Rambler's Top100

Сайт Яна Ивановича Колтунова

Анализ влияния космических лучей на космонавта

(работа выполнена на основании расчетов автора и проведенного им анализа возможных воздействий на космонавта в космическом аппарате или вне его вблизи планеты Земля и в Солнечной Системе; при этом использованы материалы о составе и интенсивности космических лучей, опубликованные в открытой литературе).

 

Практическая подготовка полетов человека на больших высотах и в космическом пространстве на различных  летательных аппаратах требует проведения анализа ряда проблем, связанных с обеспечением безопасности полета человека.

Огромные энергии и проникающая  способность космических лучей практически исключают возможность полной защиты от них в космическом аппарате посредством экранов-поглотителей или отражателей.

Человек, животные, растения приспособились к жизни на дне земной атмосферы, в толще которой космические лучи поглощаются почти полностью.

В космическом пространстве они будут подвергаться непрерывному воздействию космических лучей, в десятки раз большей интенсивности, чем у поверхности земли.

К настоящему времени прямыми и косвенными методами получен богатый экспериментальный материал о распределении в пространстве, спектральном составе (по интенсивности, энергиям, массам, зарядам, импульсам и др.), а также о других параметрах как первичного, пронизывающего пространство солнечной системы, космического излучения, так и вторичного, третичного и т.п. излучений, возникающих в результате взаимодействия первичного излучения с земной атмосферой и находящимися в ней экранами.

Установлено [1], [2], [3], что первичные космические лучи представляют собой, в основном (более 99,4% частиц), поток положительно заряженных частиц-ядер различных элементов с порядковыми номерами /Z/ до 26-28 и с энергиями от 109 до 1018 эв.

При этом около 90% первичного потока космических лучей составляют протоны, около 9% - ядра гелия (a - частицы) и около 1% ядра с 2 < Z £  28.

Ядра, входящие в состав космических лучей, приходят в область магнитного поля Земли в полностью ионизированном состоянии [2].

Соотношение между потоками ядер с числом протонов, равным или более двум, Z ³ 2, можно выразить в виде[1]:

NНе : NLi,Ве, В : NC,N,О,F : NZ>10 » 60 : 3 : 3 : 1

Примерно 0,6% первичного потока представляют электроны и фотоны.

Основная доля (более 90%)  первичных космических лучей имеет энергию от 1·109 до 15·109 эв/нуклон.

Вдали от Земли на расстояниях более 8-10 земных радиусов космические лучи распределены  в пространстве изотропно.

Вблизи Земли, в результате отклоняющего действия земного магнитного поля, происходит пространственное перераспределение космических лучей по энергиям, преимущественной направленности и зонам входа в атмосферу.

Частицы высоких энергий - более 15·109 эв/нуклон проникают в атмосферу на любой широте (при их вертикальном входе в атмосферу). Частицы сравнительно малых энергий - порядка 1·109 эв/нуклон - могут проникать вглубь  атмосферы лишь в районе магнитных полюсов. Интенсивность космических лучей в районе магнитного экватора, примерно, в три раза меньше, чем в районах полюсов (магнитные широты более 580)  [1],  [2].

Интенсивность основной части космических лучей почти постоянна во времени.

На широте 500 на границу атмосферы в 1 сек. падает 1 частица на 1 см2 [2].

Очень редко наблюдаются “вспышки”, т.е. увеличение интенсивности космических лучей на десятки процентов (за 15 лет зарегистрированы четыре “вспышки”). Среднесуточные колебания интенсивности космических лучей не превосходят 0,4% [2].

Интенсивность космических лучей у поверхности Земли не превосходит величины =1-2 частиц на 1 см2  в 1 мин. [4].

В результате взаимодействия первичных космических лучей с атмосферой возникают вторичные, третичные и т.п. ядерные, электронные, фотонные и другие ливни, за счет чего суммарная интенсивность (первичных, вторичных и т.п.) космических лучей изменяется по высоте. Максимальная суммарная интенсивность имеет место на высоте около 22 км. Интенсивность на этой высоте примерно в 100 раз больше, чем у поверхности Земли и, примерно, в три раза больше, чем интенсивность первичных космических лучей вдали от Земли [2[, [3], [4].

