Как НАСА защитава екипажа на Artemis II от смъртоносното космическо време

През октомври 1989 г. мощен взрив на Слънцето изхвърля поток от изключително енергийни протони. Слънчевата буря продължава с дни и принуждава астронавтите, намиращи се в ниска околоземна орбита на борда на космическата совалка Atlantis на НАСА, да се оттеглят в най‑добре защитеното вътрешно убежище на кораба.

Дори там някои членове на екипажа съобщават, че са виждали светлинни проблясъци, ефект, предизвикан от високоенергийни частици, ударили ретината им. Това остава едно от най‑мощните слънчеви протонни заливания, регистрирани някога. По‑късно изследовател от НАСА изчислява, че ако астронавтите са били извън защитното магнитно поле на Земята, а не в ниска орбита, те биха имали около 10% риск да загинат по време на бурята.

Подобни бури, както и други опасни радиационни заплахи, попадат под общото понятие космическо време. През последните дни екипажът на „Артемида II" (Artemis II) навлезе далеч отвъд защитата на земната магнитосфера, където слънчевите бури представляват значително по‑голяма опасност. И все пак, след събитията от 1989 г. учените са научили някои ключови уроци за това как да се справят с тези рискове.

Космическият кораб „Орион" (Orion), който превозва екипажа на Artemis II, е първият апарат, проектиран специално за справяне с опасности като потоци от високоенергийни протони. Безпилотната мисия Artemis I, която обиколи Луната през 2022 г., носеше сензори, измерващи радиацията в различни части на кораба, и предостави потенциално животоспасяващи данни. Orion е оборудван със специално убежище при бури, допълнителни защитни слоеве за поглъщане на радиация и сензори, които следят нивата ѝ по време на цялата мисия.

„Натрупахме голяма увереност в нашите модели и системи“, казва Стюарт Джордж, физик в Космическия център „Джонсън“ на НАСА в Хюстън, който участва в измерването и ограничаването на ефектите от космическото време. „От гледна точка на радиацията това е наистина много добър кораб.“

По време на пътуването си от Земята до Луната и обратно Orion е изложен на три основни вида космическа радиация. Тази радиация действа като субатомни шрапнели, които могат да увреждат човешките тъкани и ДНК и да създават йони, причиняващи молекулярен хаос в организма.

Още преди да напусне зоната, доминирана от земното магнитно поле, екипажът на Artemis II преминава през поясите на Ван Алън, две области с форма на поничка, разположени между около 600 и 60 000 км над планетата. Те са изпълнени с бързо движещи се протони и електрони, заключени от магнитното поле на Земята. Макар тези частици да могат да бъдат също толкова опасни, колкото и по време на силна слънчева буря, Orion преминава през поясите за по‑малко от час, което ограничава облъчването на екипажа.

Втората заплаха идва от галактическите космически лъчи – атомни ядра, протони и електрони, движещи се из Космоса със скорости, доближаващи се до тази на светлината. Смята се, че произхождат от далечни експлодиращи звезди. Те са особено опасни, защото защитата срещу тях може да утежни проблема: когато тези ултрабързи частици се сблъскат с корпуса на кораба, те предизвикват микроскопични експлозии и освобождават вторични частици, които също могат да увредят човешката тъкан.

Единственият начин за частично ограничаване на тази радиация е полетите да се осъществяват по време на периоди с висока слънчева активност. Тогава потокът от заредени частици от Слънцето създава защитен ефект, подобен на този, който земната магнитосфера осигурява на нашата планета. Artemis II лети малко след последния пик на 11‑годишния слънчев цикъл в края на 2024 г.

Но тези периоди носят и допълнителен риск – слънчеви изригвания и коронални изхвърляния на маса, които стават по‑чести по време на слънчевия максимум. Въпреки това учените смятат, че опасността от галактическите космически лъчи прави пътуването в такива периоди по‑безопасно, отколкото когато Слънцето е по‑спокойно.

