우주 광선의 건강 위협

Health threat from cosmic rays

우주 광선의 건강 위협은 행성간 임무나 반알렌 벨트를 통해 또는 지구 자기권 밖에서 모험하는 임무에서 우주 광선이 우주선에 의해 야기되는 위험이다.[1][2]이들은 승무원 우주선에 의한 행성간 이동 계획에 방해가 되는 가장 큰 장벽 중 하나이지만,[3][4][5] 국제우주정거장(ISS)과 같은 지구 저궤도에서의 임무에도 우주 방사선 건강 위험이 발생한다.[6]

2015년 10월 미 항공우주국(NASA) 감사관은 화성행 인간임무 등 우주탐사와 관련된 건강 위험 보고서를 발표했다.[7][8]

심층 방사선 환경

행성간 공간의 전리방사선원.

깊은 공간의 방사선 환경은 태양 양성자 사건(SPE)과 방사선 벨트의 방사선과 함께 고에너지 은하 우주선(GCR)의 유속이 훨씬 크기 때문에 지구 표면이나 낮은 지구 궤도에 있는 환경과는 다르다.

은하 우주선(GCR)은 고에너지 양성자(85%), 알파 입자(14%), 기타 고에너지 핵(HZE 이온)으로 구성된다.[1]태양 에너지 입자는 주로 태양 플레어와 코로나 질량 방출에 근접하여 태양에 의해 높은 에너지로 가속된 양자로 구성된다.중이온과 저에너지 양성자, 헬륨 입자는 고이온화 형태의 방사선으로 X선과 감마선에 비해 뚜렷한 생물학적 손상을 일으킨다.고이온화 입자의 미세한 에너지 증착은 입자에 의한 직접 이온화와 이온화에서 생성되는 저에너지 전자에 의한 노심 방사선 트랙과 조직의 입자 경로에서 수백 미크론까지 확장될 수 있는 고에너지 전자의 페넘브라로 구성된다.코어 트랙은 몇 나노미터 내에서 매우 큰 이온화 군집을 생성하는데, 이는 X선과 감마선에 의한 에너지 축적과는 질적으로 구별된다. 따라서 이러한 후자의 방사선 형태에만 존재하는 인간 역학 데이터는 우주 방사선에서 우주 비행사에 이르는 건강 위험을 예측하는 데 한계가 있다.

방사선 벨트는 지구 자기권 내에 있고 깊은 우주에서 발생하지 않는 반면, 국제우주정거장의 장기 선량당량은 갇힌 방사선이 아닌 GCR이 지배한다.세포와 조직의 미세한 에너지 증착은 지구상의 X선에 비해 GCR에 뚜렷하게 나타나 생물학적 효과의 질적, 양적 차이를 모두 초래하는 반면 암 및 기타 치명적인 위험에 대한 GCR에 대한 인간 역학 자료는 없다.

태양주기는 태양풍이 가장 강한 태양열 최대값과 태양풍이 가장 약한 태양열 최소값을 포함하여 대략 11년의 다양한 태양활동 기간이다.은하 우주선은 태양계 전반에 걸쳐 연속적인 방사선량을 생성하는데, 태양계 전체에서 태양 최소치 동안 증가하며 태양 최대치(태양 활동)내부와 외부 방사선 벨트는 태양 바람으로부터 갇힌 입자의 두 영역으로, 후에 지구의 자기장과의 동적 상호작용에 의해 가속된다.항상 높은 반면, 이 벨트의 방사선량은 지자기 폭풍과 하위종양 동안 급격히 증가할 수 있다.태양 양성자 사건(SPE)은 태양에 의해 가속된 에너지 넘치는 양성자의 폭발이다.그것들은 비교적 드물게 발생하며 극도로 높은 방사선 수준을 생성할 수 있다.두꺼운 차폐물이 없으면 급성 방사선 중독과 사망을 일으킬 정도로 SPE가 강력하다.[9]

지구 표면의 생명체는 은하계 우주 광선으로부터 다음과 같은 여러 요인에 의해 보호된다.

