长期暴露于空间辐射会增加航天员罹患疾病的风险。重返月球或是殖民火星，我们都需要尽可能降低航天员接受的空间辐射量。行之有效的空间辐射防护手段有哪些？
近日，大连海事大学孙野青课题组在《科学通报》发表题为“载人深空探索中空间辐射防护技术的研究进展”的评述文章，大连海事大学赵磊为文章第一作者。文章分类总结了空间辐射防护技术的研究进展，阐释了其中的关键技术问题，并探讨了后续相关研究的设想，可为载人深空探索任务提供参考与借鉴。
目前，空间辐射防护方法主要包括物理防护和生物医学防护两大类。物理防护又可以进一步分为被动防护（材料屏蔽等）和主动防护（电场或者磁场偏转等）。
物理防护之被动防护
屏蔽舱、防护服等屏蔽式手段是最常见的被动防护方式。总体来说，被动防护可以有效降低空间急性辐射风险。但是，随着屏蔽材料厚度的增加，空间原初辐射与屏蔽材料产生的次级辐射的贡献将逐渐增加；同时，考虑到航天器载荷重量的限制，以及增加屏蔽厚度带来的昂贵的费用等，仅仅依靠增加屏蔽厚度不能有效地满足载人深空探测任务的需要。
被动辐射防护模式及其示例. (a) 假定载人航天器为铝屏蔽舱体. (b) 铝屏蔽舱体周围的空间辐射防护示例. (c) 国际空间站中采用的低密度辐射防护材料组合栈板及安装示意图. (d) 第一个在国际空间站在轨测试的由水组成的空间辐射防护服外部结构. 图(a)~(c)来源于文献[1,2], 图(d)来源于文献[3]
物理防护之主动防护
目前，主动防护还处于理论和方法的概念性探讨阶段，常见的主动防护方式如下图所示。由于该方法所需的载荷和功耗巨大，安全性和可靠性还没有得到很好的解决。长期存在的额外磁场或电场等究竟对航天员有何种影响，目前也不清楚。
主动防护的主要类别
生物医学防护
生物医学防护一般指服用和进食能够降低辐射健康风险的防护剂或缓解剂，如抗氧化剂、抑制剂、细胞因子/生长因子和激素类物质、蛋白质分子类物质、细胞治疗剂以及植物来源的活性物质等。然而，这些制剂目前大多还处在基础研究或临床应用前的开发阶段。如何研制出高效、低副作用的航天辐射防护剂是空间辐射医学防护中的辐射损伤治疗和疾病风险防控研究的基本任务之一。
生物医学防护中的辐射防护剂和辐射缓解剂
空间辐射防护涉及的关键技术主要包括：(1)新型辐射防护材料的筛选和质量屏蔽厚度优化等被动防护技术研究；(2)利用在轨资源进行居住舱和航天服等个性化辐射防护技术研究；(3)星体表面的居住舱被动辐射防护与优化技术研究；(4)新型空间辐射主动防护技术；(5)高效低副作用航天辐射防护剂等空间辐射的生物医学防护技术。对这些问题进行深入而系统的探究将是载人深空探索任务中空间辐射防护方面的重要研究工作。
本研究得到了国家自然科学基金、中国科协“青年人才托举工程”、博士后创新人才支持计划、中国科学院“空间科学(二期)”战略性先导科技专项和中央高校基本科研业务费专项资金的支持。
参考文献
[1] Vuolo M, Baiocco G, Barbieri S, et al. Exploring innovative radiation shielding approaches in space: A material and design study for a wearable radiation protection spacesuit[J]. Life Sci Space Res, 2017, 15: 69-78.
[2] Baiocco G, Giraudo M, Bocchini L, et al. A water-filled garment to protect astronauts during interplanetary missions tested on board the ISS[J]. Life Sci Space Res, 2018, 18: 1-11.
[3] Kodaira S, Tolochek R V, Ambrozova I, et al. Verification of shielding effect by the water-filled materials for space radiation in the International Space Station using passive dosimeters[J]. Adv Space Res, 2014, 53: 1-7.
原文信息
赵磊, 尚钰轩, 袁爽, 何欣叶, 宓东, 孙野青. 载人深空探索中空间辐射防护技术的研究进展. 科学通报, 2019, 64(20):2087-2103
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