Рейс космического корабля «Союз-14» начался при совершенно благоприятной обстановке, причем какие-либо перемены в ней были маловероятны, ведь Солнце переживало спокойный период.
Однако 4 июля, когда «Союз-14» шел на сближение с орбитальной станцией «Салют-3», на Солнце произошло несколько вспышек. Причем одна из них была мощностью более двух баллов. Если учесть, что существующая максимальная оценка вспышки три балла, то станет ясно, насколько серьезной стала радиационная обстановка. «Не исключено вторжение солнечных протонов…» — говорили телеграммы, приходящие в Центр управления полетом.
6 и 8 июля были зарегистрированы еще по две сильные вспышки.
В эти дни службы радиационного дозора работали круглосуточно. Такая сложная обстановка во время полета космонавтов сложилась впервые. Уровень радиации по телеметрическим каналам постоянно контролировался приборами, установленными на борту станции. Эти данные сопоставлялись с показателями портативных индивидуальных дозиметров космонавтов. Кроме того, контроль осуществлялся как с помощью наблюдений со спутников, так и с помощью наземных станций, включающих оптические, радио и другие средства наблюдения солнечной активности и радиационной обстановки. Все эти меры должны были исключить даже малую вероятность облучения экипажа. Хотя уровень радиации и возрос в несколько раз и превысил обычный космический фон, он оставался намного ниже допустимой нормы. Но положение могло измениться. Солнце могло разбушеваться еще больше. К счастью, этого не случилось. Начиная с 9 июля оно успокоилось.
…Пока искусственные спутники Земли не открыли новой эры, казалось маловероятным, что космическая радиация будет хоть сколько-нибудь опасна для исследователей космического пространства. Тогда еще ничего не было известно ни о радиационных поясах Земли, ни о протонном излучении, сопровождающем мощные солнечные вспышки, ни о солнечном ветре. Теперь наши знания существенно изменились, и обеспечением безопасности космических полетов заняты ученые многих специальностей. Это медики и биологи, астрофизики и инженеры. Особенно важно знать: а когда же безопаснее всего лететь в космос?
…На это явление обратили внимание во время полета космического корабля «Аполлон-11». Космонавт Эдвин Олдрин пожаловался своим товарищам по полету, что у него в глазах сверкают световые точки. Причем даже тогда, когда он зажмуривается. Но это заявление не удивило его коллег. И Нейл Армстронг, первый человек, ступивший на поверхность Луны, и космонавт Майкл Коллинз тоже наблюдали «искры в глазах». Видели вспышки и экипажи лунных кораблей «Аполлон — 12» и «Аполлон-13». Однако раньше их никто не наблюдал. Как отметил американский космонавт Чарльз Конрад, также совершивший полет на Луну, «вспышки были настолько яркими, что я не мог бы не обратить на них внимания во время полета на кораблях «Джемини-5» и «Джемини-11». Другой космонавт, Джеймс Ловелл, также утверждает, что он видел «молнии» во время полета на Луну «Аполлона-13», но при орбитальном полете «Аполлона-8» не видел их. Отчего?
Ответ напрашивался сам собой: до путешествия «Аполлона-11» во время всех полетов огни в кабинах космических кораблей были всегда включены. Да и сами космонавты постоянно вели беседы с Землей. Поэтому во время первых рейсов не было ни привыкания к темноте, ни периодов долгого покоя. В рабочей суете никто просто не замечал этих вспышек.
Из советских космонавтов вспышки видел только один Н. Н. Рукавишников во время полета на борту космического корабля «Союз-10». Во время отдыха он находился в затемненном отсеке и вдруг, хотя глаза были плотно закрыты, увидел светлые точки. Сначала космонавт принял их за сигналы табло, которые просвечивали сквозь веки. Но табло горело ровно и не настолько ярко, чтобы его можно было увидеть, и, значит, причиной увиденных вспышек быть не могло.
Почему же возникают такие вспышки? Оказывается, виноваты в этом космические лучи.