  1. 지구의 대기는 1차 우주선에 불투명하며 에너지가 약 1 GeV(GeV) 미만이기 때문에 2차 방사선만이 표면에 도달할 수 있다.이차 방사선은 또한 뮤온과 같은 일부 입자의 비행 중 방사능 붕괴뿐만 아니라 대기의 흡수에 의해 감쇠된다.정점에서 멀리 떨어진 방향에서 들어오는 입자는 특히 감쇠된다.세계 인구는 대기 차폐로 인해 연간 평균 0.4밀리시버트(mSv)의 우주 방사선을 받는다(흡입된 라돈과 같은 다른 방사선 피폭원과 분리).12km 고도에서, 대기의 대부분의 보호보다 높은 곳에서, 연간 방사율은 적도에서 20mSv까지 상승하고 극지방에서는 50–120mSv까지 상승하며, 태양 최대 조건과 최소 조건 사이에서 변화한다.[10][11][12]
  2. 지구 저궤도를 벗어난 미션들은 밴 앨런 방사 벨트를 통과한다.따라서 그것들은 우주 광선, 반 앨런 방사선 또는 태양 플레어에 노출되지 않도록 보호되어야 할 필요가 있을 수 있다.두 개와 네 개의 지구 반지름 사이의 영역은 두 개의 방사선 벨트 사이에 있고 때때로 "안전 구역"[13][14]이라고 불린다.자세한 내용은 Van Allen 벨트가 우주 여행에 미치는 영향을 참조하십시오.
  3. 태양풍에 내장된 행성간 자기장도 우주선을 비껴간다.그 결과, 나선상계 내의 우주선 플럭스는 태양 주기와 반비례적으로 상관관계가 있다.[15]
  4. 불과 몇 마일 높이의 구름 속에서 번개에 의해 생성되는 전자기 방사선은 지구를 둘러싸고 있는 Van Allen 방사선 벨트에 안전지대를 만들 수 있다."반 앨런 벨트 슬롯"으로 알려진 이 구역은 중간 지구 궤도(MEO)의 위성이 태양의 강렬한 방사능으로부터 그들을 보호해 주는 안전한 피난처일 수 있다.[16][17][18]

그 결과, 대기에 대한 GCR의 에너지 입력은 별빛과 거의 같은 정도로 무시할−9 수 있다.[19]

위의 요인 중 첫 번째를 제외한 모든 것은 우주왕복선이나 국제우주정거장과 같은 낮은 지구 궤도 비행에 적용된다.ISS의 연간 평균 150mSv 피폭은 승무원의 잦은 회전이 개인의 위험을 최소화한다.[20]아폴로와 스카이랩 미션에 참여한 우주비행사들은 각각 하루 평균 1.2mSv와 1.4mSv를 받았다.[20]아폴로와 스카이랩 임무의 지속 기간은 각각 몇 년이 아니라 며칠과 몇 달이었기 때문에, 관련된 선량은 가까운 지구 소행성이나 화성과[3] 같은 미래의 장기 임무에서 예상할 수 있는 것보다 작았다(더 많은 차폐물이 제공되지 않는 한).

2013년 5월 31일, NASA 과학자들은 화성으로의[3] 가능한 인간 임무는 2011~2012년 지구에서 화성으로 여행하는 동안 화성 과학 연구소에서 방사선 평가 검출기(RAD)에 의해 탐지된 에너지 입자 방사선의 양에 기초해 방사선 위험이 클 수 있다고 보고했다.[21][22][23]그러나 화성 임무에 대한 흡수선량과 선량당량은 1990년대 초 Badhwar, Cucinotta 등(예: Badhwar, Cucinotta 등, 방사선 연구 vol. 138, 201–208, 1994 참조)에 의해 예측되었으며 MSL 실험의 결과는 이러한 초기 예측과 상당 부분 일치한다.

인간의 건강 영향

방사선량 비교는 MSL (2011–2013)의 RAD에 의해 지구에서 화성으로의 여행에서 검출된 양을 포함한다.[21][22][23]y축 척도는 로그 척도로 되어 있다.예를 들어, ISS에 탑승한 6개월의 노출은 복부 CT 스캔보다 대략 10배 더 큰 요인이다.

