Матрешка в космосе

Как уберечь человека от космического излучения в условиях длительного полета? На какие органы космонавтов больше воздействует радиация? Найти ответы на эти вопросы удалось благодаря русской матрешке. 

Десять лет назад специалистами одного из предприятий машиностроительного Атомэнергомаша — ОАО «СНИИП» был разработан тканеэквивалентный шаровой фантом человека, который явился аппаратурной основой для эксперимента «Матрешка-Р». Эксперимент проводился на международной космической станции с участием специалистов из разных стран и позволил определить дозы радиации в теле космонавтов. О самом фантоме и о том, где он спит на МКС, нам рассказал Вячеслав Иванович Петров, кандидат технических наук, главный специалист по электронике отдела методов и приборов регистрации излучений ОАО «СНИИП».

Вячеслав Иванович, что это за проект и зачем он нужен?

Много лет назад перед лабораторией индивидуальной дозиметрии была поставлена задача измерить индивидуальные дозы радиации, которые получает человек на самом верху – на международной космической станции, и в самом низу – в подлодках. Что касается МКС, то каждый космонавт на станции носит индивидуальный дозиметр только в одном месте – в кармане на груди, что дает только общую картину облучения. Известно, что различные источники радиации в космическом полете приводят к неравномерному облучению тела человека и его органов. Для этого случая международной комиссией по радиационной защите было предложено использовать эффективную эквивалентную дозу, определяемую исходя из значений доз в различных критических органах человека. Поэтому для того, чтобы узнать, какое облучение ждет космонавта в космосе, например, при полете на Марс, было принято решение изготовить и отправить туда фантом, моделирующий тело человека, что позволит получить наиболее точные данные для оценки радиационной нагрузки в условиях длительных полетов. По глубине этого фантома вмонтированы детекторы, которые расположены в тех точках, где находятся критические органы человека. Благодаря этим измерениям для космонавтов выработаны рекомендации, в каких отсеках станции лучше находиться в периоды солнечной активности или каким боком поворачиваться, то есть, как лучше избежать критической нагрузки.

Как родилась эта идея?

Идея эта не нова. Институт медико-биологических проблем раньше сам делал шаровые фантомы: тканеэквивалентный материал заполняли, например, водой или еще чем-то, и эти шарики использовали для измерений. Мы подключились, когда начался международный проект, что дало хоть и небольшое, но финансирование проекта. 

Делают ли подобные фантомы в других странах?

Есть международный проект, в котором участвует, как говорится, весь свет. Целью проекта также является создание фантома, который действительно очень похож на человека – там даже кости есть. Идея та же: в местах расположения критических органов человека помещаются детекторы радиации, которые накапливают дозу. У нас фантом проще, мы человека изобразили в виде шарика, и на определенных глубинах в этом шаре располагается детектор, который отвечает каждый за свой орган: мозг, легкие, печень. Можно сказать, что мы со своим прибором всех опередили, потому что мы свою «матрешку» разместили прямо на станции в отсеке для космонавтов.

Как долго продолжается эксперимент?

Существуют пеналы, в которые вставляются детекторы. Они расположены по всему объему изделия. Через определенное время экспозиции пеналы извлекают и отправляют на Землю. Вместо них ставят то, что привезут на смену с Земли, и такой эксперимент продолжается в течение 10 лет. Длительность экспозиции составляет от 1 до 6 месяцев.

Какие требования выдвигаются к фантому, он же всё-таки настоящий «космонавт»?

Самое главное, чтобы была конструкция, которая выдерживает процесс запуска. А конструкция «матрешки» обеспечивает надежность как при эксплуатации, так и при доставке на МКС, где достаточно жесткие условия. На самой станции, конечно, достаточно тихо и мирно, но при доставке туда от сильной тряски любой прибор может развалиться на части. Отдельные требования есть к материалам, ведь надо, чтобы не газил, держал температуру, и, в случае экстремальной ситуации, оставался внутри оплавленным, а не разлетелся кусочками.

Фантом располагается в чехле из специальной ткани, которая защищает его от внешнего воздействия и обеспечивает надежность. Мы, конечно, старались этого придерживаться, хотя, замечу, это совсем не просто. Особенность нашего фантома в том, что нам удалось исключить азот, благодаря чему прибор можно размещать непосредственно там, где находится экипаж.

Где на станции этот круглый «космонавт» располагается?

Это место определил один из наших уважаемых космонавтов. Он поместил фантом в свой спальный отсек, где он спит. При согласовании месторасположения он сам предложил: «ну давай ко мне «под кровать» поставим». Вот так он и стоит до сих пор там, у него в закуточке. Впоследствии, фантом находился и в других местах российского отсека, а в последнее время – и в японском отсеке.

Почему назвали именно «матрешкой»?

Фантом же как шарик, а значит, естественно – матрешка. К тому же «матрешка» очень игриво звучит. Признаться, я через некоторое время забыл официально принятое слово «глобус». Мы всё время говорили только: матрешка-матрешка. Вот это название и прилипло.

Скажите, а как долго разрабатывался фантом?

Почти два года, с 2002 до 2004 года.

Сколько человек работало над ним?

В институте это были специалисты отдела, который тогда возглавлял Виктор Кашкин. Физики, конструктора (Владимир Еременко, Иван Карцев, к.т.н., заместитель главного конструктора темы «Глобус»), химики, технологи (Валерий Юдин, Алексей Никоноров), испытательный центр (Павел Габровский), метрологический центр (Игорь Мысев); изготавливалось изделие на опытно-экспериментальном производстве (Сергей Дробышев, Виталий Сериков).

Проводились государственные испытания с привлечением заказчиков – Института медико-биологических проблем и НПО «Энергия».

Также следует обратить внимание руководства к этой работе. Среди руководителей, активно содействовавших реализации проекта, Дмитрий Бучинский, Сергей Чебышов, Владимир Лукашов. Научным руководителем работы являлся доктор технических наук, профессор Борис Поленов. Ещё мы сотрудничали с Российским химико-технологическим институтом им. Д.И. Менделеева, который за бесплатно разработал материал, из которого изготовлена основа прибора. Мы со своей стороны научились этот материал обрабатывать и делать в нём отверстия для пеналов с детекторами. Изделие оснащается детекторами ДКГ-04, которые выпускает ангарский электрохимический завод, и трековыми детекторами.

Также, предусмотрели каналы для размещения прямопоказывающих приборов, в которых используются детекторы из различных стран, участвовавших в эксперименте «Матрешки» (Канада, Япония и др.).

Скажите, а были ли повторные заказы на подобные разработки?

На повторные разработки заказов, к сожалению, не было. Хотя мы пытались развить эту идею, и наши докладчики выступали с предложениями на научно-техническом совете Росатома при разработке долгосрочных планов отрасли.