Вторая – ракетная ступень, Lunar Module ascent stage – была одновременно и пилотируемым кораблем. Экипаж из двух астронавтов находился в этой верхней ступени лунного модуля до трех суток во время пребывания на Луне, покидая корабль только для выхода на поверхность. Кроме этого, в ходе аварийного полета Apollo 13 лунный модуль на три дня стал убежищем для трех членов экипажа во время возвращения от Луны. В том полете прилунение пришлось отменить из-за аварии – взрыва кислородного баллона на служебном отсеке Apollo.
Схема устройства стартовой ступени лунного модуля Apollo. NASA
Лунный модуль должен был не только доставлять людей на поверхность Луны и возвращать в космос, но и обеспечивать достаточную защиту от радиации в окололунном и межпланетном пространстве. Жилой объем лунного модуля был в полтора раза меньше командного. Заправленная стартовая ступень лунного модуля имела массу 4700 кг, что немногим меньше массы командного модуля. «Сухой», т. е. без топлива, лунный модуль весил значительно меньше, около 2150 кг, но бóльшую часть экспедиции он оставался заправленным.
Внутренняя площадь герметичного отсека лунного модуля – около 15 кв. м, внешнюю можно грубо оценить в 40 кв. м. В среднем экранирование лунного модуля обеспечивало защиту людей от космических лучей плотностью около 16 г на кв. см:
4 700 000 г ÷ 280 000 кв. см = 16 г на кв. см.
Это эквивалентно слою алюминия толщиной 6 см. Во время стоянки на Луне астронавтов от галактической радиации частично прикрывала сама Луна, от вторичной радиации снизу корабль был защищен еще первой ступенью. Даже если пренебречь тремя топливными баками, в которых заключалась половина массы модуля, то получим экран плотностью почти 8 г на кв. см:
2 150 000 г ÷ 280 000 кв. см = 7,6 г на кв. см;
что эквивалентно слою алюминия толщиной 3 см. В краткосрочной экспедиции этого достаточно для защиты не только от солнечного ветра и мягкого солнечного излучения, но и от мощных протонных событий. Даже самая мощная солнечная вспышка за всю историю наблюдений, которая произошла в августе 1972 года (когда на Луне никого не было), привела бы к облучению экипажа суммарной дозой в 280 рад. Это было бы чревато последствиями для здоровья, но NASA на тот момент считало допустимым облучение в 400 рад за время экспедиции.
Даже если бы экипажу Apollo 13 пришлось преодолевать в лунном модуле внутренний радиационный пояс, то к суммарной дозе добавился бы 1 рад. Но астронавты аварийного корабля вернулись в командный модуль до вхождения в радиационные пояса, поэтому доза их облучения в среднем не отличалась от остальных экспедиций, которые не пересекали внутренний радиационный пояс.
Если бы солнечная вспышка настигла астронавтов во время их выхода на лунную поверхность, это стало бы проблемой, но не несло бы прямой угрозы жизни и здоровью. Защита скафандра составляет около 1,4 г на кв. см (не считая ранца системы жизнеобеспечения), а солнечные протонные события можно предсказывать за несколько минут, которых астронавтам хватило бы для эвакуации в корабль. Кроме того, от начала солнечного протонного события до достижения максимума его интенсивности проходит порядка одного часа, что дает дополнительный запас времени на спасение, конечно, только при наличии оперативной связи с наземной службой, отвечающей за радиационную безопасность полета.
Самое главное, солнечные протонные события достаточно редки. По данным европейского Каталога солнечных протонных событий на 1997–2016 годы, их частота достигает 27 событий всех типов в год в пике солнечного цикла и снижается до 10–15 в год уже к середине цикла. Мощность этих событий также различается, и наиболее интенсивные могут происходит всего несколько раз за 11-летний цикл.
Количество солнечных пятен, влияющих на солнечную активность (черная линия), и количество по годам выходов в открытый космос на МКС с 1999 по 2018 годы (серая линия)
Скафандр менее защищен, чем корабль, но если взглянуть на статистику космических выходов с Международной космической станции, то увидим, что высокая солнечная активность не является препятствием для внекорабельной деятельности людей, хотя определенное влияние можно заметить.
Конечно, МКС прикрыта магнитным полем Земли, но это же поле собирает солнечные заряженные частицы в нижний протонный пояс. Он же пополняется вторичной радиацией от возрастающего в солнечный минимум галактического излучения. Протонный пояс подходит к поверхности планеты достаточно близко в районе Южной Бразильской аномалии, чтобы оказывать заметное воздействие на экипажи МКС. Длительность современных выходов в открытый космос – 4–8 часов, т. е. космонавты и астронавты могут несколько раз пересекать в скафандре нижнюю часть протонного пояса за один выход. Суммарный эффект воздействия космической радиации во время современных выходов в открытый космос на низкой околоземной орбите вполне сопоставим с двухчасовой прогулкой на Луне.