다른 전리방사선 피폭과 마찬가지로 우주방사선의 잠재적인 급성 및 만성 건강 영향은 DNA에 대한 직접적인 손상, 반응성 산소종의 생성에 따른 간접적 영향, 세포와 조직의 생화학에 대한 변화를 모두 포함하며, 이는 유전자 전사와 생산과 함께 조직 미세환경을 변화시킬 수 있다.DNA 돌연변이.급성(또는 초기 방사선) 영향은 높은 방사선량에 의해 발생하며, 이러한 영향은 태양 입자 사건(SPE) 후에 발생할 가능성이 가장 높다.[24]우주 방사선 피폭의 가능한 만성적인 영향은 방사선 발암과[25] 결정론적 퇴행성 조직 효과와 같은 확률적 사건 모두를 포함한다.그러나 현재까지 우주방사선 피폭과 관련된 유일한 병리학으로는 우주 비행사 군단의 방사선 백내장 위험이 더 높다.[26][27]

건강 위협은 방사선의 유동, 에너지 스펙트럼 및 핵 구성에 따라 달라진다.플럭스 및 에너지 스펙트럼은 다양한 요인에 따라 달라진다. 단기 태양 날씨, 장기 추세(예[28]: 1950년대 이후 명백한 증가), 태양 자기장의 위치.이러한 요소들은 불완전하게 이해되지 않는다.[29][30]더 많은 데이터를 수집하기 위해 2001년에 화성 방사선 환경 실험(MARIE)이 시작되었다.추정치는 행성간 공간에서 차폐되지 않은 인간이 연간 약 400~900mSv(지구상 2.4mSv와 비교)를 받게 되며, 화성 미션(비행 중 12개월, 화성에서 18개월)은 우주비행사를 500~1000mSv로 노출시킬 수 있다.[28]이러한 선량은 1989년 저궤도 활동에 대해 국가방사선방호측정위원회(NCRP)가 권고하는 1~4Sv 경력 제한에 근접하며, 위험 전환 인자에 대한 선량에 대한 최신 정보에 근거한 2000년 NCRP 권고안 0.5~2Sv에 근접한다.선량 한계는 연령별 민감도 차이, 여성에 대한 유방암과 난소암의 추가 위험, 남녀 간 폐암과 같은 암 위험의 변동성으로 인해 노출 및 성별에 따라 달라진다.쥐를 대상으로 한 2017년 실험실 연구에서는 화성 탐사 후 은하 우주선(GCR) 방사선 피폭으로 인한 암 발병 위험이 과학자들이 이전에 생각했던 것보다 2배 이상 클 수 있다고 추정했다.[31][32]

우주 광선의 양적 생물학적 효과는 잘 알려져 있지 않으며, 현재 진행 중인 연구의 대상이다.정확한 위험 정도를 평가하기 위해 우주와 지구 둘 다에서 여러 가지 실험이 진행되고 있다.또한, 공간 미세중력 환경이 DNA 수리에 미치는 영향은 일부 결과의 해석을 부분적으로 혼란스럽게 했다.[33]지난 10년간 실험에서는 방사선 방호에 사용되는 현재 품질 인자에 의해 예측된 것보다 높은 결과와 낮은 결과가 모두 나타났으며, 이는 큰 불확실성이 존재함을 나타낸다.브룩헤이븐 국립 NASA 우주방사선연구소(NSRL)의 2007년 실험에서는 특정 피폭에 의한 생물학적 손상이 실제로 이전에 추정되었던 것의 절반 정도임을 시사했다. 구체적으로는 낮은 에너지 양성자가 높은 에너지 양자보다 더 많은 피해를 입힌다는 것을 시사했다.[34]이것은 느린 입자들이 신체의 분자와 상호작용하는 시간이 더 많다는 사실에 의해 설명되었다.이는 영향을 받은 세포들이 결국 더 큰 에너지 침적으로 끝나고 종양으로 증식하지 않고 사망할 가능성이 높기 때문에 우주 여행에 허용되는 결과로 해석될 수 있다.이는 종양 형성을 위해 높은 가중 인자의 낮은 에너지 방사선을 고려하는 인간 세포에 대한 방사선 피폭에 대한 현재의 독그마와는 대조적이다.상대 생물학적 효과(RBE)는 입자 전하 수, Z, 운동 에너지로 기술된 방사선 유형에 따라 달라지며, 백혈병의 RBE가 가장 낮음을 나타내는 실험 데이터가 제한되고, 간 종양이 가장 높은 RBE를 가지며, 지배하는 암에 대해 이용 가능한 RBE에 대한 실험 데이터가 제한되거나 아예 없는 종양 유형에 따라 달라진다.폐암, 위암, 유방암, 방광암을 포함한 인간의 암 위험성여러 개의 중이온이 있는 암컷 생쥐의 단일 변종에서 하르디안샘 종양에 대한 연구는 이루어졌지만, 이 종양 유형의 RBE가 폐암, 위암, 유방암, 방광암과 같은 인간 암의 RBE를 얼마나 잘 나타내고 있는지, 성별과 유전적 배경에 따라 RBE가 어떻게 변화하는지 명확하지 않다.