Вот передо мной один из журналов за 1964 год. В нем маленькая заметка с довольно оригинальным названием: «Видны ли космические лучи?». Кажется, бессмысленный заголовок. Любой человек даст на такой вопрос отрицательный ответ или посмеется над спрашивающим. Ведь если бы их можно было видеть, зачем тогда создавать сложные регистрирующие приборы? И все же не торопитесь с выводами.
За несколько лет до полета «Аполлона-11» профессор Калифорнийского университета Корнелий Тобайес, изучая радиационную опасность при космических полетах, сделал вывод, что космонавты должны видеть вспышки от проходящих через глазное яблоко частиц. Для проверки своего предположения он отправился в Беркли на мощный ускоритель ядерных частиц — протонный синхротрон. Ему вызвались помочь физик, лауреат Нобелевской премии Е. М. Макмиллан и космонавт Ф. Чапмен. Все трое подставили головы под поток быстрых частиц — ионов азота. Дозы облучения строго контролировались и были, конечно, ниже предельно допустимых норм. Сначала они ничего не заметили, и лишь повертев головами, увидели вспышки. Маленькие искры сверкали лишь тогда, когда пучок частиц проходил через сетчатку глаза. Такие опыты были проделаны и на пучках нейтронов и альфа-частиц. И здесь наблюдался тот же эффект.
Казалось бы, все ясно. Вспышки, которые видели космонавты во время полетов к Луне, возникали тоже за счет тяжелых частиц, входящих в состав космических лучей. Эти приходящие из глубин Галактики частицы обладают настолько большой энергией, что способны без задержки проходить через защитные экраны толщиной в десятки сантиметров. И предотвратить их проникновение внутрь космических кораблей пока практически невозможно.
При полете корабля «Аполлон-16» проводилось два сеанса наблюдения космических частиц: на пути к Луне и при обратном путешествии. Во время первого сеанса космонавт Чарльз Дьюк надевал специальное приспособление с фотоэмульсией для регистрации проникающих частиц. Джоя Янг наблюдал вспышки, надев светозащитные очки, а Кен Маттингли записывал наблюдения своих товарищей. Вспышки появлялись нерегулярно: в среднем Дьюк наблюдал вспышку за 1,3 минуты, Янг — за 3,6 минуты. Во время второго сеанса, который длился 32 минуты, все трое надели светозащитные очки. Дьюк отметил 15 вспышек, Янг — 7, а Маттингли не видел ни одной — он был первым космонавтом, не видевшим вспышек на этой трассе.
Почему же такая разница в показаниях? Вероятнее всего, это связано с тем, что оборудование и приборы космического корабля частично поглощают излучение, создавая неравномерное поле облучения.
Но так ли безопасны попадания этих «космических пуль» в живые ткани организма? Ответ на эти вопросы дали шлемы, космонавтов — участников полета к Луне в 1968 году на корабле «Аполлон-8», а также тех, кто в 1969 году высадился на ее поверхность («Аполлон-12»). Вернее, не сами шлемы а особые пластиковые оболочки, нанесенные на них. Эти оболочки были сделаны из лексана — материала, который по своей реакции на воздействие космических частиц схож с тканями человеческого организма. Таким образом, шлемы были своеобразными детекторами тяжелых частиц.
Проходя через плотное вещество, космические частицы оставляют след. Они смещают атомы вещества, разрывают между ними связи. Все эти нарушения в лексане можно проявить при помощи особой обработки и по ним определить уровень радиационной опасности во время длительных космических полетов.
Воздействия различных частиц неодинаковы. Больше всего неприятностей доставляют тяжелые частицы. Пробивая верхние слои вещества, они тормозятся и в его глубине теряют максимум своей энергии. Поэтому именно на излете частицы наиболее опасны.
Если частица пройдет через ядро живой клетки, то клетка теряет способность к воспроизводству. Поэтому важно знать не только интенсивность частиц, но и их энергию, глубину расположения облучаемых органов. Оказалось, что наиболее уязвимые части тела — живот и голова.