Частицы космических энергий могут быть получены и в лабораторных условиях на Земле, (например, с помощью специальных ускорителей). В настоящее время имеются и строятся ускорители для получения электронов и протонов с энергиями, соответственно до 4·109 эв. и 10·109 эв.

Основой для теоретического определения биологического действия космических лучей является теоретически и экспериментально установленная весьма слабая зависимость ионизационной способности быстрых частиц, имеющих скорость V ³ 0,96 с, где с - скорость света, от их скорости (энергии). Космические лучи также являются быстрыми частицами.

Энергия, теряемая быстрой заряженной частицей на образование одной пары ионов в различных веществах, неодинакова. Для тканей человеческого тела она равна, примерно, V1 = 35 эв.

Ионизация, производимая частицами с различным зарядом, ориентировочно, пропорциональна квадрату заряда частицы [4], [6].

Суммарная ионизация, производимая вдали от Земли первичными космическими лучами в единице объема ткани живого организма, без учета влияния ядерных расщеплений, ориентировочно, может быть представлена в виде:

 

(1)

 

Где: I- суммарная интенсивность лучей в первичном потоке, [частиц/см2 сек];

mz - доля ядер с зарядом z в первичном потоке;

d - средний путь, проходимый частицей в единице объема ткани, [см];

 

  - ионизационные потери в ткани, эв/см;

 

Ö1 - ионизационный потенциал /энергия, пошедшая на образование пары ионов/, [эв/пару ионов];

t - время облучения [сек].

Оценим ориентировочно суточную дозу космических лучей /производимую ими ионизацию/, получаемую единицей объема - 1 см3 - живой ткани.

Принимаем [2]   I = 1 частица/см2 сек

Шар объемом 1 см3 имеет поверхность S1,

S1 = 4,85 см2

Число частиц, проходящих через поверхность шара с объемом в 1 см3 в 1 сек, соответствует I1:

I1 = IS1 = 4,85 частиц/сек

Считаем, что каждая частица проходит по нормали  через центр шара объемом 1 см3, тогда ее путь в шаре равен d = 2RI:

RI = 0,62 см

d =2RI= 1,24 см

Определим

, принимая приведенное выше распределение частиц в первичном потоке, т.е. [1], [2]:

NН : NНе : NLi,Ве,В : NC,N,О,F : NZ>10 » 600:60:3:3:1

(Ni - число частиц - ядер = “i”)

Принимая суммарный поток первичных лучей за 1, получим соотношение частиц в первичном потоке;

mН : mНе : mLi,Ве,В : mC,N,О,F : mZ>10 » 0,9:0,09:0,0045:0,0045:0,0015

Будем принимать для каждой группы ядер “i” среднее значение заряда, т.е. для частиц Li, Ве, В,  Zср  = (3+5)/2=4; для частиц С, N,O,F  Zср = (6+9)/2=7,5, для частиц с 10 £ Z £ 28  Zср =  (10+28)/2=19.

Тогда:

, » 0,9· 12 +0,09с· 22  + 0,0045·  42 + 0,0045·  7,52+0,0015· 192 » 0,90+0,36+0,071+0,26+0,54»0,9+0,36+0,87»2,13

Принимаем средние потери на ионизацию в ткани для протонов первичной компоненты равными таковым в минимуме кривой ионизированных потерь для воды [4], т.е. :

 

т.е.= 2 106 эв/см

Подставляя приведенные значения в выражение 1, определим суточную (t» 86400 сек) ионизацию в 1 см3 ткани за счет космических лучей:

N =(4,85 х 1,24 х 2 х 106 х 2,13 х 86400)/35 = 6,34· 1010 пар ионов/ см3. сутки

При этом за счет протонов образуется 2, 68 1010 пар ионов/см3 сутки, за счет a - частиц ~ 1,06· 1010 пар ионов/ см3 сутки и за счет первичных частиц с 2< Z £ 28 ~ 2,6· 1010 пар ионов/ см3 сутки.

Можно заметить, что ионизация многозарядными частицами Z ³ 8,  несмотря на их относительно незначительную долю в первичном потоке, сравнима с ионизацией за счет первичных протонов.

