Конференции

Межпланетные полеты: оценить все риски

Конференция "Нейрофизиологические аспекты радиационного риска. К проблеме безопасности межпланетных полетов" работала в Дубне 26-27 июня. Организованная ЛРБ ОИЯИ, Институтом медико-биологических проблем РАН, Отделением физиологии и фундаментальной медицины РАН и Научным советом РАН по физике тяжелых ионов, она продолжила ряд научных встреч, состоявшихся в Дубне. С научными докладами на конференции выступили ведущие специалисты НИИЯФ МГУ, ОИЯИ, Института медико-биологических проблем РАН, Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, Федерального медико-биологического центра имени А.И.Бурназяна, INFN (Италия), других центров.

Место встречи изменить нельзя

Открывая конференцию, вице-директор ОИЯИ М.Г.Иткис заметил, что Дубна не стоит в стороне от этой тематики: "В Объединенном институте есть полный набор установок, на которых можно моделировать реальное космическое излучение. Это хорошая платформа для совместных исследований с РАН. А совместные совещания уже проводятся - и не только с российскими академическими институтами, но и с коллегами из Италии".

- Для обсуждения проблемы влияния тяжелых космических частиц на организм человека мы собирались здесь не раз, - отметил директор ИМБП академик РАН А.И.Григорьев. - Инициатор этих встреч - директор ЛРБ Е.А.Красавин, который в течение многих лет возбуждает научную среду по поводу этой важной проблемы. ИМБП давно сотрудничает с ЛРБ ОИЯИ, работы, которые здесь выполняются, мы хорошо знаем. Проблема влияния галактического космического излучения на здоровье человека наряду с проблемой влияния невесомости была самой важной с момента возникновения космической биологии. С течением времени она как-то стала отходить на второй план. Но когда начали возникать проекты межпланетных перелетов - в Европе, США, я думаю, и Китай скоро об этом объявит, этой проблеме стало уделяться все больше внимания.

Вице-президент РАН А.И.Григорьев, П.Спиллантини и В.Д.Кекелидзе.

Ю.Г.Григорьев (ФМБЦ имени Бурназяна) и Е.А.Ильин (ИМБП).

Сейчас она рассматривается в несколько ином аспекте: если в течение ряда лет основным компонентом проблемы считалась опасность возникновения онкологических заболеваний, то в последние годы все больше внимания уделяется влиянию излучения на работоспособность, умственные способности человека, состояние его высшей нервной деятельности. Неспроста эта конференция посвящена нейрофизиологии. Ее программа составлена очень гармонично, можно познакомиться с различными подходами к проблеме безопасности межпланетных полетов. Очень хорошо, что мы в эти два дня можем пообщаться с физиками - от физической методологии зависят биологические результаты. Хорошо, что мы сможем обсудить проблему с разных сторон - биологии, медицины, нейрофизиологии и, конечно же, физики и математики ждут от нас постановки задачи. Наверное, ваши специалисты нужны не только для того, чтобы моделировать биологические задачи, наверное, они могут шире взглянуть на эту проблему. Если мы сможем втянуть в это дело физиков, потенциал которых велик, то это только пойдет на пользу.

Приветствуя собравшихся, председатель Научного совета РАН по физике тяжелых ионов академик Ю.Ц.Оганесян отметил, что немецкий ускорительный проект FAIR и проект ОИЯИ NICA содержат в своих научных программах биологическую тематику. "Создание в лабораторных условиях обстановки открытого космоса - непростая задача. И она стоит в числе других на этих ускорителях. Это только начало пути. Эта проблема влечет за собой все остальное - ракетостроение, астрофизические задачи и другое".

Опасности рядом

- Нас чрезвычайно интересует это сотрудничество - между физиками, астрофизиками, с применением их знаний для решения медико-биологических проблем, - подчеркнул директор НИИЯФ МГУ М.И.Панасюк и остановился в своем докладе "Тяжелые ядра в космосе" на проблеме воздействия тяжелых космических ядер на электронику. - Между воздействием космического излучения на микросхемы и на биологические структуры есть очень много общего. Так же как и в биологических структурах, сбои в твердотельной электронике бывают обратимыми и необратимыми, когда спутник просто гибнет. А воздействующий на электронику поток космического излучения, оказывается, зависит от солнечной активности: в годы максимально активного Солнца солнечный ветер "выметает" из Солнечной системы частицы космического излучения и количество сбоев электроники заметно падает, при минимальной активности нашей звезды поток космического излучения возрастает, а с ним и количество сбоев электронной аппаратуры.

Директор НИИЯФ МГУ М.И.Панасюк.

