空间辐射可能迫使载人火星任务的时间少于四年

除了像发动机类型、载员人数、饮食和其他无数的繁杂事务之外，载人探火计划还需要考虑到无处不在的辐射危险。一旦离开了地球大气层及其磁场的保护罩，宇航员就会受到来自太阳和大星系的宇宙射线的摆布，所以问题是，如何将这种威胁降到最低？

根据最近的研究，包括来自加州大学洛杉矶分校、麻省理工学院、斯科尔科沃科技研究所和波茨坦GFZ的研究人员，保护前往红色行星的宇航员的关键是时间和屏蔽材料的问题。

重要的一点是，宇宙辐射并不是恒定的。它根据看上去似乎一成不变的太阳的活动而变化，事实上，太阳是一颗变星，主要周期为11年，期间它的活动会周期性增强和减弱。

太阳系的宇宙射线有两个来源。一个是太阳，它喷射出太阳能量粒子（SEP），这些粒子往往比银河系宇宙射线（GCR）更轻，能量更低，而其次是由超新星、黑洞、类星体和类似的高能量事件产生。这些GCR射线通常由非常重的粒子组成，其飞行速度和能量只能在地球上最强大的粒子加速器中勉强接近，而且随着时间的推移会对生物组织造成相当大的损害。

好消息是，太阳可以作为抵御GCR的一个临时防护罩。当太阳最活跃时，太阳风变得非常强大，可以阻挡GCR，这意味着宇航员将主要暴露在能量较小的SEP中，而GCR更多的是一种减少的背景辐射。

根据该研究的计算，由于GCR活动在最大太阳活动后的6至12个月内是最低的，因此持续时间少于两年的火星任务将容易对应上比较合适的空间气候。然而，持续时间超过四年的任务将使载员在返回地球之前暴露在危险的辐射水平之下，这就对任务时间提出了一个上限。

造成这一限制的原因之一是辐射危险的性质。最严重的危险将来自于GCR，因为它们的能量很大，当研究人员使用人类器官的模型并将它们设置在不同的屏蔽物后面时，屏蔽材料本身就成为一个问题。有许多不同的方法来屏蔽宇航员，包括重金属板、水箱或低密度聚合物的板块。问题是，一个足以提供直接保护的盾牌不仅会给航天器带来重量问题，而且当宇宙射线分裂盾牌中的原子时，盾牌还会放出二次辐射。

"这项研究表明，虽然空间辐射对航天器的重量和发射时间有严格的限制，而且它对人类的火星任务提出了技术上的困难，但这样的任务是可行的，"加州大学洛杉矶分校研究地球物理学家Yuri Shprits说。