Выражая дозу, получаемую незащищенной живой тканью, находящейся в потоке первичных космических лучей, в рентгенах, получим (1 рентгену - р - тканевому рентгену - соответствует образование в 1 см3 ткани 1,6· 1012 пар ионов) суточные дозы: за счет ионизации протонами Д1 =2,68 х 1010/1,6 х 1012= 0,0168 р., за счет ионизации a - частицами Д2 =1,06 х 1010/1,6 х 1012 = 0,0066 р. и за счет ионизации частицами с 2< Z £ 28  Дz>2=2,6 х 1010/1,6 х 1012=0,0163 р., суммарная суточная доза равна примерно Дå = 0,04р.

Сравним получающиеся дозы  с доступными дозами при общем облучении космическими лучами.

Допустимые для человека суточные дозы частиц с космическими энергиями (порядка 1-15·109 эв/нуклон) в настоящее время еще недостаточно хорошо известны. Однако, есть указания, что при увеличении скорости заряженной частицы удельная ионизация уменьшается, по крайне мере до скоростей, соответствующих космическим энергиями [4], [6].

Поэтому можно принять для  ориентировочной оценки опасности космических лучей для организма допустимые дозы для космических частиц теми же, что и для частиц средних энергий (порядка 1-15·106 эв/нуклон).

Допустимыми предельно-безопасными дозами, принятыми в СССР, являются: для b,g - излучателей и протонов Д0b,g = 0,1  р/сутки,  для a - частиц Д0α = 0,01 р/сутки [5],[6].

Безопасные дозы для быстрых многозарядных космических частиц (Z> 2) в настоящее время, насколько известно, не установлены. По-видимому, они не более  безопасных доз для a - частиц.

Сравнение безопасных доз с получающимися за счет ионизации первичными космическими лучами позволяет установить, что ионизация за счет космических протонов и a - частиц безопасна  для человека, а ионизация за счет многозарядных космических частиц, по-видимому, несколько выше допустимых доз.

Необходимо заметить, однако, что в литературе имеются указания на то, что биологическое действие a - частиц может быть выше, чем действие  b и g излучателей в 4-20 раз [5].

Поэтому допустимую дозу для a - частиц  иногда снижают до 0,005-0,002 рентген/сутки [5].

Имеются также указания на то, что биологическое действие протонов может превосходить в 10 раз действие b, g- излучателей [6], т.е. иногда принимается, что допустимые дозы протонного облучения не должны превосходить 0,01 р. Если принять последние приведенные значения допустимых доз для протонов и ядер гелия, то ионизация за счет первичного космического излучения может несколько превосходить упомянутые допустимые значения.

Необходимо иметь в виду, что приведенные выше значения допустимых доз относятся к случаю систематического воздействия частиц и являются нормами, применяемыми в мирное время, т.е. они даются с известным запасом. В военное время суточные допустимые дозы увеличивают в несколько раз, т.е. приближаются к фактически предельно допустимым дозам. Эти дозы в 100 и более раз меньше смертельных доз.

При относительно кратковременном облучении ионизирующими частицами допустимые дозы могут быть увеличены в десятки раз.

Ионизация за счет первичных быстрых электронов, а также за счет фотонов/общая их доля в первичном потоке не превосходят 0,6%  [1], [2]/, примерно, в 100-150 раз меньше ионизации за счет первичных протонов.

Необходимо заметить, что, наряду с ионизацией живых тканей, первичные космические частицы могут также вызвать деление ядер с последующими радиоактивными превращениями. Осколки ядер будут иметь энергии, достаточные для вторичной ионизации.

Ионы и продукты ядерных реакций за счет космических лучей будут возникать и при прохождении космических  частиц через элементы, конструкцию, приборы и т.п., а также через атмосферу космического аппарата.

С течением времени в организме человека, а также в элементах конструкции и приборах, атмосфере, пище и т.п., т.е. на космическом аппарате, могут накапливаться радиоактивные вещества.

Поэтому выбор конструкционных материалов, а также атмосферы, пищи и пр. имеют значение при стремлении уменьшить воздействие космических лучей.

