航天員輻射效應

宇宙間充滿了各種人眼難於察覺的高能粒子輻射。它們與地面放射性物質發出的射線一樣具有致命的放射性，能夠穿透太空艙和航天服，引起航天員身體器官的物理損傷，對在軌航天員產生巨大威脅。

基本介紹

• 中文名：航天員輻射效應
• 外文名：Space radiation effect on astronauts
• 輻射源：地球輻射帶、GCR、SPE
• 涉及人群：航天員
• 危害：高能粒子輻射、高能電磁輻射
• 防護措施：太空飛行器艙壁和航天服等的禁止防護

危害

高能粒子輻射主要是通過兩種機制引起人體細胞損傷：一是高能輻射可直接造成生物活性大分子斷裂、脫落，導致直接損傷；二是高能輻射粒子與人體中大量的水分子結合形成自由基，這些自由基進一步與生物分子發生化學反應，造成間接損傷。

高能粒子與水分子形成的自由基對DNA的破壞

人體輻射效應危害非常複雜，其嚴重程度主要與所受到的輻射劑量大小有關。如果人體只是受到輕微的輻照，如地面上的本底輻射（即自然界中原來就存在的輻射），人體細胞能夠很快自己修復受到的損傷。但是在人體受到高劑量的高能粒子輻射的情況下，細胞無法及時修復，就可能造成細胞的死亡或永久損傷，會引起皮膚、骨髓等器官的急性損傷（比如引起白內障），嚴重時甚至會危及生命。而在低劑量輻照情況下，高能粒子可能誘發細胞產生變異。如果變異細胞是體細胞，則表現為軀體效應；如果損傷的是生殖細胞，則表現在受照者的後代身上，這就表現為遺傳效應。因此在載人航天任務中，航天員的接受的輻射劑量是受到嚴格的控制的。

輻射造成DNA的斷裂

輻射源

地球周圍的空間環境中，主要存在三種高能粒子輻射源：地球輻射帶、銀河宇宙線（GCR）和太陽質子事件（SPE）。而航天員在太空執行任務時，脫離了地球稠密大氣層的保護，直接暴露於這些空間輻射環境當中。

地球輻射帶

地球輻射帶是高能帶電粒子受地球磁場捕獲而形成的強輻射區域，包括內輻射帶和外輻射射帶，主要由高能電子與高能質子構成。目前的載人航天活動主要集中在500公里以下的低地球軌道（LEO）上，處於內輻射帶底部。這個高度上輻射帶主要集中在兩個區域：南大西洋異常區SAA（內輻射帶）和極區電子帶（外輻射帶）。輻射帶高能粒子的能量相對不高，太空飛行器的艙壁對它們能起到很好的禁止作用，但航天員的出艙活動（EVA）應儘可能避開南大西洋異常區以降低航天員受到的輻射劑量。

神舟飛船穿越南大西洋異常區

銀河宇宙線

銀河宇宙線是來自銀河系超新星爆發時的高能粒子，能量很高，但通量很低，一般不會造成顯著的短期效應，但長期暴露在GCR中會增加不育和癌症的風險。在近地載人軌道上，地磁場禁止了大部分的GCR，GCR的劑量貢獻主要集中在極區附近，軌道越高、傾角越大，GCR的影響越大。GCR的能量很高，太空飛行器的禁止作用不大。

太陽質子事件

太陽質子事件是太陽爆發活動產生的高能帶電粒子流，持續時間從幾十分鐘到幾天不等。大的太陽質子事件會產生較大的劑量，對載人航天是一個嚴重威脅。與銀河宇宙線類似，在近地載人軌道上，受地磁禁止的影響，一般SPE產生的輻射較小，劑量貢獻主要集中在極區附近，軌道傾角越高，受到的影響越大。

防護措施

目前的常規載人飛行，如神舟和國際空間站，都運行在300公里到500公里的低地球軌道上，地磁場能夠在很大程度上保護航天員免受空間環境輻射的嚴重影響，另外太空飛行器艙壁和航天服等的禁止防護，再加上飛行時間一般比較短，因此通常情況下空間輻射對航天員的危害並不大。但在惡劣的空間環境條件下，主要是偶發的太陽質子事件，空間輻射對太空人的影響就要大很多。對於未來的星際載人飛行，如登月飛行和火星之旅等，由於失去了地球磁場的保護，銀河宇宙線和太陽粒子事件的影響更加嚴重。

為了保障在軌航天員免受高能粒子輻射的嚴重影響，載人航天任務實施過程中採取了大量的輻射防護措施，包括對太陽質子事件進行監測預警，制定各種情況下飛行計畫與操作預案，在太空飛行器中建造專門的輻射避難裝置等等，儘可能地使太空人受到的輻射降低到安全程度。

我國研製的“飛天”艙外航天服

我國神舟載人飛船由於軌道高度和傾角與國際空間站（ISS）、美國太空梭等相比較低，受到的輻射劑量相對更低。但是，如果遭遇特大質子事件，特別是同時伴隨有大地磁暴時，高能質子就有可能擴展到低高度和較低緯度地區，從而影響航天員健康。特別是在航天員進行太空行走的時期，由於航天服的輻射防護能力遠遠弱於太空飛行器的艙壁，強質子事件對航天員的健康安全威脅更大。因此，航天員出艙活動必需關注空間環境預報，應儘量選擇空間環境平靜期，避開太陽爆發事件。