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ
Биомедицинские результаты полета Apollo в части радиационных эффектов
Результаты измерения радиации эксперимента «Матрешка» внутри модулей «Звезда» и «Пирс» и на внешней поверхности «Звезды»
Результаты измерения радиации эксперимента SilEye-3/Alteino на МКС
Результаты измерения радиации эксперимента Expose-2 на МКС
Результаты измерения радиации экспериментов «Люлин-5» и «Матрешка-Р» на МКС
Результаты измерения радиации дозиметром эксперимента Van Allen Probes
Результаты измерения радиации дозиметром эксперимента ACE
Результаты измерения радиации дозиметром эксперимента CRaTER LRO
Результаты измерений галактической и вторичной радиации у поверхности Луны эксперимента CRaTER LRO
Результаты измерения радиации эксперимента CRaTER LRO в применении к будущим пилотируемым полетам в дальний космос
Результаты измерения радиации дозиметром эксперимента RAD MSL Curiosity
Результаты измерения радиации дозиметром эксперимента «Люлин-МО» ExoMars
Моделирование поражающего эффекта самых мощных солнечных вспышек за всю историю наблюдений
Свойства и эффекты солнечных протонных событий в космосе
Условия на поверхности Луны
Почему на китайских снимках Луна красная?
КРАТКИЙ ОТВЕТ: Луна, снятая китайскими спускаемыми аппаратами, получилась красной из-за отсутствия калибровки баланса белого в навигационных камерах. Цветные панорамные камеры показывают серую с желтоватыми и коричневатыми оттенками равнину, которая незначительно отличается от Луны Apollo.
Выражаю признательность за помощь в подготовке главы профессиональному переводчику с китайского Елене Путковой
Первые кадры китайских лунных спускаемых аппаратов Chang'e 3 и Chang'e 4 оказались неестественно красными, даже в сравнении с фотографиями Марса. Поначалу можно было бы предположить, что это необычный цвет пейзажей в месте посадки, но детали конструкции спускаемого аппарата и луноходов Yutu также отличались непривычным цветом, нехарактерным для металлических конструкций, покрытых золотистой и серебристой пленкой экранно- вакуумной теплоизоляции.
Чтобы разобраться в причинах покраснения первых кадров с китайских аппаратов, пришлось обратиться к опубликованной технической документации. Как выяснилось, камеры спускаемых аппаратов разделялись по своим функциям на инженерные и научные. Инженерные камеры предназначались для того, чтобы выполнить главную задачу – провести посадку на Луну. Научные камеры относились к полезной нагрузке, и их цветопередачу калибровали для наиболее точного отображения поверхности, тогда как для инженерных цвет был не важен.
В число полезной нагрузки спускаемых аппаратов попали только две камеры: посадочная и панорамная (топографическая). Первая обладала цветной фотоматрицей c разрешением 1 мегапиксель и углом зрения 45 градусов. Эта камера смотрела в ту же сторону, что и маршевая двигательная установка спускаемого аппарата. Она запечатлела процесс схода с орбиты и мягкую посадку на поверхность, правда, в черно- белом формате.
Другая камера – панорамная, или топографическая, – размещалась на подъемной мачте. Она была оснащена цветной матрицей с разрешением 5 мегапикселей и углом зрения в 22 градуса и сняла полный окрестный пейзаж после прилунения. Обе панорамные камеры двух спускаемых аппаратов показали серую Луну с некоторыми желтоватыми оттенками грунта, которые более выражены в месте посадки Chang'e 3.
Навигационные камеры спускаемых аппаратов Chang'e относятся к инженерным средствам визуального контроля, которые должны показать успешность посадки и доставки лунохода на поверхность. Таких камер было три: «A», «B», «C». Именно третья – «C», с цветной матрицей разрешением 1 мегапиксель и углом зрения в 60 градусов, – производила первую съемку Луны после посадки для подтверждения успеха операции. Затем она же производила запись спуска и первых «шагов» лунохода Yutu.
Вероятнее всего, китайские инженеры решили, что камера, которая и так успешно справилась со своей задачей, просто не требует какой-либо дополнительной настройки. Тут может быть дело не в сложности или стоимости этой операции, а в отсутствии прямой необходимости. Простая бюрократическая формальность, отделившая приборы полезной нагрузки от инженерных систем, могла привести к тому, что навигационные камеры использовались по прямому практическому назначению – для навигации, с чем они справлялись и в «красном» режиме.
На спускаемых аппаратах Chang'e 3 и Chang'e 4 и на их луноходах Yutu и Yutu 2 установлены панорамные цветные камеры, которые уже показали нам Луну в цвете и гораздо более высоком качестве, чем навигационные. Хотя даже на них видны различия: у зондов Chang'e 3 и Chang'e 4 Луна более серая, а луноходы показывают больше цветовых вариаций с коричневатыми или желтоватыми оттенками, хотя и довольно бледными.