Чем больше заряд (порядковый номер элемента) атома вещества, тем больше осколков при ядерных взаимодействиях, тем более вероятность последних, тем больше атомная тормозная способность. Последняя, примерно пропорциональна корню квадратного из атомного номера вещества [6].

Поэтому в составе материалов для конструкции, приборов космического аппарата, в пище, одежде, атмосфере и т.п. применяемых на космическом аппарате, желательно, по возможности, использовать элементы с малыми атомными номерами.

В частности, представляет интерес замена азота в атмосфере космического аппарата гелием, использование в конструкции бериллиевых сплавов и т.п.

С целью уменьшения возникновения вторичных ядерных процессов целесообразно стремиться к уменьшению эффективной толщины космического аппарата.

Толстостенная конструкция космического аппарата, а также расположение вблизи кабины пилота крупных масс (складов и т.п.) могут явиться причинами увеличения воздействия космических лучей  на пилотов  за счет вторичных эффектов. Поэтому кабину космического аппарата следует выполнять тонкостенной. Ненужные массы, например, разгонную двигательную установку с этой целью целесообразно удалять (отводить) от кабины с пилотами и с измерительными приборами.

По-видимому, без труда при конструировании кабины может быть достигнута эквивалентная толщина dэ (dэ равно

,

 

 где dj - толщина вещества j с удельным весом gj) порядка нескольких сантиметров Аl, т.е. до 10 см воды.

Опытные данные показывают, что частицы, входящие в состав первичных космических лучей, имеют длины пробега  в десятки раз /  для ядер с Z=2/ и в сотни раз /для протонов/ превосходящие упомянутую эквивалентную толщину космического аппарата [1],  [4], [6].

Из всех частиц, входящих в первичное космическое излучение, заторможены экранами могут быть, по-видимому, лишь некоторые многозарядные частицы.

На границе  атмосферы через 10 см свинца, по крайне мере, половины   протонов проходит без ядерных взаимодействий [1].

Ориентировочные расчеты показывают, что взаимодействие ядер космических лучей с ядрами ткани человека, находящимся на космическом  аппарате в космическом пространстве, а также с элементами конструкции аппарата является маловероятным процессом, не играющим определяющей роли в биологическом действии космических лучей. Продукты ядерных взаимодействий могут несколько повысить общее ионизирующее действие космических лучей в тканях, по ориентировочным подсчетам, не более, чем на 10-20%.

Для случая длительного полета человека в летательном аппарате над Землей в пределах высот 100-2000 км. в качестве возможных доз космических лучей, ориентировочно, можно принимать приведенные выше (стр. 4, 5) значения доз космических лучей в свободном пространстве с коэффициентом порядка 0,5-0,6, соответственно. Остальная часть космических лучей затеняется Землей.

То же будет иметь место при движении космического аппарата вблизи других космических тел.

При движении летательного аппарата на относительно небольших высотах (порядка 20-25 км над уровнем моря) за счет увеличения интенсивности космических лучей, вследствие вторичных, третичных и т.п. процессов взаимодействия первичного излучения с атмосферой, можно ожидать увеличения биологического действия (фактических доз)  космических лучей, ориентировочно, в три раза против такого на границе атмосферы и в свободном космическом пространстве.

Поэтому можно, по-видимому, считать, что длительные полеты в космическом пространстве менее опасны в смысле воздействия космического излучения, чем полеты на высотах порядка 20-25 км. над поверхностью Земли. Экспериментальные данные по оценке биологического действия космических лучей, поэтому, могут быть получены при длительных полетах на высотах порядка 20-25 км над Землей. Тело, движущееся по орбите, лежащей в плоскости, близкой к экваториальной (в зоне, ометаемой магнитным экватором при вращении Земли), будет подвергаться, примерно, в три раза меньшему воздействию космических лучей, чем тело с орбитой, проходящей через полюсы, в период его движения в зоне широт более 58-600 северной магнитной широты (или, соответственно, южной).

Наибольшее воздействие космических лучей на летательный аппарат ожидается в надполярных областях и, особенно, при прохождении аппарата над магнитными полюсами Земли.

Для изучения взаимодействия космических лучей с магнитным полем Земли орбиту летательного аппарата целесообразно выбирать в плоскости большого круга, содержащей магнитный меридиан. В этом случае аппарат движущийся на сравнительно небольшой высоте (порядка 150-1000 км)  пройдет в зоне магнитного полюса, по крайне мере, дважды в сутки.