국제우주정거장(ISS) 년의 긴 임무는 국제우주정거장에 탑승한 지 1년 동안 우주선 노출이 건강에 미치는 영향을 결정하는 것이다.단, 관심 위험(암, 백내장, 인지 및 기억 변화, 늦은 CNS 위험, 순환기 질환 등)에 대한 승무원 관찰로부터 직접 건강 위험을 정확하게 추정하기 위한 표본 크기는 크며(일반적으로 >10명) 반드시 긴 입원 후 관찰 시간(>10년)을 수반한다.국제우주정거장에 있는 소수의 우주비행사와 제한된 임무 기간은 얼마나 정확한 위험 예측이 가능한가에 통계적 한계를 둔다.따라서 우주선 건강 위험을 예측하기 위한 지상 연구의 필요성이 대두되고 있다.또한 방사선 안전 요건은 우주비행사가 중대한 위험을 발생시키기 전에 위험을 적절하게 이해해야 하며, 필요한 경우 위험을 완화하기 위해 개발된 방법을 의무화해야 한다.

이러한 한계에 주목하여, Scientific Reports에 발표된 한 연구는 미국 우주인 301명과 소련과 러시아 우주인 117명을 대상으로 조사했으며, 시간이 지남에 따라 일반 인구에 비해 암 사망률이 측정 가능한 증가가 없다는 것을 발견했다.[35] [36] 1998년 초기의 연구는 비슷한 결론에 도달했는데, 기준 그룹에 비해 우주 비행사들 사이에서 통계적으로 유의미한 암 증가가 없었다.[37] 암 위험에 대한 자세한 내용은 우주 비행 방사선 발암을 참조하십시오.

중추신경계

참고 항목:우주 비행 중 방사선 피폭으로 인한 중추신경계 영향

중앙 신경계에 대한 가상의 초기 및 후기 영향은 NASA와 현재 활발하게 진행되고 있는 연구 관심 분야에 큰 관심사다.그것은 은하계 우주 방사선에 대한 CNS 피폭의 장단기적 영향은 인간의 장기 우주 여행에 상당한 신경학적 건강 위험을 초래할 가능성이 있다고 가정한다.[38][39]추정 화성 중 또는 몸 전체의 추정 효과적으로 음력 임무 기간을 높은 에너지 무거운(HZE)이온에 상당한 노출뿐만 아니라 양자와 이차 방사선을 제시하다 양 0.17이상 1.0Sv.[40] 그러한 입자들의 높은 선형 에너지 전달 가능성, 그'ce'에서 상당히 큰 비중을 감안할 때부터llsHZE 방사선에 노출되면 사망할 가능성이 높다.우주 비행 중 중이온 독성 계산과 다양한 실험 세포 모델에 기초하여, 우주 비행사 세포의 5%가 그러한 임무 중에 사망할 수 있다.[41][42]임계 뇌 영역의 세포와 관련하여, 화성 3년 임무 동안 그러한 세포의 13%가 철 이온에 의해 적어도 한 번은 횡단될 수 있다.[3][43]몇몇 아폴로 우주비행사들은 정확한 생물학적 메커니즘이 불분명하지만 섬광이 번쩍이는 것을 보고 보고했다.가능한 경로로는 유리 유머 내의 입자 상호작용에 기인하는 망막[44] 광수용체와 체렌코프 방사선과의 중이온 상호작용을 포함한다.[45]이 현상은 지구상에 여러 기관의 과학자들에 의해 복제되었다.[46][47]가장 긴 아폴로 비행의 지속시간이 2주 미만이었기 때문에, 우주비행사들은 제한된 누적 피폭과 그에 상응하는 방사선 발암 위험성이 낮았다.게다가, 그러한 우주비행사들은 24명 밖에 되지 않아, 잠재적인 건강 영향에 대한 통계적 분석을 문제 삼았다.

