在航天飛行中,電離輻射主要來(lái)源于太陽(yáng)粒子事件、銀河宇宙射線、星體捕獲輻射帶。
太陽(yáng)粒子事件是指太陽(yáng)耀斑爆發(fā)期間發(fā)射的大量質(zhì)子、電子、重核粒子流,其中絕大部分由質(zhì)子組成,因此被稱為太陽(yáng)質(zhì)子事件。
銀河宇宙射線指來(lái)自太陽(yáng)系外銀河系的高能粒子,由能量很高、通量很低的帶電粒子組成,其中質(zhì)子占85%,α 粒子占14%,重離子約1%。
星體捕獲輻射帶包括地球捕獲輻射帶、木星輻射帶、土星輻射帶等。其中地球捕獲輻射帶是由地球磁場(chǎng)捕獲的大量高強(qiáng)度、高能帶電粒子形成的粒子輻射區(qū)域。根據(jù)俘獲粒子的空間分布可分為內(nèi)帶和外帶,內(nèi)帶主要由質(zhì)子和電子組成,外帶主要由高能電子和少量低能質(zhì)子組成,南大西洋異常區(qū)是低地球軌道載人航天的一個(gè)重要電離輻射環(huán)境,對(duì)出艙活動(dòng)的航天員將構(gòu)成較大危害。
空間輻射增加航天員罹患各種疾病的風(fēng)險(xiǎn)。NASA將其概括為致癌、中樞神經(jīng)系統(tǒng)影響、退行性變(心血管、免疫系統(tǒng)變化、白內(nèi)障等)以及輻射綜合癥4 種類型。為了保障航天員的身體健康,按照“合理可達(dá)到的盡可能低( as low as reasonable achievable,ALARA) ”原則,在載人航天活動(dòng)中需采取適宜的防護(hù)措施,盡可能降低航天員可接受的輻射照射。當(dāng)前對(duì)于空間輻射的防護(hù)主要分為物理防護(hù)和生物醫(yī)學(xué)防護(hù)。
物理防護(hù)是指通過(guò)物理手段來(lái)對(duì)空間輻射進(jìn)行防護(hù),通過(guò)增加屏蔽材料厚度,利用電磁場(chǎng)等方法盡可能減小航天員工作、生活區(qū)的空間輻射,設(shè)置“保護(hù)區(qū)”。物理防護(hù)分為被動(dòng)防護(hù)和主動(dòng)防護(hù)。被動(dòng)防護(hù)是利用帶電粒子射入航天器后與航天器屏蔽材料發(fā)生相互作用,從而損失能量以達(dá)到屏蔽的目的。主動(dòng)防護(hù)是指利用磁場(chǎng)或電場(chǎng)使入射的帶電粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn),使其無(wú)法進(jìn)入艙內(nèi),以此來(lái)達(dá)到屏蔽的效果。
當(dāng)宇航員在執(zhí)行長(zhǎng)期的載人航天任務(wù)中受到低、中劑量的輻射時(shí),人體內(nèi)會(huì)發(fā)生主要由水分子電離產(chǎn)生的羥基自由基所引起的DNA 的損傷。通過(guò)生物醫(yī)學(xué)防護(hù)的方法,利用服用藥物、補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)等手段,有望提高人體對(duì)于輻射的耐受性來(lái)減輕輻射對(duì)于人體的損傷。
人類探測(cè)宇宙的腳步從未停止,如何降低空間輻射風(fēng)險(xiǎn)也需要科學(xué)家們的持續(xù)探索