Необходимо заметить, что предельно-допустимые дозы космических лучей различны для различных живых организмов. Если смертельная суммарная доза для человека при общем облучении лежит в области порядка 300-400  рентген, то существуют организмы, погибающие даже при дозах 0,001 рентген (например, одноклеточные грибки [5]).

Большинство микробов погибает при очень больших дозах (от  десятков тысяч до миллионов рентген). Растения, как правило, допускают большие дозы облучения, чем человек, без гибельных последствий.

50 - процентные смертельные дозы для животных одного порядка со смертельными дозами для человека. Например, 50% смертельная доза для лягушек при температуре тела 250С составляет 1000 рентген, при температуре тела 50С - 5000 рентген, для крыс и мышей - 500 рентген, для морских свинок - 200 рентген, для кроликов - 600 рентген [5] и т.д.

В настоящее время известен ряд веществ, снижающих биологическое действие излучений (a, b, g  и других) при приеме этих веществ заблаговременно перед облучением [5]. Целесообразно проверить эффективность таких веществ при облучении животных и растительных организмов частицами космических энергий и интенсивностей. Такие опыты могут быть проведены при использовании в качестве источников быстрых частиц, например, космотронов.

Можно также ожидать, что животные и растительные организмы могут приспособиться к жизни при повышенных ежесуточных дозах быстрых частиц.

 

Выводы

 

1. Ориентировочные теоретические расчеты показывают, что ежесуточная доза космических лучей для человека, находящегося в космическом пространстве вдали от Земли, сравнима с допустимой дозой при ежедневном облучении. На основании этих расчетов можно считать, что, по крайне мере, при не очень длительных полетах человека в космическом пространстве (порядка месяца) биологическое действие космических лучей не представляет опасности для человека.

 

2. При полетах над Землей на высотах порядка 100-2000 км. часть космических лучей будет затеняться Землей и суммарная доза космических лучей будет значительно меньше допустимой.

 

3. Проведенные расчеты указывают, что при выборе конструкционных материалов и формы космического аппарата, а также направления и высоты полета, возможно, придется учитывать воздействие космических лучей.

 

Использованная литература

1. М.И. Фрадкин. Первичная компонента космического излучения. УФН.Т. LIII, вып.3, июль 1954 г.

2. Труды третьего совещания по вопросам космогонии 14-15 мая 1953 г. Происхождение космических лучей. Академия наук СССР, М., 1954 г.

3. Н.А. Добротин. Космические лучи. ГИТТЛ. М., 1954 г.

4. Э.В. Шпольский. Атомная физика, т. II, ГИТТЛ, М., 1953 г.

5. Б.Н. Тарусов. Основы биологического действия радиоактивных излучений. Медгиз. М., 1954 г.

6. К.К.Аглинцев. Дозиметрия ионизирующих излучений. ГИТТЛ, М.Л., 1950 г.

 

Комментарии 2005 г. Я.И. Колтунова к его же статье

 

В моих работах и статьях, а также статьях и книгах обо мне неоднократно упоминается о разработке мной комплекса проблем, которые было  необходимо решить в начале 1940-х годов по подготовке технического осуществления ракетных и космических полётов, по изучению и освоению космоса. В тот период я собрал и изучил большое количество материалов о влиянии условий космического полёта на больших высотах в атмосфере Земли, в околоземном ближнем и дальнем космосе, в космическом пространстве и на планетах. Эти материалы касались также характеристик самой космической среды, параметров и состава аэросферы (атмосферы) Земли, характеристик радиационного, корпускулярного, гравитационного возможного взаимодействия всех видов космических факторов на космический аппарат, космический корабль, орбитальные станции и человека, находящегося как внутри космического средства, так и во вне его.

К этим факторам относятся и потоки элементарных быстрых и сверхбыстрых высокоэнергетических электронов, протонов, нейтронов, многозарядных ионизированных частиц, ядер гелия (альфа частицы), ядер различных элементов с порядковыми номерами (до 20-28): в основном ядер лития; бериллия, бора, азота, углерода, фтора.

