Глава вторая

 

 

 

Начальный этап работ в ибф по проблеме радиационной безопасности космических полетов

 

Наша беседа с С.П.Королевым оказалась мощным стимулом для развития работ по проблеме радиационной безопасности пилотируемых космических полётов, для исследователей  ИБФ в области радиобиологии, радиационной физики и дозиметрии. Причем этот стимул воодушевлял нас многие годы. В соответствии с планом мероприятий по срочной организации работ по космической тематике на базе отдела 5  Института биофизики и поэтапному переходу всего отдела полностью на новую тематику (этот план мероприятий был утвержден А.И. Бурназяном, насколько я помню, в конце апреля 1960 года) наша лаборатория сразу же приступила к исследованиям по проблеме радиационной безопасности пилотируемых космических полетов. При этом, в период 1960 - 1963 гг. мы не прекращали работ по лодочной тематике, а также экспериментальных исследований на наземном стенде летающей атомной лаборатории ЛАЛ, которые мы начали с 1959года.

Исследования по проблеме радиационной безопасности пилотируемых космических полетов мы начали проводить в трех основных направлениях (эта структура проблемы сохранялась много лет):

- исследования радиационной обстановки на трассах предстоящих космических полетов;

- обоснование нормативов радиационной безопасности для экипажей космических кораблей различного назначения;

- разработка методов радиационной защиты экипажа от космических излучений, а также от излучений бортовых ядерно-технических установок, включая ядерные реакторы различного назначения.

С самого начала мы хорошо понимали, что эти исследования в необходимом объеме и в сжатые сроки невозможно провести силами только одной лаборатории, какой бы большой она ни была, поэтому сразу же сделали ставку на создание широкой междисциплинарной кооперации, которую мы все время совершенствовали и расширяли.

Итоги совместных работ оформлялись не только как научно-технические отчеты, но также в виде статей, докладов и книг. Совместно с лабораторией дозиметрии И.Б. Кеирим-Маркуса и кафедрой защиты и дозиметрии (зав. кафедрой Иванов В.И.) мы провели, прежде всего, оценки уровней радиации в околоземном космическом пространстве, включая первичное космическое излучение, естественные и искусственные радиационные пояса Земли и протонное излучение солнечных вспышек. Результаты этой работы были опубликованы в сборнике Академиздата «Искусственные спутники Земли» № 12 за 1962 год.

В этом же сборнике совместно с И.Б.Кеирим-Маркусом мы опубликовали результаты первых дозиметрических исследований на кораблях-спутниках №№ 2, 4 и 5. Результаты измерений индивидуальных доз, полученных во время первых космических полетов Ю.А. Гагариным и Г.С.Титовым были нами совместно с И.Б.Кеирим-Маркусом опубликованы в сборнике «Искусственные спутники Земли № 15 за 1962 год. Дозиметрические исследования в Космосе и далее проводились как при пилотируемых полетах, так и при беспилотных запусках. Дальнейшее развитие работы по этому направлению получили после создания Института медико-биологических проблем (ИМБП).

Обоснование нормативов радиационной безопасности для экипажей космических кораблей потребовало организации совместных исследований радиобиологов и физиков. Необходимо было смоделировать условия воздействия космических излучений на человека. В связи с тем, что протоны высоких энергий составляют основную долю излучений радиационного пояса Земли и солнечных вспышек, было решено начать радиобиологические и радиационно-физические исследования на протонных пучках синхроциклотрона с энергией 660 Мэв Лаборатории ядерных проблем (директор - профессор В.П. Джелепов) Объединенного института ядерных исследований в Дубне. С помощью

специальных поглотителей энергию протонов можно было снизить примерно до 100 Мэв, т.е. охватить основную долю энергетических спектров протонов радиационного пояса и солнечных вспышек. В дальнейшем радиобиологи во главе с Н.И. Рыжовым развернули широкие исследования относительной биологической эффективности (ОБЭ) для различных биологических объектов не только на пучках протонов, но и многозарядных ионов, что было важно для оценки ОБЭ первичного космического излучения при длительных космических полетах.