НАСА и Националната океанска и атмосферна администрация на САЩ (NOAA) управляват няколко спътника, които наблюдават Слънцето, следейки за мощни събития като силното изригване, избухнало малко преди изстрелването на Artemis II. Един от основните „работни коне“ е Обсерваторията за дълбококосмически климат (Deep Space Climate Observatory, DSCOVR), разположена на около 1,6 милиона километра по посока към Слънцето. DSCOVR регистрира слънчевата активност и осигурява между 15 и 60 минути предварително предупреждение, преди буря от частици да достигне Земята.

А през септември 2025 г. агенциите изстрелват още три спътника за наблюдение на различни аспекти на слънчевата активност –Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP), Carruthers Geocorona Observatory и SOLAR-1. Всички те достигат оперативните си позиции в близост до DSCOVR през януари, а SOLAR‑1 е предназначен да осигурява денонощни наблюдения на слънчеви изригвания. Данните от тези обсерватории се обединяват в сложен прогностичен софтуер, който се опитва да определи кога има повишен риск от опасно космическо време.

Изследователите се съсредоточават върху активните области на Слънцето – региони със силно усукани магнитни полета, които често съдържат слънчеви петна и са склонни да изстрелват потоци от заредени частици. „Много е подобно на хартиен самолет с ластик“, казва Патриша Райф, космически физик в Университета Райс в Тексас. „Колкото повече усуквате ластика, толкова повече напрежение и енергия се натрупват.“ Когато ластикът бъде пуснат, той се разплита рязко и изстрелва самолета. По подобен начин магнитните линии на Слънцето могат да се усучат до точка, в която вече не могат да се огъват – тогава те се разкъсват внезапно и изхвърлят в Космоса заредени частици и радиация.

Както и при екстремните метеорологични явления на Земята, подобни слънчеви изблици се случват непредсказуемо. Учените могат да преценят кога в активните области се натрупва енергия въз основа на слънчевите петна и други данни, което повишава вероятността за буря. Но точният момент на изблика не може да бъде предвиден.

Миналата година служители на НАСА, Националната океанска и атмосферна администрация на САЩ (NOAA) и експерти от космическата индустрия се събраха в Боулдър, Колорадо, за да симулират прогнозирането на космическо време с най‑новите модели и реакцията при потенциална извънредна ситуация по време на мисията Artemis II. Участниците проследяваха симулирани събития, базирани на реални исторически данни, обменяха жизненоважна информация и изясняваха какви насоки трябва да бъдат дадени на астронавтите, намиращи се отвъд защитното магнитно поле на Земята. Симулацията е била „поучителна“ и изключително полезна, казва Шон Дал, синоптик в Центъра за прогнозиране на космическото време към NOAA в Колорадо. Ако по време на мисия в дълбокия космос избухне слънчева буря, подобни системи за ранно предупреждение биха били от решаващо значение.

Благодарение на предварителните спътникови сигнали, наземните екипи разполагат с поне кратък времеви прозорец, за да оценят нивото на опасност. Ако прогнозите покажат риск за екипажа, астронавтите ще получат нареждане да се преместят в убежището за бури на Orion. Това е малка зона в основата на космическия кораб, където всеки член на екипажа разполага с ограничено пространство, предназначено за максимална защита. Там те поставят допълнителни защитни материали и подплънки около главите си, за да намалят излагането на радиация.

Тъй като една слънчева буря може да продължи дни, проектантите на мисията не са предвидили астронавтите на Artemis II да останат задълго в това тясно пространство. Затова стените на кораба са изградени от алуминий и полиетилен с висока плътност, които абсорбират част от радиацията. При нужда екипажът може да изгради и временно допълнително защитно решение, използвайки наличните на борда материали, които се разполагат по вътрешните стени на кораба. „Един колега описа това като иновативно използване на наличните ресурси“, казва Джордж.

С нарастващия брой мисии до Луната – и може би един ден до Марс – усилията за прогнозиране и реакция при космическо време ще стават все по‑жизненоважни. В този контекст данните и технологиите, използвани при Artemis II, са само първата стъпка.