Известно, что в условиях ракетного и космического полёта, в условиях полёта на сравнительно низких высотах в стратосфере и ионосфере, возможны следующие основные влияния на человека:

- влияние ускорений в период полета ракеты на активном участке траектории – с работающими ракетными двигателями;

- влияние ускорений при торможении в атмосфере и посадке с учетом их переменности, направления и величины;

- влияние полной или частичной длительной или кратковременной невесомости в период движения по орбите и на специальных режимах работы летательного аппарата, а также при выходе человека из аппарата в космическое пространство;

- влияние вибраций, их спектрального состава, направленности и интенсивности;

- влияние изменения силы тяжести на планетах и космических телах в сравнении с земной;

- влияние солнечной, звёздной, галактической, внегалактической, фоновой, биологической, мысленной и техногенной радиации в различных диапазонах спектра (в области видимого, инфракрасного, ультрафиолетового, рентгеновского, корпускулярного излучения, переменного магнитного, полевого, торсионного, гравитационного, радиоактивного и другого физического, биологического и комплексного взаимодействия и др.);

- влияние солнечного (звёздного) ветра на движение космического аппарата и космонавта;

- влияние двигательной активности, поз, видов и характеристик движения, нагружения и релаксации мышечных групп человека посредством саморегуляции и специальных технических средств нагружения и разгрузки, восстановления – рекреации, отдыха, поддержания здоровья и т.д.;

- влияние степени освоения и изучения мировоззрения, позитивного настроя, различающего знания, основных принципов, программ, системы и методов, специальных упражнений, приёмов и их комплексов, концентрации и сосредоточения, активации и пассивации сознания и самосознания, перепрограммирования, освоения опыта космического гармонического самопрограммирования и самосовершенствования, методов статического и динамического обучения, оздоровления, контактного и бесконтактного полевого самомассажа, дистанционных взаимодействий и др.;

- влияние работоспособности и тренированности основных физиологических систем и психофизических возможностей управления ими в активных и пассивных режимах;

- влияние психологических взаимоотношений и человеческих этических качеств участников космического полёта и специалистов, принимающих участие в обеспечении наиболее благоприятных условий для психофизического состояния, здоровья, активной деятельности, труда и жизни экипажа летательного аппарата, его родных и близких, для всех служб управления, связи, планирования, всех предусмотренных режимов полёта, а также для выхода из возможных стрессовых и других нештатных ситуаций;

- влияние земных и внеземных энергоинформационных потоков и взаимодействий (восприятие, анализ, классификация, запоминание, энергорегуляция, принятие решений и комплекса действий);

- влияние вида движения космического аппарата (с постоянным, переменным ускорением, вращениями, различными механическими связями космонавта с кораблём);

- влияние видов, качества, количества, очередности и способов приёма продуктов питания, воды и других жидкостей во времени;

- влияние видов и способов освоения, опыта и практики методов очищения, степени освоения методов воздержания от пищи и восстановления после голодания в специальных предполётных, полётных и послеполётных режимах тренировки и деятельности;

- влияние метеорных частиц, тел, микрометеоритов, пылевых космических частиц на материалы конструкции и оборудование космического  корабля, аппарата, скафандра, на самого космонавта;

- влияние галактических и солнечных космических лучей, на космонавта, оборудование космических скафандров, материалы конструкций, атмосферу корабля и др.