위의 논의에서 선량당량은 시버트(Sv) 단위에 주목되지만 Sv는 다른 유형의 전리방사선에 대한 암 위험을 비교하는 단위다.CNS 효과의 경우 Gy에서 흡수된 선량이 더 유용한 반면 CNS 효과에 대한 RBE는 잘 이해되지 않는다.더욱이, 우주 방사선 CNS 위험 추정치는 기억과 인지를 저해하는 초기 및 후기 장애에 주로 초점을 맞춘 반면(예: Cucinotta, Alp, Sulzman, 2014년 우주 연구에서의 왕, 생명 과학)

2012년 12월 31일, NASA가 지원하는 한 연구는 인간의 우주 비행이 우주 비행사들의 뇌에 해를 끼치고 알츠하이머병의 발병을 가속화할 수 있다고 보고했다.[48][49][50]이 연구는 쥐가 정상 비행 속도를 훨씬 초과하는 방사선에 노출되는 강도를 포함한 많은 요인들로 인해 문제가 있다.

쿠치노타, 알프, 설즈만, 왕(우주연구의 생명과학, 2014)의 CNS 우주방사선생물학 리뷰는 해마의 인지 및 기억력 변화, 신경인플레이션, 뉴런 형태학, 신경생성 장애의 작은 동물에 대한 연구 연구를 요약한다.작은 동물에서 모의 우주 방사선을 사용한 연구는 장기 우주 임무 동안 일시적이거나 장기적인 인지상 해로울 수 있다는 것을 시사한다.쥐 해마와 전두엽 피질에서 뉴런 형태학에 대한 변화는 저선량(<0.3 Gy)에서 중이온에 발생한다.만성 신경 팽창 및 행동 변화를 가진 생쥐와 쥐를 대상으로 한 연구는 낮은 용량(~0.1 Gy 이하)에서 가변적인 결과를 보여준다.우주 방사선에 의해 유발된 그러한 인지적 해악이 우주 비행사들에게 일어날 수 있는지 그리고 그것들이 화성 임무에 부정적인 영향을 줄 수 있는지를 이해하기 위해 더 많은 연구가 필요하다.

우주의 누적 중이온 선량은 중요 세포와 세포 성분이 입자 통과를 0 또는 1회만 받을 정도로 낮다.태양 최소치에 가까운 화성 임무의 누적 중이온 선량은 ~0.05 Gy이며 태양 주기의 다른 시간에 임무의 경우 더 낮을 것이다.이는 실험 연구에 사용된 총 선량이 상당히 작은 경우(<0.1 Gy) 중 이온에 대해 선량률 영향이 발생하지 않을 것임을 시사한다.더 큰 용량(>~0.1 Gy)에서 임계 세포와 세포 구성요소는 둘 이상의 입자 통과를 수신할 수 있으며, 이는 화성에 대한 임무와 같은 장기간 동안 깊은 우주 환경을 반영하지 못한다.다른 가정은 장기 신호 효과나 생화학으로의 변화에 의해 조직의 미세 환경이 수정되는 경우일 것이다. 이 경우 입자가 일부 세포에 전달되는 것은 입자에 의해 전달되지 않은 다른 세포의 반응을 수정한다.특히 중추신경계 효과에 대해서는 이러한 대안적 가정을 평가하는 데 이용할 수 있는 제한된 실험 증거가 있다.