Первые результаты радиобиологических и радиационно-физических исследований по этому направлению были опубликованы в сборнике работ «Проблемы радиационной безопасности при космических полетах» под редакцией Ю.Г. Григорьева и Е.Е. Ковалева (Атомиздат, Москва, 1964г). Разработанные нами рекомендации по критериям радиационной безопасности при длительных космических полетах (совместно с Ю.Г.Нефедовым и др.) были представлены в докладе на международном симпозиуме (2nd International Symposium on the Main Problems of Life in Space, Paris, 1965).

Разработка методов радиационной защиты экипажа от космических излучений, а также от излучений бортовых ядерно-технических установок, включая ядерные реакторы различного назначения, проводилась нами как на теоретической, так и на экспериментальной основе.

Кстати, сообщение ТАСС 12 апреля 1961г. о полёте Ю.А. Гагарина застало часть сотрудников нашей лаборатории как раз в Дубне после возвращения с очередной смены на ускорителе. Во время выделенного нам сеанса мы складывали поглотитель из свинцовых кирпичей, чтобы снизить энергию протонов до 126 Мэв и 240 Мэв. При этих энергиях мы в то время экспериментально определяли эффективность различных защитных материалов. Результаты этих работ были опубликованы в журнале «Атомная энергия» в 1964 г. Эти данные мы использовали в расчетах защиты обитаемых отсеков космических кораблей. Почти сразу же стало ясно, что обеспечить требуемую защиту таких отсеков практически невозможно из-за их большой внешней поверхности и, соответственно, неприемлемо огромного общего веса защиты. Мы пришли к выводу о том, что необходимо создавать так называемое радиационное убежище относительно небольшого внутреннего объема и небольшой площади внешней поверхности. В качестве такого радиационного убежища мы предложили в то время использовать спускаемые аппараты, снабжённые тепловой защитой от перегрева при прохождении плотных слоев атмосферы во время возвращения экипажа на Землю. Эта идея оказалась очень плодотворной и в дальнейшем всегда применялась при проектировании защиты космических

кораблей.

Мы также поняли, что из-за жестких ограничений общего веса космических объектов применение дополнительной защиты будет всегда маловероятным. Исходя из этого мы пришли к выводу о необходимости максимального использования имеющегося на борту оборудования, материалов, топлива, запасов воды и т.п. для целей защиты от радиации. Для изучения эффективности такой «нестандартной» защиты в дальнейшем были разработаны и изготовлены уникальные стенды толщинометрии. На этих стендах можно было экспериментально определять эффективность защиты даже  больших  отсеков.  Эта  работа  была выполнена под руководством и при активном участии В.А. Саковича.

Большую научно-техническую проблему в то время представляла так называемая теневая защита ядерного реактора, входящего в состав ядерно-энергетической установки, например, проекта ТМК, с которым нас с Н.И.Рыжовым познакомил 21 марта 1960 г. сам С.П. Королев. В этом случае было почти невозможно обойтись без дополнительных и довольно больших затрат веса на создание теневой защиты реактора. Нужно было «максимально минимизировать» вес такой защиты. Оригинальное решение этой проблемы нашел в то время молодой специалист, окончивший в 1959 году Московский инженерно-физический институт, В.А. Сакович. Он предложил создавать теневую защиту в виде вытянутого в сторону реактора конуса. Ясно, что при одинаковой толщине плоского слоя и толщине стенки конуса гамма-нейтронное излучение реактора проходит в конусной защите больший путь и, соответственно, в большей степени поглощается. Вторичное излучение, возникающее при многократных рассеяниях первичного гамма-нейтронного излучения в защите, должно быть также меньше в направлении защищаемой зоны. Эта идея мне показалась очень перспективной и я предложил В.А. Саковичу срочно оформить авторскую заявку на изобретение. Заявка была направлена в Госатом СССР и получила дату приоритета 10 апреля 1962 г. Долгое время от Госатома не было никаких известий, но потом поступило сообщение об отказе в признании этой идеи в виде изобретения. В конце 1962 - начале 1963г. я нашел в сборнике докладов, представленных на первый симпозиум НАСА по защите космических кораблей, сообщение, посвященное теневой защите реактора, в котором излагалась такая же идея, но с приоритетом на полгода позже.