А далее докладчик так обрисовал сложившуюся сегодня ситуацию. Первую опасность представляют радиационные пояса Земли - это частицы, в том числе и тяжелые, захваченные магнитным полем Земли. Люди на околоземных орбитах сегодня не поднимаются выше 400 км, а значит, оказываются ниже земных магнитных поясов, кроме Южно-Атлантической магнитной аномалии, которую МКС "чиркает" на каждом витке. Вызывается она "провисанием" и утончением магнитного пояса Земли в этом районе, в свою очередь вызванным аномалией в земном ядре. "Чиркая" пояс на каждом витке, МКС подвергается повышенному облучению высокоэнергичных нейтронов и других частиц, поскольку в районе аномалии более сильные потоки радиации, что делает вероятность сбоев электроники достаточно высокой.

К тому же сама Южно-Атлантическая аномалия не постоянна: в период спада солнечной активности наблюдаются экстремально мощные вспышки, когда энергия солнечных частиц достигает нескольких ГэВ и сбои электроники увеличиваются. Это подтверждают прямые измерения сбоев в компьютере на одном из низковысотных спутников. В одном эксперименте еще на станции "Мир" был задействован и участвующий в конференции Сергей Авдеев: на космонавта надевалась специальная аппаратура, регистрирующая число вспышек в глазах, которые возникают при попадании тяжелых заряженных частиц на сетчатку. И в районе аномалии их число резко возрастало. Результаты эксперимента были опубликованы в журнале Nature и других изданиях и вызвали отклик в научном сообществе. По мнению докладчика, наличие аномалии нужно учитывать всегда: "Когда планировался полет автоматической станции "Фобос-Грунт", с нас потребовали оценку радиационной обстановки. Мы подготовили - она была нормальная, но команда перевести станцию на другую орбиту была дана как раз в районе аномалии. И вот результат..."

Еще одну опасность представляют источники нейтронов. Космическое излучение, проникая через магнитное поле Земли и ударяясь в обшивку МКС, рождает нейтроны, а вместе с этим возникает и нейтронное поле, также нарушающее работу электроники. Опасность для аппаратов с высоким наклонением орбиты, которые пересекают полярные области, представляют и солнечные космические лучи, увеличивающие число сбоев во время вспышек на Солнце. По мнению Михаила Игоревича, сегодня радиационный риск воздействия тяжелых компонентов солнечных лучей недооценен.

Что касается галактического космического излучения, то существуют принятые мировым научным сообществом модели, правда, они не могут объяснить, например, неожиданно высокую интенсивность космического излучения, отмеченную в 2005 году. Задача - сделать необходимое дополнение к моделям.

Вместо заключения докладчик обратил внимание на стоящие сегодня проблемы: "Первая. Мы недостаточно хорошо умеем оценить степень радиационного риска, связанного с тяжелыми заряженными частицами. Вторая. Имеются физические проблемы: когда мы считаем ожидаемое число сбоев, то не учитываем вторичные ядерные реакции в веществе. Их эффект серьезен, может достигать десятков процентов. Сейчас этим начинают заниматься. Третья. Ограниченность наших наземных возможностей имитации космических условий. Смоделировать одновременно всю совокупность воздействий, которым подвергается человек в космосе, довольно трудно. Мы никогда не сможем это сделать с помощью наземных установок, а это ведет к недооценке рисков".

Выход - в сотрудничестве

С М.И.Панасюком полностью согласен заведующий отделением экспериментальной биологии и медицины ИМБП А.С.Штемберг:

- Это действительно проблема - то, что мы не можем абсолютно адекватно моделировать все воздействия на человека в космосе, но другого выхода у нас нет, и эксперименты возможны только на живых организмах. Я рассматриваю в своем докладе такие подходы к экспериментам на животных: сочетание длительного гамма-облучения (условия полета на Марс) и однократное воздействие тяжелых ионов, поскольку длительно облучать ими мы просто не можем. Нам интересна реакция центральной нервной системы.

Каким воздействиям подвергается человек, мы, в принципе, знаем. Другое дело - как защититься от этого воздействия. К сожалению, тяжелые ионы в космосе воздействуют непрерывно, это фон. Защититься от них можно магнитным полем, но пока такие разработки находятся в зачаточном состоянии, и у нас в институте есть группа, занимающаяся этой проблемой.

В ОИЯИ создана уникальная экспериментальная база, и доклад Г.В.Трубникова еще больше убедил, что грех не использовать ее в наших исследованиях. Уже сложилась межведомственная группа из академических институтов, МГУ - биологических пользователей ваших установок, поставлен ряд первоочередных проблем, требующих решения.

В очередной уже раз в конференции в Дубне участвовал атташе по науке посольства Италии в России профессор П.Фре:

- Итальянские ученые вместе с коллегами из ЛРБ месяц назад провели на фазотроне ЛЯП эксперимент по проверке способности белка защищаться от галактического излучения. Там же состоялся первый сеанс облучения мышей. Так что сотрудничество в этой области развивается, и потому я сегодня здесь.