По всем этим влияниям, проблемам, которые необходимо решать, мною были собраны все имевшиеся в тот период (30-50-е годы), известные литература, информация, на основе которой мной были определены диапазоны возможных индивидуальных и комплексных сочетаний возможных влияний на космонавта. Были проведены расчеты параметров атмосферы Земли на основе сформулированной мною концепции строения и энергетического состояния вспухающей и перекатывающейся под действием солнечной радиации и вращения Земли атмосферы (аэросферы) до высоты 3000 м. над уровнем моря для дневных и ночных условий. Также были систематизированы данные и проведены расчеты тепловых режимов возможных простейших конструкций космических аппаратов на различных расстояниях от Солнца. Были выявлены допустимые ускорения, диапазоны температур и вибраций, давления внутри пилотируемого космического аппарата и методы уменьшения их влияния на космонавта – пилота и исследователя в ходе полёта. Под руководством В.В. Стрельцова - полковника медицинской службы, - руководителя кафедры авиационной медицины Центрального института усовершенствования врачей я провёл на себе эксперимент по определению предполагаемого положительного влияния добавок углекислого газа в атмосферу кабины до 5-7% (карбоген), вместо обычных 0,03 – 0,05%, в окружающей атмосфере, на снижение опасности кессонной болезни и возможности значительного - в несколько раз - быстрого изменения и снижения давления в кабине в ходе полёта. Этот эксперимент полностью подтвердил предполагаемое, что позволяло мне длительное время находиться в кислородной (карбогенной) маске на высотах до 12400 м. и создало условия, после необходимых тренировок, для обеспечения возможности подыматься на высоту до 8000 м. над уровнем моря без кислородной маски, эффективно работать на этой высоте, а также обеспечивать режимы безопасного подъема и спуска со скоростью до 1,5-2 км/сек. Этот эксперимент показал возможность использования казалось бы неожиданных технических решений для получения принципиально важных новых возможностей, пригодных для применения в космонавтике, авиационной и других областях науки и техники.

Мною были собраны все новейшие данные о составе, интенсивности, изменении по высоте над уровнем моря космических лучей большой энергии от 109 до 1018 эв., которые считались особенно опасными для космонавтов при их даже кратковременном и, тем более, длительном пребывании в космическом пространстве над земной атмосферой или в верхних её слоях. Я давно интересовался этой проблемой. Её С.П. Королёв и М.К. Тихонравов так же, как и я, считали одной из главных проблем выхода человека в космос, основной проблемой обеспечения безопасности ракетно-космических пилотируемых полётов, одной из важнейших проблем проектирования пилотируемых космических аппаратов, космических кораблей и орбитальных станций. Земная атмосфера надёжно защищает человека от космических лучей, человек приспособился к тем излучениям, которые достигают поверхности Земли. Толстостенные защитные устройства, поглощающие космические лучи, сделали бы невозможным подъем пилотируемого летательного аппарата в космос при использовании разработанных к тому времени ракетных топлив и ракетных двигателей. Сомнения конструкторов подогревали страхи возможных мутаций живых организмов под воздействием космических лучей и других излучений, в образной художественной форме представленные в научно-фантастических романах. Многие помнят научно-фантастический роман А. Беляева «Звезда КЭЦ», в котором эта проблема возводится в ранг главнейших препятствий и трудностей освоения космоса человеком и пребывания в космосе других живых организмов даже в кабине космического корабля или на орбитальной станции. Частично эту проблему я старался решить в период работы без отрыва от учебы в МАИ в спектральной лаборатории при кафедре физики МАИ. Там мне довелось заниматься вопросами спектрального анализа различных авиационных материалов на предмет их качества и соответствие техническим требованиям, а так же при разработке мной идеи использования изучения структуры вещества в циклотронах на встречных пучках (эта идея позже была реализована новосибирскими специалистами по изучению взаимодействия быстролетящих высокоэнергетических частиц). Была также сделана попытка уже в 1946 году провести исследование космических лучей на высотах до нескольких десятков километров с помощью физических приборов, установленных на борту стратосферной многоступенчатой твердотопливной ракеты конструкции П.И. Иванова, в испытаниях, расчетах и запусках которой на Краснознамённом артиллерийском полигоне под Ленинградом довелось участвовать и мне, будучи ещё студентом 4 курса МАИ. Эти эксперименты готовились Физическим институтом (ФИАН) Академии наук СССР. В связи с решением проблемы космических лучей, мне довелось встречаться и задавать немало интересующих меня вопросов, известным ученым С.В. Вернову, И.В. Курчатову, И.Е. Тамму, И.Н Головину, Л.Е. Введенскому, Л.А. Орбели, А.Ф. Иоффе и другим, изучить большое количество литературы по атомной и ядерной физике, в том числе книги, подаренные И.Н. Головиным и другими симпатизирующими мне учёными.

