Часть 4. Исследование радиобиологических эффектов и биологически значимых характеристик космического ионизирующего излучения

Целью запланированных исследований на биоспутнике является изучение биологически значимых характеристик космического ионизирующего излучения и эффектов его воздействия на биообъекты в условиях открытого пространства и внутри биоспутника, а также исследование и отработка новых методов и средств космической дозиметрии для их последующего применения в перспективных космических миссиях. Предлагаемые исследования на биоспутнике направлены на получение новых знаний как в фундаментальных областях науки - радиобиологии, космической физики, так и в прикладной области - радиационной безопасности космических полетов.

Ожидаемые параметры орбиты: наклонение - 62.8º; орбита близкая к круговой, высотой – 595 км; продолжительность полета – до 30 суток. В случае солнечных протонных событий на данной орбите возможно существенное (в десятки и сотни раз) возрастание суточной мощности дозы внутри КА.

Оборудование, установленное на биоспутнике обеспечивают широкие возможности проведения радиационно-физических и радиобиологических экспериментальных исследований. Так, внутри спутника в условиях защищенности, аналогичных обитаемым отсекам пилотируемых космических аппаратов, можно изучать характеристики как первичного космического излучения, так и вторичного излучения, возникающего при взаимодействии первичного с материалами конструкции спутника.

На внешней поверхности биоспутника в специальных контейнерах научной аппаратуры (КНА) обеспечены условия открытого космического пространства, что позволяет изучать радиобиологические эффекты низкоэнергетического космического ионизирующего излучения и его радиационные характеристики. Анализ данных по наблюдаемым в установленных на КА биообъектах изменениям, специфическим для последствий радиационного воздействия (изменения в генетических структурах, нарушения в компонентах зрительного анализатора и нервной системы, структурные изменения в системах биообъектов и т.п.) позволит получить информацию по основным направлениям исследований в космической радиобиологии в условиях реального радиационного воздействия, не достижимого в наземных экспериментах.

Запланированные исследования позволяют расширить знания о радиационном поле при полете в околоземном космическом пространстве, необходимые для оценки радиационных нагрузок на космонавтов и биологические объекты и на элементы конструкций, покрытия, оптику, электронное оборудование космического летательного аппарата, а также получить достаточно обоснованные исходные данные для разработок представлений о закономерностях радиационного поражения организма в условиях воздействия космической радиации и для обоснованного планирования наземных лабораторных исследований по данному научному направлению. Достаточный упор будет сделан на изучение закономерностей генетических повреждений клеток тяжелыми заряженными частицами космических лучей и вторичных быстрых нейтронов, возникающих в результате взаимодействия первичной радиации с материалами и веществом космического аппарата. Естественно, что для такого анализа на космическом аппарате должны быть обеспечены детальные измерения радиационных полей и определены дозы облучения экспериментальных биологических объектов в рамках комплекса радиационно-физических измерений.

Наклонение орбиты биоспутника 62,8º позволяет проводить радиационно-физические исследования при сниженных по сравнению с орбитой МКС (наклонение орбиты 51,6о) условиях экранирования космической радиации геомагнитным полем, что приводит к заметному увеличению дозы облучения биообъектов по сравнению с предыдущими полетами биологических спутников. Кроме того, уменьшение геомагнитного порога на высоких широтах позволяет измерять дозы космической радиации и радиобиологические эффекты с учетом вклада в дозу от низкоэнергетического участка спектра космических лучей, что очень важно с точки зрения оценок радиационной опасности в межпланетном пространстве. Вместе с тем для определения дифференциального вклада в дозу от различных источников космической радиации необходимо иметь измерения распределения дозы с помощью активных детекторов вдоль траектории полета. Для более точной оценки радиационной нагрузки на человека при орбитальных полетах необходимо также определение эквивалентной дозы нейтронов наряду с поглощенной дозой, обусловленной заряженными частицами.

Измеренные физические данные позволят получить картину распределения дозы по установленным на спутнике биологическим объектам и оценить возможные радиационные повреждения, включая хромосомные нарушения в клетках после возвращения биообъектов на землю. В настоящее время появились дополнительные возможности оценки степени тяжести цитогенетических повреждений (метод комет, ФИШ-метод и др.), которые планируется применить для послеполетного анализа характера поражения биообъектов, находящихся снаружи и внутри космического аппарата. Это позволит получить дополнительную информацию о защитных свойствах космического аппарата по отношению к воздействию космической радиации, а также о степени снижения защищенности космонавтов при внекорабельной деятельности (защита только веществом космического скафандра).

Кроме того, результаты измерений пассивными детекторами будут использоваться для нормирования и проверки модельных описаний динамических характеристик космических лучей и повышения точности анализа измерений, выполненных активными приборами. Необходимо отметить, что измерение ЛПЭ спектров с помощью активных средств – задача весьма трудоемкая и не будет решаться в эксперименте на планируемом биоспутнике ввиду отсутствия специальных активных ДПЭ – спектрометров. Вместе с тем эта информация необходима для корректной оценки радиационной нагрузки на биообъекты. Поэтому планируемые измерения с помощью трековых детекторов имеют большое научное и методическое значение.

Подчеркнем, что результаты по рассматриваемому направлению будут иметь большое научное и практическое значение как для выяснения закономерностей формирования дозы в орбитальных космических аппаратах, так и для исследования закономерностей радиационного поражения биологических объектов в условиях космического полета.