаратуры для «Луны-27», а РАН — это тематический заказчик программы в целом и «Луны-27» в частности с точки зрения постановки и достижения основных целей лунных миссий.
— Чем этот аппарат будет отличаться от предыдущих?
Если кратко, то самое важное то, что садиться он будет в полярные районы Луны. Предполагается, что полетят два аппарата «Луна-27». Может так сложиться, что один сядет в окрестности южного, а другой — в окрестности северного полюса. Это те районы, где с большой вероятностью будут строить лунные базы, поскольку там обнаружены следы водяного льда, который очень пригодится для обеспечения жизнедеятельности космонавтов. В ходе выполнения программы «Луна-27» будут реализованы важные практические и научные составляющие.
— Вы обмолвились, что космонавт окажется на Луне в 2030 году. Почему именно этот срок?
Если говорить про пилотируемую космонавтику, то перспективно выглядит программа «Артемида»: уже был беспилотный облет, в следующем году ожидается пилотируемый облет Луны. Ну и до высадки, думаю, останется несколько лет, и скорее всего это произойдет до 2030 года. А вообще, никогда нельзя загадывать, ведь сроки имеют свойство не сокращаться, а удлиняться в связи со сложностью программы. Кстати, Китай тоже активно работает в этом направлении: в XXI веке у него много успешных миссий реализовано на Луне, так что возможно, к 2030 году тайконавты побывают на спутнике Земли.
— А Россия?
РФ пока сконцентрирована на автоматах, исследовании поверхности Луны с помощью автоматических станций, чтобы застолбить за собой участки, которые могут быть перспективными с точки зрения строительства лунных баз и пребывания там космонавтов, отработать технологии (начиная от добычи воды и получения из нее кислорода до технологий строительства из лунного реголита при помощи лазерной 3D-печати). После 2030 года мы тоже окажемся на финишной прямой относительно посадки на Луну.
— А когда на Марсе?
Марс очень далеко, туда долго и неудобно лететь, высокий риск, в том числе по радиации, не говоря про технологические сложности. Одно из главных опасений: на Марсе жизнь еще не нашли, но это не значит, что ее там нет. И взаимодействие с этой жизнью — отдельная история. Вспомните фильм «Живое» и то, чем там все закончилось. Этот фильм вполне может отражать один из апокалиптических сценариев развития событий в плане колонизации Марса.
И поэтому, на мой взгляд, более правильно и с точки зрения технологической, и с точки зрения выработки рисковых сценариев максимально исследовать Марс автоматами.
Космонавтика не терпит скоропалительных решений, любая ошибка будет стоить человеческих жизней. А любая гибель космонавтов-астронавтов — это резонансное событие. И это может закрыть многие программы, они уйдут на штрафной круг, что может быть очень долго. Так что Луна — первый форпост за пределами орбиты Земли, а к Марсу нужно готовиться.