Приведенная выше статья и проведенные в ней теоретические оценки возможного влияния космических лучей на космонавта на околоземных и дальних космических орбитах стала особенно актуальной в связи:

- с началом конкретных работ по созданию ракетных средств, необходимых и по моему убеждению и с моим участием для реализации разработанной мной программы изучения и освоения космоса (1943-1948 гг.),

- с постепенным вовлечением многих организаций в решение конкретных задач развития космонавтики, постановка которых была разработана мной в МАИ и приведенных в Предложениях о развитии работ в области изучения и освоения Космоса и атмосферы Земли, направленных в Президиум Академии наук СССР, ЦК ВКП(б), ЦК ВЛКСМ, Президиум Центрального Совета ОСОАВИАХИМА, ГУГМС СССР, ГАУ (1944-1947 гг.);

- с постепенным вовлечением всё большего числа организаций в подготовке технических решений по реализации Предложений «О возможности и необходимости создания искусственного спутника Земли», подготовленных мною в 1952-1953 гг.;

- в связи с убедительными результатами исследований возможности создания ракет-носителей типа пакет, искусственных спутников Земли соответствующих ракетных и стартовых комплексов и испытательных полигонов 1948-1953 гг., проведенных группой М.К. Тихонравова;

- в связи с планируемыми мероприятиями по проведению исследований в ходе международного геофизического года 1957-1958 гг.

До меня, насколько известно конкретными разработками, расчётами по оценке влияния космических лучей на космонавта никто не занимался. Это создавало дополнительные трудности, хотя и вызывало особенный интерес с учётом значимости проблемы. Трудности возникали в связи с тем, что эту работу приходилось решать факультативно, помимо огромной загрузки по плановым и внеплановым исследованиям по обоснованию ракетных пакетов, стартовых ракетных комплексов и испытательных полигонов для них

Все основоположники начала космической эры, обоснования ракетно-космических науки и техники, технического осуществления ракетных полётов и даже создания авиационных и других транспортных средств, а также авторы научно-фантастических произведений в той или иной мере затрагивали отдельные аспекты перечисленных влияний и указывали на некоторые пути преодоления их следствий, а также на опасности, предостерегающие космонавтов, стратонавтов, пилотов летательных аппаратов тяжелее и легче воздуха (К.Э. Циолковский, Ф.А. Цандер, Г. Оберт, Ю.В. Кондратюк, Эно Пельтри, А.Я. Штернфельд, Н.А. Рынин, Я.И. Перельман, Жюль Верн, А. Беляев и многие другие). Изучение этих влияний наиболее интенсивно, с использованием научных, технических средств воспроизведения в земных условиях различных условий и этапов полёта, а также современных методов измерений, регистрации и анализа проводилось по мере обоснования и разработки объектов новой техники и выявления параметров космической среды, начиная с 20-30-х годов 20-го столетия, продолжается и в настоящее время. Основные трудности возникали при изучении влияний, достоверные данные о которых могли быть получены только в условиях космического полёта, поскольку земная атмосфера исключала возможность надёжного определения главных, количественных и качественных составляющих характеристик этих влияний. К числу одного из таких влияний, по-существу, проблем, которые могли оказать решающее влияние на выбор конструкций и материалов космических аппаратов, на способы подготовки экипажей и даже на саму возможность осуществления безопасного космического полёта человека, и была проблема влияния космических лучей.

Результаты, приведенные в статье, очень заинтересовали С.П. Королёва и М.К. Тихонравова и в большой мере успокоили их, поскольку влияние космических лучей на космонавта, даже при длительных полётах, оказалось вполне приемлемым и выявленные расчётами дозы возможных воздействий были значительно меньше допустимых при стабильных потоках космической радиации в солнечной системе. Конечно, оставалось еще немало вопросов для случаев кратковременного повышения интенсивности потоков солнечных и галактических космических лучей, но проведенные исследования вдохновили энтузиастов ракетных пилотируемых полетов к продолжению интенсивных конструкторских и теоретических разработок по другим проблемам подготовки технического осуществления таких полётов по крайней мере сравнительно небольшой продолжительности (порядка нескольких десятков суток). Надежды были и на получение более детальных систематических материалов по составу и интенсивностям космических лучей при запусках геофизических ракет, а в дальнейшем автоматических  искусственных спутников и других космических аппаратов.