Таблица 1.1. Область орбит, обеспечиваемая ПТК-С

1. Перспективная пилотируемая транспортная системаПилотируемый транспортный корабль длятранспортно-технического обеспеченияорбитальной станцииПояснительная запискаЧасть двадцать девятаяРадиационная безопасностьПТК-С и ПТК-З. Обсуждение материалов по пояснительным запискам рассматриваемых транспортных систем на НТС ГНЦ РФ – ИМБП РАН 23 мая 2012 г.

2. Таблица 1.1. Область орбит, обеспечиваемая ПТК-С

3. Таблица 1.2. Область орбит, которые должен обеспечивать ПТК-З

4. Рисунок 1.1. Общий вид ПТК-З

5. Основные логические предпосылки компонентов СОРБ космических аппаратов ПТК. Исходными данными для определения необходимых характеристик СОРБ и ее основных элементов являются: -технические задания на проектируемые КА, основные подлежащие учету данные из которых приведены выше, -нормы радиационной безопасности для полетов этого класса, -перечень и продолжительность элементов деятельности, предусмотренных программой полетов этого класса в целом и частных программ, планируемых к реализации во время отдельной миссии или группы однотипных миссий. Отметим, что наряду с перечисленными положениями необходимо: -детально учитывать и особенности радиационных условий в космическом пространстве, - защитные характеристики космических аппаратов, - характеристики дополнительных средств и возможностей, предусмотренных во время создания КА.

6. Нормативные уровни облучения космонавтов (астронавтов) в разных странах, 3в НОРМАТИВЫ РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ЭКИПАЖА

7. Предельное значение среднетканевой эквивалентной дозы за весь период профессиональной деятельности для космонавтов России, начинающих карьеру в разных возрастах, одинаков и равен 1 Зв. Согласно расчетам, при этой дозе значение суммарного радиационного риска в течение жизни не превысит 10 %, риск смертности от опухолей для космонавтов, начавших карьеру в возрасте 30; 40 и 50 лет, составит 4,6; 3,1 и 2,4 % соответственно, а возможное сокращение продолжительности жизни оценивается равным 3,4; 3,1 и 2,7 года.

8. Существует четыре основных источника космических излучений, способных давать заметный вклад в поглощенную дозу, воздействующую на космонавтов: - протоны и электроны радиационных поясов Земли (РПЗ); - протоны и более тяжелые частицы галактических космических лучей (ГКЛ); - протоны солнечных космических лучей (СКЛ); - нейтроны космического пространства и альбедо.

9. командный отсек

10. ПТК-С

11. Схема размещения кресел «Казбек» в ПТК-С. Слева «вид сверху», справа «вид прямо».

12. Функции экранированности Под функцией экранированности выбранной точки внутри рассматриваемого объекта понимается функция плотности вероятности встретить в любом направлении из рассматриваемой точки толщину защиты в интервале от Х до Х+dX. Расчет функций экранированности проводился в соответствии с рекомендациями ГОСТ 25645.204 с использованием численного интегрирования в сферической системе координат с шагом по азимутальному углу  = 2,0 и по косинусу полярного угла Cos = 0,01, т.е. всего 18 000 точек. В качестве фантома использован тканеэквивалентный шар диаметром 340 мм с внутренней сферической полостью диаметром 100 мм. Отдельные органы и системы организма человека соответствуют представительным точкам, расположенным на различных расстояниях от центра фантома: Хрусталик глаза (ХГ) – на расстоянии 16,993 см, Кожа (КЖ) – на расстоянии 16,7 см, Кроветворная система (КТС) – на расстоянии 12,0 см, Центральная нервная система (ЦНС) – на расстоянии 10,0 см, Желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) – на расстоянии 8,0 см,

13. Радиационная защита КА ПТК-С в основном достаточна для соблюдения норм радиационной безопасности при орбитальных космических полетах. • Вместе с тем поскольку в этих нормах сформулировано требования оптимизации соотношения польза – затраты при профессиональном облучении (фактически по-другому сформулированный принцип АЛАРА) необходимо принимать все разумные меры по максимально приемлемому уровню облучения. Для этого в рамках планируемых программ использования КА необходимо : • определить перечень наиболее радиационно-опасных полетных операций и, в случае возможности снижения при их выполнении доз облучения средствами и методами локальной защиты, • разработать соответствующие средства локальной защиты для использования в процессе полета. • В плане продолжения этой активности необходимо : • обратить внимание на приведенные в отчете рекомендации по конструкции источника мягкой посадки и • проведении измерений дозного поля в КА после создания технологического образца.

14. Общая схема ПТК-З на орбите Синим цветом выделены контуры КО и фермы на ДО, коричневым – граница ТЗП, красным цветом – ДГО и ДО-ДГО, голубым – ферма ДГО.