Медики тщательно изучили треки — следы, оставленные в шлемах американских космонавтов частицами, — и определили уязвимость различных органов, а затем провели оценку числа клеток, которые могут погибнуть при различных космических полетах. Оказалось, что при полетах к Луне космонавты облучаются в той же степени, что и врачи-рентгенологи за такое же время. Иное дело—длительное путешествие. За время полета к Марсу и обратно, полету, который займет около двух лет, космические лучи разрушат, если на корабле не будет специальной защиты, около 0,12% клеток в коре головного мозга, 0,05% —в сетчатке глаз и свыше 1,5%—в центральной нервной системе. Это довольно много!
Однако опасность представляют не только тяжелые галактические частицы. Таят в себе опасность и заряженные частицы, испускаемые Солнцем во время вспышек, особенно крупных. При некоторых из них доза облучения может достигать весьма опасных для человека величин. Поэтому особенно важно прогнозирование солнечной активности. Установив закономерности возникновения вспышек, мы можем приурочивать время стартов на далекие планеты к тому периоду в жизни Солнца, когда активные области находятся на его обратной стороне. Тогда даже во время сильных вспышек попадание солнечных космических лучей в околоземное пространство маловероятно.
Необычайно полезны наблюдения со спутников серии «Прогноз». Они позволяют непрерывно контролировать состояние космической среды. А эксперименты, проводимые на спутниках серии «Космос», показывают, что на орбитах с высотой апогея до четырехсот километров доза космического излучения благодаря защитному действию магнитного поля Земли в 3—4 раза ниже, чем в открытом космосе. Солнечные же космические лучи практически не достигают орбит, на которых работают советские космические корабли и обитаемые орбитальные станции.
Есть, однако, и еще один источник космической опасности — заряженные частицы, захваченные магнитным полем Земли, — радиационные пояса. Потоки протонов и электронов в них очень велики. Однако расположение радиационных поясов известно, поэтому трассы космических кораблей можно проложить так, чтобы они пролегали далеко от центральной части поясов, там, где концентрация частиц невелика. Если же пребывание корабля в опасных зонах по каким-либо причинам все же необходимо, то время, когда они должны находиться в них, стараются свести к минимуму.
Но почему Рукавишников все же видел вспышки света, ведь «Союз» летал ниже радиационных поясов? Дело, по — видимому, в том, что радиационные пояса не являются геометрически идеальными. И виноваты в этом магнитные аномалии — участки земли, в пределах которых магнитное поле претерпевает резкие изменения на протяжении нескольких километров и даже метров. Такие скачки связаны с залеганием в этих местах пород, отличающихся своими магнитными свойствами от окружающих. Аномалии искажают конфигурацию радиационных поясов, из-за чего зоны повышенной радиации наблюдаются в этих районах на высоте двести километров и ниже.
Самая большая область повышенной радиации связана с Бразилией, точнее — с ее магнитной аномалией. Здесь поток частиц в виде огромной воронки как бы спускается из космоса к атмосфере. На некоторых витках космические корабли могут попадать в такие области интенсивных потоков излучения. Протоны, входящие в состав этих излучений, взаимодействуя с оболочками кораблей, порождают нейтроны, которые могут вызвать эффект вспышек, подобный наблюдаемым при экспериментах с нейтронами на ускорителях. Когда максимальная световая чувствительность глаза совпадает с прохождением корабля через область аномалии радиационного пояса, тогда и можно ожидать возникновения в глазу космонавта вспышки.
Итак, полеты по околоземным орбитам и короткие перелеты к Луне необходимо согласовывать с активностью Солнца. А как же быть с полетами к далеким планетам, таким, как Марс и Венера? Неужели из-за тяжелых галактических частиц космонавтам никогда не достичь их поверхности? Не торопитесь с выводами. Во-первых, отважных космонавтов укрывает сам корабль, а во вторых, им может помочь… Солнце.
