20 лет в космосе: «Матрешка» поможет защитить космонавтов

На Международной космической станции (МКС) суточная доза радиации в 200 раз больше, чем на Земле. Обезопасить космонавтов помогут результаты многолетнего эксперимента «Матрешка-Р». Фантом человека — модуль для изучения влияния космического излучения на человеческий организм — разработали в Специализированном научно-исследовательском институте приборостроения (СНИИП).

Рекорд беспрерывного нахождения в космосе принадлежит россиянину Валерию Полякову: он пробыл 437 суток, 17 часов, 58 минут и 17 секунд на орбитальном комплексе «Мир». Но если люди хотят покорить дальний космос, им предстоит проводить на кораблях годы.

Техзадание на «Матрешку»

В начале 2000 года ученые Института медико-биологических проблем (ИМБП) Российской академии наук задались целью получить точную информацию о дозах облучения разных органов человека в условиях долговременного нахождения в космосе. Ответ должен был дать эксперимент «Матрешка-Р». Фантом предложили спроектировать СНИИПу — российскому лидеру в разработке детекторов ионизирующего излучения. Специалисты института — авторы множество устройств контроля радиационной безопасности на атомных объектах, от подлодок до электростанций.

«Мы откликнулись с большим энтузиазмом, — вспоминает заместитель гендиректора СНИИПа по научной работе, главный конструктор Сергей Чебышов. — Для реализации этого проекта я сформировал группу из специалистов в области дозиметрии ионизирующего излучения, химиков-технологов и конструкторов».

В ИМБП составили для приборостроителей техническое задание на шаровой тканеэквивалентный фантом. Указали плотность материала, соответствующую плотности тела и органов человека — в среднем 1 г/см³. Ученые ИМБП и СНИИП вместе определили, сколько детекторов и на какой глубине фантома разместить. Конструкция «Матрешки» должна была быть такой, чтобы космонавты могли сами разбирать ее, извлекать одни детекторы и устанавливать другие.

Эффективно, быстро и без запаха

Самым сложным оказалось придумать, из чего делать фантом.

«Химики-технологи нашего института провели серию экспериментов и подобрали состав, в основе которого полиуретан с добавлением в определенных пропорциях водорода, углерода, азота и кислорода, — говорит Сергей Чебышов. — По физическим и технологическим свойствам полимер получился уникальным. Его плотность отличается от плотности биологической ткани всего на 0,1 г/см³. Материал легко обрабатываемый, технологичный в изготовлении, не токсичный и не имеет запаха, в отличие от европейского аналога (антропоморфного фантома RANDO, доставленного на МКС одновременно с «Матрешкой». — «СР»). Тот пах резко и очень неприятно».

Конструктивно «Матрешка» представляет собой шар диаметром 35 см, собранный из 13 дисков. Центральный диск — толщиной 5 см, 12 остальных — 2,5 см. В дисках сделаны ниши для 48 пеналов с термолюминесцентными дозиметрами на основе фторида лития.

«Детекторы размещаются на глубине, соответствующей глубине нахождения того или иного органа в теле человека, — объясняет Сергей Чебышов. — Через определенное время — это может быть месяц, полгода, год, в зависимости от задачи, детекторы из фантома достают и отправляют на Землю. Результаты измерений анализируют медики и делают выводы о параметрах воздействия излучения на космонавтов».

«Матрешку» разработали всего за полтора года. В конце 2001-го ее передали в ИМБП, а 29 января 2004 года фантом отправился на Международную космическую станцию.

Продолжение следует?

«Матрешка» стала космическим долгожителем: официально эксперимент ИМБП завершился в этом году. За 20 лет на орбите она где только не побывала. В российском сегменте МКС — в четырех модулях: служебном, стыковочном и двух исследовательских. В 2011 году по просьбе японских специалистов фантом перенесли в их модуль «Кибо» для совместного эксперимента «Матрешка-PADLES», чтобы изучить распределение доз радиации в теле человека в разных фазах солнечной активности.

В СНИИПе уверены: нужно запускать в космос «Матрешку 2.0».

«Наш институт ведет большой объем научных исследований для разработки высокочувствительных дозиметров с уникальными свойствами в части измерения доз радиации разных видов излучения в широком энергетическом диапазоне, — рассказывает Сергей Чебышов. — Глубоко убежден, что эта тема весьма актуальна для реализации космической программы в нашей стране. Но я считаю, что фантомы, аналогичные «Матрешке», могут быть востребованы и в программах «Росатома» по созданию новых ядерных реакторов и технологий».