Своими впечатлениями поделился и заместитель начальника отделения ЦНИИ машиностроения (Королев) летчик-космонавт С.В.Авдеев:

- В первой конференции такого рода я участвовал, когда только закончил МИФИ и еще даже не собирался в космос. И с тех пор неоднократно бывал на подобных конференциях в разных местах. Что касается нынешней - у меня теплое отношение к ее организаторам, а ее тема ставит первые ограничения для желающих лететь дальше, чем сейчас. Первое ограничение - радиация, как и от чего надо защищаться. На станции "Мир" была такая защита от радиации: стоял датчик, который световым сигналом предупреждал, что пора в укрытие, и тогда мы залезали в спускаемый аппарат. Но при полете на Марс потребуется другая защита.

Марс сейчас больше на слуху, а Луну все уже считают у себя в кармане. У нас есть различные предложения по освоению поверхности Луны, а не Марса. Китай разрабатывает собственную космическую программу, он заявил, что будет на Луне. Россия объявила, что программы полетов на более далекие планеты будут реализовываться только вместе с другими странами. Одна из них - Италия, сотрудничество с которой идет уже давно, и продолжится, например, в экспериментах на FAIR, результаты которых будут важны для полетов к Луне и другим планетам.

Задача оценки биологической опасности

Итоги прошедшей конференции подводит сопредседатель оргкомитета конференции директор ЛРБ Е.А.Красавин (на снимке):

- Сейчас совершенно четко обрисовывается следующая задача: если человечество планирует лететь к другим планетам, то на передний план выходит проблема преодоления так называемого "радиационного барьера". На экипаж космического корабля будут действовать галактическое космическое излучение и излучение солнечных вспышек, последние, правда, можно прогнозировать. Для защиты от солнечных вспышек (в основном, это воздействие протонов) можно создать убежище, в котором их и пережидать во время полета. А космическое излучение действует постоянно и со всех сторон, его энергия требует более мощной физической защиты корабля, что невозможно при нынешних космических технологиях.

Перед нами стоит задача оценки биологической опасности воздействия тяжелых ядер космического излучения. В сутки через квадратный сантиметр поверхности тела космонавта проходит примерно 160 ядер с Z>15, из которых наибольшую опасность представляют ядра железа. В результате, прежде всего, возникают генетические изменения, раковые заболевания и другие осложнения. Биологическая эффективность космического излучения в двадцать раз превышает биологическую эффективность гамма-квантов, рентгеновского и других излучений. Оно действует на структуру глаза, повреждая хрусталик и сетчатку, но это уже отдаленные последствия, которые проявляются не сразу. Самое опасное - нарушения пространственной ориентации, которые возникают у человека под действием космических частиц. Проводились опыты на мелких лабораторных животных, которых подвергали действию ионов железа с энергией порядка 1 ГэВ на нуклон в очень малой дозе, составляющей всего лишь 0,2 Грея. Она соответствует примерно 10⁵-10⁶ частиц/см², то есть потоку частиц, которые пройдут через ткани тела космонавта за год полета вне магнитосферы Земли. Этого оказалось достаточно, чтобы спустя три месяца у животных нарушилась пространственная ориентация, возникли грубые нарушения когнитивных функций - способности к обучению, памяти.

Прежде всего тяжелые заряженные частицы повреждают важнейшую структуру мозга, ответственную за формирование оперативной памяти, - гиппокамп. В этом отделе мозга постоянно происходит образование новых нейронов, откуда они мигрируют в высшие отделы мозга и формируют "оперативную" и "долговременную" память. Это сложный процесс, на эту тему были доклады на нашей конференции. Такие последствия чрезвычайно опасны для космонавтов, поскольку все операторские функции, сама миссия могут быть поставлены под вопрос.

На состоявшейся в Дубне в прошлом году выездной сессии Отделения физиологии и фундаментальной медицины РАН мы предложили специалистам академии рассмотреть эту проблему на специализированной конференции с участием российских сотрудников, работающих в исследовательских центрах за рубежом. На нынешней конференции эту проблему заострили. Необходимо начать организовывать некоторую коллаборацию, которая начнет взаимодействие в плане ее решения.

Нынешняя встреча, по мнению наших коллег, удалась. На круглом столе мы обсудили, как двигаться дальше, - на базе ОИЯИ и ЛРБ, используя Нуклотрон и другие установки Института для решения таких архиважных задач. В этой конференции участвовали представители ЦНИИ машиностроения ГК "Роскосмос" - этим структурам необходимо в полной мере ощутить опасность обозначившейся проблемы. Мы подписали два протокола с несколькими университетами Италии. По первому сотрудничество уже идет: в ОИЯИ были проведены испытания радиопротектора, синтезированного в Италии и хорошо зарекомендовавшего себя при действии заряженных частиц. Второй связан с новой темой, открытой в ЛРБ, - астробиологией, и в сотрудничество войдет университет Рима. Два сотрудника этого университета сделали на нынешней конференции доклады о формировании предбиотических структур из простых органических соединений при действии ионизирующих излучений.

Ольга ТАРАНТИНА,
фото Елены ПУЗЫНИНОЙ