У них нет ни рук, ни ног, зато есть голова и туловище. Похожие на древнюю мумию манекены Матрешка и Фред — участники длительных орбитальных полетов, которые помогают исследовать воздействие космической радиации на человеческий организм.

Манекен Матрешка больше похож на древнеегипетскую мумию
Матрешка и астронавты на борту МКС: фото на память
Датчики радиации встроены в 35 «срезов», из которых состоит манекен
«Далекие берега», картина Пэта Роулингса (Pat Rawlings)

То, что ученые смогли и еще смогут узнать благодаря Матрешке и Фреду, станет бесценным материалом для планирования будущих длительных пилотируемых перелетов к Марсу и постоянной обитаемой базы на Луне. Для подобных миссий защита космонавтов от воздействия радиации становится одной из самых важных задач, если только мы хотим, чтобы они добрались до места и вернулись живыми и здоровыми. Поэтому необходимо особенно тщательно продумывать конструкцию и скафандров, и модулей корабля и базы, с тем, чтобы все они предоставляли надежный щит от воздействия всепроникающих лучей.

А для этого требуется знать как можно больше и о том, с какими количествами и какой именно радиации им предстоит встретиться, и о том, какие последствия это может вызвать. Проделать это можно на основе компьютерных моделей, используя имеющиеся данные измерений. Но куда надежней проверить и промерить все на практике — а заодно узнать, насколько эти теоретические модели соответствуют действительности. Вот тут на сцену и выходят манекены.

Оснащенные сотнями датчиков радиации, расположенными на поверхности их «тел» и внутри, на разной глубине, манекены провели по нескольку месяцев на орбите. Они, кстати, показали, что проведенные заранее компьютерные построения вполне корректны: отклонения от предсказанных величин составили менее 10%.

Среди всех видов радиации, с которой приходится сталкиваться в космосе, самыми опасными считаются космические лучи, состоящие из отдельных элементарных частиц и ядер атомов, свободно странствующих по Вселенной. Некоторые из них довольно крупны (это может быть даже тяжеленное ядро атома железа) и могут разгоняться до околосветовых скоростей — к примеру, выброшенные взрывами сверхновых. В сочетании с электрическим зарядом такие «ядра» могут наносить существенный ущерб живым структурам клетки, и большинство обычных средств противорадиационной защиты являются слабой преградой.

Дело в том, что для того, чтобы поразить жизненно важные органы, частицы излучения должны преодолеть массу препятствий, начиная от стенок космического корабля, одежды космонавта, его кожи и внешних тканей тела. Некоторые из этих частиц в результате будут остановлены или хотя бы существенно замедлены. Но в некоторых случаях это приводит к еще худшему результату: столкновение тяжелой частицы с атомами, составляющими экран, может разбивать и на части, порождая поток частиц «вторичной» радиации.

Так что, несмотря на то, что космонавты, работающие на борту МКС, постоянно носят на теле датчики радиации, замерить, сколько именно излучения практически достигает их внутренних органов, не так-то просто. Тут нужны манекены, плотность «тела» которых соответствует плотности наших тел. А датчики могут быть расположены и глубоко внутри.

Манекен состоит из 35-ти слоев специального пластика толщиной примерно в 1 дюйм (2,54 см). В них и внедрены в общей сложности 416 дозиметров, каждый из которых замеряет дозу радиации, которая накапливается в строго определенном участке «тела» манекена за время эксперимента. В добавок к этому, и у Матрешки, и у Фреда имеется по нескольку дополнительных дозиметров, находящихся в местах, соответствующих положению различных органов человеческого тела — мозга, щитовидной железы, сердца, желудка, толстой кишки. Эти дозиметры способны постоянно фиксировать изменения уровня радиации и давать картину того, как она проходит через тело во времени.

Итак, эксперименты с Матрешкой и Фредом показали, что в нашем арсенале имеется вполне надежная компьютерная модель воздействия космической радиации на организм. Какие же это имеет следствия для проектирования безопасных миссий к Луне и Марсу?

«Кратковременные миссии к Луне вполне безопасны, — резюмирует исследователь из NASA Фрэнсис Качинотта (Francis Cucinotta), — но прожить на самой Луне месяцев 6 уже проблематично. Для этого требуется серьезная работа по созданию эффективной защиты». (Напомним, что лишь на днях мы рассказывали о том, как группа студентов предложила использовать для этого специальное «Лунное одеяло».)

Ну а Марс будет еще более твердым орешком. Скорее всего, миссия займет не менее 18 месяцев. «Пока что в нашем распоряжении не имеется решений для создания безопасных условий для подобного перелета, — говорит Фрэнсис Качинотта. — Окружив корабль достаточно толстым слоем защитного материала, мы сделаем его слишком тяжелым. Требуется найти новые, легкие противорадиационные материалы, а также, видимо, разработать новые медицинские техники для снижения вреда, который наносится живым клеткам». Кстати, именно поэтому некоторые специалисты полагают, что нам стоит полностью пересмотреть конструкции космических кораблей и сделать из них нечто, похожее на композицию с фруктами и ягодами (читайте: «Межпланетный грейпфрут»).

Фрэнсис Качинотта также замечает, что главным препятствием с медицинской точки зрения является наш низкий уровень знаний о том, какие именно повреждения космические лучи наносят всей сложной клеточной структуре и отдельным ее элементам.

Еще одна важная проблема касается потоков быстрых заряженных частиц, которые выбрасываются во время солнечных вспышек. Ни Фреду, ни Матрешке, будучи на орбите, не удалось застать ни одной достаточно мощной бури на Солнце. А судя по всему, энергетический спектр частиц, достигающих важных внутренних органов в результате этого события, существенно отличается от того, что нам известно о космических лучах.

Ученым приходится выкручиваться: здесь, на Земле они воспроизводят условия, возникающие на борту МКС, когда его достигает поток этих частиц, и проверить это воздействие на «добровольце». Несчастным выбран манекен Матрешка — и скоро мы обязательно расскажем о его судьбе.

Кстати, Фред с Матрешкой — далеко не единственные манекены, которые используются в исследовательских целях: назовем хотя бы потеющего робота SAM («Ради науки придется попотеть»). Нашей редакции тоже пришлось использовать манекена для проведения испытания травматического оружия, о результатах которого мы докладывали в статье «Не в бровь, а в зад».

По информации NASA