Как орбитальная механика помогает летать через радиационные пояса Земли?

Магнитное поле Земли — одна из причин, по которой вы можете читать этот канал. Оно отклоняет и улавливает солнечный ветер и космические лучи, не дает им уносить атмосферу, включая озоновый слой, который защищает нас от губительной ультрафиолетовой радиации.

Пойманные геомагнитным полем заряженные частицы собираются в области, имеющей форму гигантского бублика (тора) с внутренним радиусом ~1000 км и внешним ~60000 км. Из-за разности в массе и энергии, внутренняя часть региона заполнена в основном протонами, а внешняя — электронами, и они называются внутренний и внешний радиационные пояса Земли. Заряженные частицы располагаются в поясах неравномерно: наиболее опасные высокоэнергичные собираются ближе к центру тора. Чем дальше от центра — тем меньше поток частиц и ниже их энергия.

Если бы мы могли увидеть радиационные пояса на небе, они простирались бы на ~65° на север и юг от небесного экватора. Поэтому полет за пределы низкой околоземной орбиты будет практически всегда пересекать радиационные пояса. Для автоматических межпланетных станций и космических аппаратов это не проблема — их оборудование делается радиационно-стойким. Для пилотируемых полетов это представляет потенциальную опасность.

Но есть хорошие новости: наиболее опасная для пилотируемых кораблей зона — это центральный регион внутреннего пояса, и его можно обойти траекториями с наклонением от 30° и выше. При полетах к Луне это возможно даже для компланарной схемы перелета (когда переходная орбита находится в плоскости лунной орбиты) и, тем более, возможно при полетах по пространственной схеме перелета. Внешний пояс, заполненный в основном энергичными электронами, не так опасен, поскольку электроны хорошо экранируются металлическим корпусом космического корабля.

Именно так летали к Луне американцы: например, наклонение переходной орбиты (trans-lunar-injection) для миссии «Аполлон-11» было 31,4°, что позволило свести к минимуму пребывание в опасной зоне внутреннего радиационного пояса.

Так как радиационные пояса Земли постоянно меняются под воздействием солнечной активности, то для одного типа орбит для полета к Луне условия пересечения радиационных поясов могут быть разными для разных миссий. Поэтому дозы радиации, которые получали экипажи «Аполлонов» при прохождении поясов отличались — от 1.1 миллизиверта у «Аполлона-8» до 11.4 у «Аполлона-14» (худший результат из всех миссий). Эти дозы не представляли серьезной опасности для астронавтов во время полета и не причинили долговременного вреда их жизни.

#современнаякосмонавтика
#орбитальнаямеханика