예방

우주선 차폐

선체 설계에 통합된 표준 우주선 차폐는 대부분의 태양 복사로부터 강력한 보호를 받지만, 이것을 이차 입자의 소나기로만 쪼개기 때문에 고에너지 우주선으로 이 목적을 무력화시킨다.이차 및 파편화된 입자의 샤워는 차폐를 위한 수소 또는 광원소의 사용에 의해 감소될 수 있다.

물질 차폐는 은하 우주선에 효과적일 수 있지만, 얇은 차폐는 더 많은 차폐가 2차 방사선의 양을 증가시키기 때문에 더 높은 에너지 광선 중 일부에 문제를 더 악화시킬 수 있다.[51]예를 들어, ISS의 알루미늄 벽은 방사선 피폭의 순 감소를 발생시킨다고 여겨진다.그러나 행성간 공간에서는 얇은 알루미늄 차폐가 방사선 피폭의 순증가를 제공하지만 생성된 이차 방사선을 포착하기 위해 차폐가 더 추가됨에 따라 점차 감소할 것으로 생각된다.[52][53]

공간 방사선 차폐에 대한 연구에는 연구 중인 차폐 물질과 함께 조직 또는 물과 동등한 차폐가 포함되어야 한다.이 관찰이 민감한 장기의 평균 조직 self-shielding는 약 10cm이상 언급하며, 이차 방사선 저 에너지 양성자, 헬륨, 그리고 무거운 이온과 같은 조직에서 생산된 높은 선형 에너지 전달(LET)과 지상 관제 레이더의 종합적 생물학적 피해에 지대한 공헌을 한(>25%)을 이루는 이해할 수 있다.s알루미늄, 폴리에틸렌, 액체 수소 또는 기타 차폐 물질의 투디는 조직에서 생성된 2차 방사선을 반사하지 않는 2차 방사선을 포함하므로 공간 방사선 차폐 효과 연구에 조직 등가 차폐를 포함해야 한다.

계획된 행성간 우주 비행에 대한 이 방사선 위험의 영향을 개선하기 위해 몇 가지 전략이 연구되고 있다.

  • 우주선은 알루미늄이 아닌 수소가 풍부한 플라스틱으로 제작할 수 있다.[54]
  • 재료 차폐가 고려되었다.
    • 종종 연료로 사용되는 액체 수소는 상대적으로 좋은 차폐를 제공하는 반면 상대적으로 낮은 수준의 이차 방사선을 생산한다.따라서, 연료는 승무원 주위의 차폐의 한 형태로 작용할 수 있도록 배치될 수 있었다.하지만, 우주선에 의해 연료가 소비되면서, 승무원의 차폐는 감소한다.
    • 생명 유지에 필요한 물도 차폐에 기여할 수 있다.그러나 그것은 또한 폐품을 사용하지 않는 한 여행 중에 소비된다.[55]
    • 소행성은 차폐를 제공하는 역할을 할 수 있다.[56][57]
  • 감마선에 대해 충전된 그래핀에 기반한 가벼운 활성 방사선 차폐로, 음전하 축적에 의해 흡수 파라미터를 제어할 수 있다.[58]
  • 충전된 방사선 입자 및/또는 정전기 저항의 자기 편향은 조사 중인 순수 재래식 질량 차폐에 대한 가상의 대안이다.이론적으로 5m 토러스 전력 요건은 단순한 순수 정전기 실드(우주 전자에 의해 너무 방전됨)를 위한 과도한 10GW에서 하이브리드 설계를 사용하여 중간 정도의 10kW(kW)로 떨어진다.[52]그러나 이러한 복잡한 능동 차폐는 재료 차폐보다 작업 가능성과 실용성이 더 불확실하므로 미해결이다.[52]

또한 태양 양성자 사건으로부터 보호하기 위해 특별한 조항이 필요할 것이다. 태양 양성자는 수개월 또는 수년이 아닌 수시간 또는 수일 내에 승무원을 죽일 수 있는 수준으로 유속을 증가시킬 수 있다.잠재적 완화 전략에는 우주선의 급수나 특히 두꺼운 벽 뒤에 거주할 수 있는 작은 공간을 제공하거나 지구의 자력권이 제공하는 보호 환경으로 중단하는 옵션을 제공하는 것이 포함된다.아폴로 임무는 두 가지 전략의 조합을 사용했다.SPE의 확인을 받은 우주비행사들은 달 모듈보다 알루미늄 벽이 두꺼운 지휘 모듈로 이동한 뒤 지구로 돌아가곤 했다.나중에 아폴로 상공에서 비행한 계기들에 의해 측정된 결과, 지휘 모듈이 승무원의 중대한 피해를 예방하기 위해 충분한 차폐를 제공했을 것이라는 사실이 밝혀졌다.[citation needed]

