太空輻射是載人深空探索中威脅航天員健康的主要因素，也是制約載人深空探索發(fā)展的重要原因之一，因而一直受到美俄等載人航天大國的高度關(guān)注。

隨著我國載人深空探索任務(wù)的規(guī)劃與實(shí)施，確保航天員在整個(gè)任務(wù)期間的健康和安全被認(rèn)為是航天醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的首要任務(wù)，而其中的太空輻射對(duì)航天員的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估更是被視為亟需要解決的重要問題之一 。事實(shí)上，美國國家航空與航天局(National Aeronautics and Space Administration，NASA)已將太空輻射列為航天生物醫(yī)學(xué)發(fā)展路線圖的五大領(lǐng)域之一，并將“太空輻射緩解”(Space radiation mitigation，SRM)技術(shù)列為美國載人航天工程中八大核心技術(shù)之一。

我國在“空間科學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略”中也將“太空輻射損傷評(píng)估與防護(hù)技術(shù)”確定為空間科學(xué)領(lǐng)域中擬解決的核心關(guān)鍵技術(shù)之一。在主題為“空間輻射生物交叉學(xué)科研究”的香山科學(xué)會(huì)議上，來自國內(nèi)外30余家科研機(jī)構(gòu)和大學(xué)的50余位從事空間生命科學(xué)和輻射生物學(xué)研究的專家學(xué)者一致認(rèn)為：太空輻射健康風(fēng)險(xiǎn)是各國太空研究機(jī)構(gòu)和研究人員共同關(guān)心的熱點(diǎn)問題，中國亟需在現(xiàn)有太空輻射生物學(xué)研究的基礎(chǔ)上，建立自主的太空輻射風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系，研發(fā)有效的太空輻射防護(hù)措施，以適應(yīng)國家的重大需求。

太空輻射環(huán)境

載人航天器在飛離和返回地球時(shí)需要穿過稱為范愛倫帶(Van Allen belts)的地磁場捕獲帶。深空探索中，載人航天器脫離了地磁場的保護(hù)，主要輻射源是銀河宇宙射線(Galactic cosmic rays，GCR)和太陽高能粒子(Solar energetic particles，SEP)。

地磁場捕獲帶(內(nèi)俘獲帶和外俘獲帶)示意圖

深空探索中太空輻射的主要來源

根據(jù)NASA在阿波羅(Apollo)任務(wù)中的實(shí)際太空輻射監(jiān)測結(jié)果可知，探月旅途中太空輻射的有效劑量率為0.7~3.0 mSv/d。如果按照30天的任務(wù)周期計(jì)算，太空輻射的有效劑量可達(dá)21.0~90.0 mSv。這個(gè)數(shù)值約為地面上的公眾在同樣天數(shù)中接受的有效劑量0.2 mSv(按年平均有效劑量2.4 mSv計(jì)算)的105~450倍。而由NASA研發(fā)的“好奇號(hào)”火星探測器(Curiosity Rover)所攜帶的火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室(Mars science laboratory，MSL)的測量結(jié)果可知，好奇號(hào)往返火星旅途的劑量當(dāng)量率約為1.84 mSv/d，火星表面的劑量當(dāng)量率約為0.64 mSv/d。若按照往返火星均為180天，在火星表面停留500天計(jì)算，載人登火過程中航天員接受的GCR有效劑量將達(dá)到982.40 mSv。這個(gè)數(shù)值約為地面上的公眾在同樣天數(shù)中接受的有效劑量5.65 mSv的175倍左右。

不同條件下人體所接受的輻射量比較

太空輻射健康風(fēng)險(xiǎn)

載人深空探索任務(wù)中，航天員長期在軌和艙外活動(dòng)使得太空輻射引起的健康風(fēng)險(xiǎn)明顯增加，甚至可影響載人深空探索任務(wù)的實(shí)施。太空輻射可導(dǎo)致航天員組織或器官中遺傳物質(zhì)的損傷，如DNA雙鏈斷裂，基因突變和染色體畸變等，引起細(xì)胞失活和基因組的不穩(wěn)定性，從而破壞人體骨髓、皮膚、中樞神經(jīng)系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)等組織器官或系統(tǒng)，引發(fā)白內(nèi)障甚至癌癥、白血病等疾病。

深空探索中太空輻射的健康風(fēng)險(xiǎn)

根據(jù)NASA于2009年提出的“人類空間探索任務(wù)風(fēng)險(xiǎn)降低策略”以及“空間輻射綜合研究計(jì)劃”，空間輻射風(fēng)險(xiǎn)主要可分為四大類，分別為輻射致癌風(fēng)險(xiǎn)、太陽粒子事件導(dǎo)致的急性輻射綜合癥風(fēng)險(xiǎn)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)的急/慢性輻射風(fēng)險(xiǎn)和退行性組織或其它健康效應(yīng)的輻射風(fēng)險(xiǎn)。目前認(rèn)為，太空輻射致癌風(fēng)險(xiǎn)是最重要的風(fēng)險(xiǎn)類型，而載人深空探索任務(wù)中航天員的太空輻射風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要是預(yù)測航天員的癌癥發(fā)生率和死亡率。

太空輻射風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及其存在的問題

利用國際輻射防護(hù)委員會(huì)等機(jī)構(gòu)推薦的方法評(píng)價(jià)長期載人深空探索任務(wù)中太空輻射引起航天員的癌癥風(fēng)險(xiǎn)存在很大的不確定性，且該不確定性明顯大于地面輻射暴露引起癌癥風(fēng)險(xiǎn)的不確定性。對(duì)于載人深空探索任務(wù)，目前空間輻射致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的不確定性高達(dá)400%~600%。Marco Durante的研究表明，利用目前空間輻射的監(jiān)測數(shù)據(jù)，如劑量和LET譜等預(yù)測航天員的早期癌癥風(fēng)險(xiǎn)，其不確定性甚至可達(dá)400%~1500%。

地面和太空輻射風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的不確定性

太空輻射風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是確保執(zhí)行載人深空探索任務(wù)航天員健康和安全的基礎(chǔ)，目前尚未完全解決。通過對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行了系統(tǒng)地梳理和分析，認(rèn)為在執(zhí)行載人深空探索任務(wù)中之前，對(duì)于太空輻射風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估需要解決以下主要科學(xué)問題：(1)輻射品質(zhì)因子的預(yù)測;(2)低劑量輻射風(fēng)險(xiǎn)模型的建立;(3)劑量和劑量率降低效應(yīng)因子的預(yù)測;(4)個(gè)體輻射敏感性差異的甄別;(5)微重力等空間因素對(duì)輻射風(fēng)險(xiǎn)的影響;(6)SPE引起的急性輻射損傷的評(píng)估。

文/趙磊, 宓東, 孫野青 本文來自《科學(xué)通報(bào)》

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