Конечно, герметическая оболочка космического корабля, оберегающая исследователей космоса от холода и пустоты межпланетного пространства, служит в какой-то мере защитой от радиации. Смертоносные для всего живого ультрафиолетовое и рентгеновское излучения, идущие от Солнца, излучения, от которых нас надежно защищает атмосфера, полностью поглощаются оболочкой корабля. Но высокоэнергичные тяжелые частицы свободно проходят через нее. При этом они теряют часть своей энергии и становятся, как мы уже говорили, наиболее опасными, так как на излете могут причинить наиболее серьезные повреждения. Поэтому, чтобы свести все возможности облучения к минимуму, радиационная защита строится многоступенчатой.
Первой принимает на себя удар оболочка. Она делается из нескольких слоев различных материалов, которые подбираются так, чтобы максимально ослабить мощность потока проникающих частиц. Для прорвавшихся частиц конструкторы предусматривают вторую линию обороны. Сложное оборудование корабля, многочисленные приборы, панели, кресла, топливные баки монтируются так, чтобы оградить космонавтов, их наиболее чувствительные органы от губительного космического излучения. Может существовать и еще одна линия защиты — специальные миниатюрные радиационные убежища, где космонавты будут пережидать ухудшение «радиационной погоды» (для солнечных вспышек это время составляет несколько часов). В эти периоды управление и контроль возьмут на себя автоматы.
Таким образом, оборона довольно сильна. И все же она не защищает от высокоэнергичных частиц, приходящих из глубин космоса. И здесь, как утверждают американские специалисты, защитой станет, как это ни парадоксально звучит… Солнце, само являющееся источником радиационной опасности.
В предыдущей главе уже рассказывалось о том, что солнечный ветер выдувает приходящие из Галактики космические частицы, которые представляют большую опасность. Поэтому в полет к другим планетам надо отправляться не в годы минимальной активности Солнца, а в ее максимумы. Солнечные частицы легко остановить слабой защитой. Поэтому для полета к Марсу лучший период — начало восьмидесятых годов. В подтверждение этих слов американские физики, высказавшие эту идею, Дж. Комсток и другие, демонстрируют шлемы командира «Аполлона-8» Дж. Ловелла и экипажа «Аполлона-12» — космонавтов Р. Гордона, А. Вина, Ч. Конрада. Сравнение этих двух полетов показательно, так как между ними менялся уровень солнечной активности, а значит, появилась и возможность проследить за поведением космических лучей в открытом космосе. Активность Солнца за несколько дней до полета «Аполлона-8» была выше, чем тогда, когда к Луне отправился «Аполлон-12». В соответствии с этим и следов от прохождения частиц в шлемах экипажа «Аполлона-12» было вдвое больше.
Но предложение Комстока принимается не всеми учеными. Пока что вопрос о том, когда лететь в космос, остается спорным. Все же ряд специалистов придерживается того мнения, что отправляться в космос лучше в годы спокойного Солнца, так как при коротких перелетах более существенную роль играют солнечные частицы. В период активного Солнца они в тысячу раз превышают фон, создаваемый галактическими частицами. Во время же длительных полетов возрастает опасность хронического облучения частицами, приходящими из глубин космоса. И следовательно, отправляться в полет лучше, когда бушующее светило выметает с пути космического корабля энергичные, и поэтому более опасные, галактические частицы. Но эта рекомендация признана не всеми. И ее следует хорошенько проверить экспериментально.
Пока еще даже самые мощные ускорители не в силах разогнать частицы до «космических скоростей», которыми обладают галактические пришельцы. Не позволяют сделать вполне обоснованные выводы о биологической опасности, которую несут космические лучи, также и эксперименты, выполненные в космическом пространстве. И естественно, прежде чем мы сможем сказать о надежной радиационной защите космонавтов при длительных межпланетных перелетах, нужны еще многие и многие исследования.
Радиоуглерод может помочь и здесь. Изучая его распределение в годичных кольцах деревьев-долгожителей, мы можем попытаться отыскать «окна» — такие периоды, когда фон, создаваемый одновременным воздействием солнечных и галактических частиц, будет наименьшим. Хотя и сейчас служба прогнозов «космической погоды» работает исправно, но отыскание таких периодов сделает полеты в далекий космос еще более безопасными.