이러한 전략 중 어떤 것도 현재 발사 가격(약 10,000달러/kg)에 대한 가능한 한도를 준수하면서 충분하다고[59] 알려진 보호 방법을 제공하지 않는다.유진 파커 시카고대 명예교수와 같은 과학자들은 그것이 곧 해결될 수 있다고 낙관하지 않는다.[59]수동적 질량 차폐의 경우, 경제학의 변화 없이(예: 가상의 비로켓 우주 발사 또는 외계 자원의 사용) 필요한 양은 너무 무거울 수 있으며, 적당한 크기의 승무원실을 위해 수백 미터 톤의 톤이 소요될 수 있다.예를 들어, NASA의 야심찬 대형 우주정거장 설계 연구는 연간 2.5mSv의 방사선 피폭(±2불확실성 요인)을 낮추기 위해 1평방미터당 4미터톤의 차폐물을 계획했는데, 이는 지구상의 인구밀도가 높은 자연배경 방사 구역에서 수십 밀리씨버 또는 그 이상에 미치지 못하지만, 그 질량은 그 수준에 대한 순전히 질량이다.경감의 l는 물질을 발사하기 위해 달 질량 드라이버를 처음 구축한다는 이유만으로 실용적으로 간주되었다.[51]

패시브 실드보다 덜 거대할 수 있는 몇 가지 활성 실드 방법이 고려되었지만 그것들은 여전히 추측에 불과하다.[52][60][61]행성간 공간의 깊숙한 곳에 있는 두꺼운 물질 차폐를 통해 가장 멀리 침투하는 방사선의 유형이 GeV 양전하 핵이기 때문에, 반발하는 정전기장이 제안되었지만, 이것은 플라즈마 불안정성과 가속기에 필요한 동력이 지속적으로 전하가 중성화되는 것을 막는 등의 문제를 가지고 있다.ep-공간 [62]전자보다 일반적인 제안은 초전도체(또는 플라스마 전류)에 의해 발생하는 자기 차폐다.이 제안의 어려움 중 하나는 소형 시스템의 경우 MRI 기계에 있는 여러 테슬라보다 높은 승무원 우주선 주위에 최대 10–20 테슬라까지 자기장이 요구될 수 있다는 것이다.이렇게 높은 장은 MRI 환자에게 두통과 편두통을 유발할 수 있으며, 그러한 분야에 대한 장기간 노출은 연구되지 않았다.반대되는 전자석 설계는 우주선의 승무원 구역의 필드를 취소할 수 있지만 더 많은 질량을 필요로 할 것이다.또한 정전기장을 가진 자기장과 우주선의 총 전하량이 0인 자기장의 조합도 가능하다.하이브리드 디자인은 이론적으로 문제를 개선할 수 있지만 복잡하고 실현 불가능할 수 있다.[52]

그 불확실성의 일부는 은하 우주 광선에 대한 인간의 노출 효과가 양적인 측면에서 잘 알려져 있지 않다는 것이다.NASA 우주방사선연구소는 현재 보호 차폐뿐만 아니라 살아있는 유기체에 미치는 방사능의 영향을 연구하고 있다.