15. Схема размещения кресел «Казбек» в ПТК-З. Слева вариант ПТК-З для экипажа из 2-х человек, справа – из 4-х человек. Поскольку никаких сведений о распределении оборудования в ДГО и в ДО-ДГО нет, при построении настоящей модели было принято предположение о равномерном распределении всего оборудования в пространстве за панелями.

16. . Схема внутреннего каркаса ДГО

17. По сравнению с ПТК-С масса системы обеспечения жизнедеятельности (СЖО) для ПТК-З с экипажем в 2 человека уменьшена на 266 кг, и масса системы питания (СП) уменьшена на 88 кг (всего 354 кг). Уменьшение общей массы учитывалось изменением удельной плотности в зоне размещения СЖО от 0,294 г/см3 до 0,150 г/см3, что привело к уменьшению общей массы КО на 351 кг. По сравнению с ПТК-С для ПТК-З с экипажем в 4 человека масса СЖО уменьшается на 86 кг, и масса СП уменьшается на 44 кг, всего 130 кг. Соответствующее значение удельной плотности изменено до 0,240 г/см3, что привело к уменьшению общей массы КО на 130 кг. При этом объемы, занимаемые СЖО, оставлены без изменений.

18. Эквивалентные дозы в случае 2-х и 4-х членов экспедиции отличаются незначительно. Среднетканевые дозы близки к дозам для КТС и практически совпадают для КО и поперечного коридора ДГО-2. В прямом коридоре они на 12 - 22 % ниже. Среднетканевые дозы от квазистационарных источников для полетов длительностью 3-е суток не превысят 1,35 сЗв, а обобщенные дозы с учетом снижения эффективности воздействия протонов РПЗ в 4 раза за счет быстрых восстановительных процессов на клеточном уровне будут в 2,0 - 2,6 раза ниже при полетах на высотах 700-1000 км и не превысят 0,7 сЗв.Среднетканевые дозы за сутки от квазистационарных источников даже при полетах на расстояниях 450 км с высокими углами наклона плоскости орбиты не превысят 0,1 cЗв, а за 3 суток будут менее 0,3 сЗв.

19. Дозовые нагрузки на космонавтов от СКЛ, сЗв (бэр) в различных отсеках ПТК-З для различных по высоте орбит с наклонением 51,7о (высоты 500-1000 км за 3-е суток; высоты 200-450 за 11 суток ) показывают, что локальные дозы от СКЛ не превышают 3 cЗв, а среднетканевые дозы космонавтов в различных отсеках ПТК-З при полетах по орбитам с наклонением 51,7о не превышают 1,3 сЗв, а обобщенные дозы в соответствии с данными, представленными в работах [ 18, 23 ] будут ниже 0,32 cЗв. Сравнивая эти данные с возможными уровнями доз на орбитальных станциях, можно отметить, что диапазон локальных доз от серии СПС 1989 г. на ОПС МИР для высоты 361,5 и наклонения орбиты i = 51,6о в точках соответствующих размещению рабочего стола и в каютах был бы заключен в пределах 3,7 – 8,4 cЗв. Для аналогичных условий в СМ МКС локальные дозы изменялись бы по станции в пределах 0,80 – 4,40 сЗв

20. Исключить повышенное облучение ряда критических органов во время мощных солнечных протонных событий можно с помощью рекомендованных дополнительных элементов локальной защиты, в частности, защитного шлема или специально сконструированных очков. Разработка исходных данных на элементы локальной защиты не входит в состав работ по данному КА.

21. Данные доз от серии СПС 1989 г для полетов на ПКС – З являются несколько большими, чем на СМ МКС, но вполне соответствуют уровням воздействия на космонавтов при полетах на станции МИР. Они почти в 4 раза ниже нормативных значений для серии нормативных документов, рассмотренных в разделе 3. Следует также отметить, что столь мощные СПС с суммарным флюенсом (5÷8)109 протонов реализуются с частотой одно событие за 11-летний цикл (см. раздел 7 отчета по ПТК-С) и вероятность такого события за реальное время перелета менее 10-4. Минимальность же уровней радиационного воздействия от СПС может быть обеспечена с учетом реализации на борту системы радиационного контроля, наличия возможности перемещения в более защищенный отсек и оперативной работы службы радиационной безопасности СРБ.

22. Для полётов с наклонением более 70 градусов, а также с высотой более 500 км и длительностью более 7 суток, наряду со сборками пассивных индивидуальных дозиметров, рекомендованных для ПТК-С, в составе объекта должна быть бортовая система дозиметрического контроля. Требования к дозиметрическому контролю на пилотируемых космических аппаратах в настоящее время определяются ГОСТ 25645.202-83 “Безопасность радиационная экипажа космического аппарата в космическом полёте. Требования к индивидуальному и бортовому дозиметрическому контролю” и ОСТ 134-1002-94 “Отраслевой стандарт Аппараты космические пилотируемые. Общие требования по обеспечению безопасности”. Пункты 6.11 и 6.12.Бортовая система дозиметрического контроля, в соответствии с п. 3.2 ГОСТ 25645.202-83 должна «…обеспечивать получение информации, необходимой для учёта качества ионизирующего излучения, пространственной и временной неравномерности распределения дозного поля, а также измерять поглощённую и часовую равноценную дозу излучения».