В качестве зав. лабораторией, в которой работал автор заявки, я сразу же написал письмо в Госатом, в котором указал на очевидную недостаточную квалификацию экспертов, оценивавших эту заявку на изобретение. В августе 1964 г. было, наконец-то, получено положительное решение Госатома по заявке В.А. Саковича.

Сразу после подачи авторской заявки мы приступили к экспериментальным исследованиям эффективности конусной зашиты на пучках гамма-излучения. С этой целью на территории ИБФ почти в самом её центре была создана экспериментальная площадка с шахтой глубиной 14 метров для размещения источников гамма-излучения и получения параллельного пучка излучения. Площадка была оборудована козловым краном на 5 тонн. Мы собирались построить на этой площадке

крытый павильон, чтобы не зависеть от погодных условий, но не успели это сделать из-за перевода лаборатории в ИМБП. Впоследствии на этой площадке была сооружена монументальная железобетонная доска почета Института. От нас осталось много металлических конусов, которые пожарники Института с пользой для дела использовали для накрытия люков пожарных колодцев.

Несколько раньше группа В.А. Саковича приступила к экспериментальным исследованиям эффективности теневой защиты на наземном стенде летающей атомной лаборатории ЛАЛ. Эти экспедиционные работы были возможны только в летний период. Поэтому они проводились в течение многих лет. Для моделирования условий космического пространства, в котором, в отличие от наземных условий, полностью отсутствует рассеяние от окружающего воздуха, была применена специальная методика, разработанная сотрудниками группы, исключавшая вклад рассеянного от воздуха излучения. Кстати, первый и единственный полёт летающей атомной лаборатории с работающим ядерным реактором на борту был осуществлен в 1962 году.

Примерно такая же ситуация была с авторской заявкой сотрудника ИБФ К.А. Труханова, предложившего идею электростатической защиты космических кораблей от электронов радиационных поясов Земли. Заявка была направлена в Госкомитет по делам изобретений и  получила приоритетную дату 10 апреля 1962 г. После длительной переписки Госкомитет наконец-то выдал положительное решение о выдаче авторского свидетельства 27 мая 1963 г.  Мы с К.А. Трухановым

решили, естественно не дожидаясь решения Госкомитета, провести исследования с целью определения возможности практической реализации электростатической защиты (ЭСЗ). Такая расчетно-теоретическая тема была предложена аспиранту Рябовой Т.Я., которая успешно справилась с поставленной задачей, показала, при каких условиях  можно создать ЭСЗ на космических объектах, и успешно защитила свою диссертацию на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук.

Нужно сказать, что примерно в тоже время (1961-62гг.) появилась статья одного американского исследователя, который доказывал, что ЭСЗ в космосе создать невозможно из-за огромной мощности, которая потребуется для её функционирования. Нас это не смутило, и мы все-таки решили проводить работы в этом направлении. Позднее, когда в рамках физического отдела ИМБП была создана специальная лаборатория по разработке методов активной защиты при космических полетах с использованием электростатических и электромагнитных полей, а также были проведены первые экспериментальные исследования ЭСЗ на ИСЗ «БИОН», мы доказали ошибочность исходных данных, которые использовал американский исследователь в своих оценках.

Основные итоги исследований по проблеме радиационной безопасности пилотируемых космических полетов по всем трем указанным выше направлениям, проведенным на начальном этапе работ (1960-63 гг.), были нами (Кеирим-Маркус И.Б., Ковалев Е.Е., Сакович В.А., Смиренный Л.Н., Сычков М.А.) совместно с сотрудниками ОКБ-1 В.С. Бобковым и В.П. Дёминым обобщены в монографии « Радиационная безопасность при космических полетах», опубликованной Атомиздатом в 1964 году. Конечно, в то время было очень трудно получить разрешение Главлита и космической цензуры на её публикацию, тем более, что в книге рассматривались не только космические излучения, но и гамма-нейтронное излучение ядерно-ракетных двигателей и бортовых ядерно-энергетических установок. Пришлось приложить много усилий, чтобы получить такое разрешение. Решающее значение для нас при этом имела поддержка Зам. министра здравоохранения СССР А.И. Бурназяна. Эта монография стала первой в мире книгой, посвященной физико-техническим проблемам радиационной безопасности при космических полетах.