웨어러블 방사선 차폐

유해 우주방사선으로부터 우주선을 보호하는 데 초점을 맞춘 수동적이고 능동적인 방사선 차폐 방식과는 별개로, 우주 비행사들을 위한 개인 맞춤형 방사선 보호복 설계에 많은 관심이 있었다.이러한 방사선 차폐 방법을 선택한 배경에는 패시브 차폐에서 우주선에 일정한 두께를 더하면 우주선의 질량을 수천 킬로그램까지 늘릴 수 있기 때문이다.[63]이 질량은 발사 제약을 뛰어넘을 수 있고 수백만 달러의 비용이 든다.반면 능동형 방사선 차폐 방법은 시험과 구현 면에서 아직 요원한 신흥 기술이다.능동 차폐와 수동 차폐를 동시에 사용하더라도 웨어러블 보호 차폐는 특히 일반적으로 GCR 입자보다 침투력이 낮은 입자로 구성된 SPE의 건강 영향을 줄이는 데 유용할 수 있다.[64]이러한 유형의 보호 장비에 대해 제안된 재료는 종종 폴리에틸렌이나 다른 수소 함량이 높은 폴리머이다.[65]물은 또한 차폐재로 제안되었다.웨어러블 보호 솔루션의 한계는 승무원 체적 내 이동과 같은 승무원의 요구에 인체공학적으로 부합해야 한다는 것이다.우주방사선을 위한 웨어러블 보호장치를 만들기 위한 한 시도는 이탈리아 우주국에 의해 이루어졌는데, 그곳에서 들어오는 SPE의 신호에 재활용 물을 채울 수 있는 의복이 제안되었다.[66]이스라엘 우주국, StemRad와 록히드 마틴의 협력적인 노력은 ISS에서 시험된 AstroRad였다.제품은 인체공학적으로 적합한 보호조끼로 설계되어 탑재된 폭풍 대피소와 유사한 범위까지 SPE의 유효 선량을 최소화할 수 있다.[67]또한 수면과 같은 일상적인 활동 중 임무 수행 중 광범위한 사용을 통해 GCR의 유효 선량을 약간 줄일 수 있는 잠재력을 가지고 있다.이 방사선 방호복은 BFO, 위, 폐, 기타 내부 장기와 같은 대부분의 방사선에 민감한 장기를 보호하기 위해 선택적 차폐 방법을 사용함으로써 대량 패널티와 발사 비용을 절감한다.

약물 및 약품

방사선에 의한 손상을 치료할 수 있는 신체의 자연 능력을 향상시키는 약의 개발도 연구 분야다.검토되고 있는 약으로는 항산화 성질이 있는 비타민인 레티노이드와 세포분열을 지연시키는 분자가 있어 유해한 돌연변이가 복제되기 전에 신체에 손상을 고칠 수 있는 시간을 준다.[citation needed]

또한 상당한 개선과 수정을 통해서만 인체가 우주 여행의 조건을 견딜 수 있다는 제안도 나왔다.기술적인 해결책이 있는 방법에서 자연의 기본 법칙에 의해 구속되지는 않지만, 이것은 현재의 의학 과학을 훨씬 넘어선다.트랜스휴머니즘을 보라.

임무의 타이밍

우주비행사가 우주 광선에 노출될 경우 발생할 수 있는 부정적인 영향 때문에, 태양 활동은 미래의 우주 여행에서 역할을 할 수 있을 것이다.태양계 내 은하계 우주선 흐름은 강한 태양 활동 기간에는 낮기 때문에 태양 최대 기간 동안 행성간 이동은 우주 비행사에 대한 평균 선량을 최소화해야 한다.

관상 질량 방출 중 푸부시 감소 효과는 일시적으로 은하 우주선의 유량을 낮출 수 있지만, 그 효과의 짧은 지속 기간(1~3일)과 CME가 위험한 태양 양성자 이벤트를 발생시킬 확률은 CME와 일치하도록 타이밍 임무의 효용을 제한한다.

궤도 선택

지구 방사선 벨트의 방사선량은 일반적으로 벨트를 피하거나 벨트를 비교적 빨리 통과하는 궤도를 선택하여 완화된다.예를 들어, 낮은 경사가 있는 낮은 지구 궤도는 일반적으로 내부 벨트 아래에 있을 것이다.

지구-달계 라그랑주(Lagrange) 시스템의 궤도는 약2 3분의5 2의 시간 동안 지구 자기권의 보호에서 그들을 떼어낸다.[citation needed]

지구-태양계 라그랑주점 L과13 L - L의5 궤도는 항상 지구의 자기권 보호 밖에 있다.

참고 항목

참조

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외부 링크