23. Индивидуальный показывающий дозиметр, предусмотренный п. 2.2 ГОСТ 25645.202-83, должен обеспечивать выполнение следующих задач, регламентированных п. 6.12 ОСТ 134-1002-94:- Непрерывное измерение интегральных доз радиации;- Оценку временного режима облучения;Возможность визуального отображения результатов по усмотрению экипажа.Предлагается следующая схема построения системы:3 дозиметрических блока (с параметрами, аналогичными параметрам блоков ДБ-8, применяющимся на МКС);интерфейсный блок, который должен обеспечивать прием данных от дозиметрических блоков, накопление, обработку и передачу информации на систему бортовых измерений (СБИ) КА;2 индивидуальных показывающих дозиметра.

24. Схема деления бортовой системы контроля радиационной обстановки (СКРО)  для пилотируемого транспортного корабля (ПТК)

25. Требования к диапазонам измерения, как дозиметрических блоков, так и индивидуальных показывающих дозиметров:поглощенная доза - 10-5 Грей  10+1 Грей; мощность поглощенной дозы - 10-6 Грей/час  10-1 Грей/час;плотность потока частиц 1  1000 частиц /(см2 с);Для оперативного контроля радиационной обстановки на КА целесообразно иметь канал связи, обеспечивающий передачу результатов радиационного контроля (накопленных доз радиации по всем детекторам и экспресс-информации о возрастаниях мощности дозы) объемом 0,5 Кбайт каждые 5 минут. В сеансах связи с КА должна передаваться более детальная информация о радиационной обстановке (включая данные о динамике мощности дозы во время возрастаний с временным разрешением 10 секунд). Объем информации, передаваемой в сеансе связи, предварительно оценивается в 50 Кбайт.

26. Радиационная защита КА ПТК-З в основном достаточна для соблюдения норм радиационной безопасности при орбитальных космических полетах. Вместе с тем поскольку в этих нормах сформулировано требования оптимизации соотношения польза – затраты при профессиональном облучении (фактически по-другому сформулированный принцип АЛАРА) необходимо принимать все разумные меры по максимально приемлемому уровню облучения. Для этого в рамках планируемых программ использования КА необходимо определить перечень наиболее радиационно-опасных полетных операций и, в случае возможности снижения при их выполнении доз облучения средствами и методами локальной защиты, разработать соответствующие средства для использования в процессе полета. В плане продолжения этой активности необходимо обратить внимание на приведенные в отчете рекомендации по конструкции источника мягкой посадки и проведении измерений дозового поля в КА после создания технологического образца.

27. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 1. Рекомендуем провести снятие картограммы полей от Гамма источника внутри КО на рабочих местах и снаружи под АО ПТК для оценки опасности гамма облучения персона ПСС . Отсутствие надежных данных по конструкции прибора «Кактус» не позволят выполнить оценку РО для персонала ПСС на месте приземления ПТК. 2. При компоновке ПТК-З разместить хотя бы часть полезного груза в КО между ложементами, для уменьшения дозы от излучения гаммам источника. 3. Для орбит с большой высотой 1000 км или с большим углом наклонения 72° и 83° необходима бортовая система дозконтроля, необходимо иметь канал связи, обеспечивающий передачу результатов радиационного контроля (накопленных доз радиации по всем детекторам и экспресс - информации о возрастаниях мощности дозы) объемом 0,5 Кбайт каждые 5 минут. 4. Ни при каких вариантах полета не будут превышены существующие нормативы РБ. 5. В случае возникновения мощных СПС управление радиационной безопасность экипажа осуществляет силами и средствами СРБ.

28. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 6. Проектируемая оболочка КО кораблей ПТК-С и ПТК-З обеспечивает соблюдение космонавтами установленных уровней радиационного воздействия при всех вариантах полета. 7. Рекомендуется выполнить снятие картограммы полей от гамма источника внутри КО на рабочих местах и снаружи под КО для оценки опасности гамма облучения персона ПСС . Отсутствие надежных данных по конструкции прибора «Кактус» не позволят выполнить оценку РО для экипажа и для персонала ПСС на месте приземления ПТК. 8. Рекомендуется при компоновке ПТК-З разместить хотя бы часть полезного груза в КО между ложементами, для уменьшения дозы от излучения гамма источника. 9. В случае возникновения мощных СПС управление радиационной безопасностью экипажа осуществляется силами и средствами СРБ.