在航天飛行中,電離輻射主要來源于太陽粒子事件、銀河宇宙射線、星體捕獲輻射帶。
太陽粒子事件是指太陽耀斑爆發(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,因此被稱為太陽質(zhì)子事件。
銀河宇宙射線指來自太陽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捕獲的大量高強度、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重要電離輻射環(huán)境,對出艙活動的航天員將構(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。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“合理可達到的盡可能低( as low as reasonable achievable,ALARA) ”原則,在載人航天活動中需采取適宜的防護措施,盡可能降低航天員可接受的輻射照射。當前對于空間輻射的防護主要分為物理防護和生物醫(yī)學(xué)防護。
物理防護是指通過物理手段來對空間輻射進行防護,通過增加屏蔽材料厚度,利用電磁場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“保護區(qū)”。物理防護分為被動防護和主動防護。被動防護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,從而損失能量以達到屏蔽的目的。主動防護是指利用磁場或電場使入射的帶電粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn),使其無法進入艙內(nèi),以此來達到屏蔽的效果。
當宇航員在執(zhí)行長期的載人航天任務(wù)中受到低、中劑量的輻射時,人體內(nèi)會發(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。通過生物醫(yī)學(xué)防護的方法,利用服用藥物、補充營養(yǎng)等手段,有望提高人體對于輻射的耐受性來減輕輻射對于人體的損傷。
人類探測宇宙的腳步從未停止,如何降低空間輻射風(fēng)險也需要科學(xué)家們的持續(xù)探索