Слайд 1 - Научно-технический совет ГНЦ РФ

Защита эскизного проекта
Космический эксперимент
«Матрешка-Р»: 2004-2012 гг
КЭ № 515 – 14/97 «Исследование динамики радиационной
обстановки на трассе полета и в отсеках международной
космической
станции
и
накопления
дозы
в
антропоморфном фантоме, размещенном внутри и
снаружи станции» (Шифр – «Матрешка-Р»)
Научный руководитель работ – заведующий отделом
ГНЦ РФ ИМБП РАН, начальник Службы радиационной
безопасности пилотируемых космических полетов
В.М.Петров
Ответственный
исполнитель
–
заведующий
лабораторией ГНЦ РФ ИМБП РАН В.А.Шуршаков
2
Основание для разработки
ЭП Укладка «Шторка защитная»
• Рекомендации «Международной рабочей группы по
радиационной безопасности космических полетов»
(IRHWG) по использованию локальной защиты в
каютах СМ (Протокол № 9 от 23 – 26 марта 2004 г.)
• Дополнение № 2 (2005 г.) к техническому заданию на
КЭ «Матрешка-Р» №515 – 14/97 «Исследование
радиационно-защитных свойств водосодержащих
материалов в условиях орбитального полета с
использованием изделия «Шторка защитная»
• Заключение № 153-9/2005 о возможности реализации
установки и испытаний укладки «Шторки защитной» в
каюте экипажа Служебного модуля на Российском
сегменте Международной космической станции при
проведении космического эксперимента «Матрешка-Р»
(Шифр «РБО-3/2.0»)
3
Основание для разработки
(продолжение)
• Техническое задание № 55-КГК-06/2005 на
выполнение опытно-конструкторской работы
«Разработка, изготовление и испытания изделия
Укладка «Шторка защитная» ТЗ.0074.173
• Государственный контракт «Создание, развертывание
и эксплуатация Российского сегмента МКС в части
разработки и выполнения программ реализации НПИ
на РС МКС на период 2007–2009 гг.», ГК № 3518623/07 от 05.06.2007
• Договор между «ОАО РКК «Энергия» и ИМБП РАН на
создание научно-технической продукции № 08-10-113
от 16 мая 2008 г. «Разработка и поставка НА «Укладка
«Шторка защитная» для реализации КЭ «Матрешка-Р»
• Головной организацией по постановке КЭ и разработке НА
Укладка «Шторка защитная» является ИМБП РАН
• Сопостановщик КЭ – «Ракетно-космическая корпорация
«Энергия» им. акад. С.П. Королева».
4
Идея эксперимента
Масса дополнительной локальной защиты  100 кг -- из НЗ СЛГ
5
Технические характеристики «Салфеток
влажных» и «Полотенец влажных»
Салфетка
•
•
•
•
7.0 х 7.0 х 1.5 см
95 г
1.3 г/см3
Массовая плотность
1.3 x 1.5=1.95 г/см2
• 4 слоя = 7.8 г/см2
Полотенце
• 13.5 х 9.0 х 2.0 см
• 220 г
• 0.9 g/cm3
• Массовая плотность
0.9 x 2.0=1.80 г/см2
• 4 слоя – 7.2 г/см2
6
Исторический ракурс дополнительной
защиты на МКС
Спальное место
космонавта НАСА в
Лабораторном модуле
(полиэтилен высокого
давления), TESS 2001
Полиэтиленовые
«кирпичи» в каюте
СМ, 2002
7
Спальный мешок астронавта,
наполненный водой, толщина
5.2 см, 2004
«Водяное» одеяло НАСА,
толщина 15 см, 2004
8
Ослабление дозы космической радиации
различными материалами
Защита от галактического
космического излучения
Защита от протонов
радиационного пояса на орбите
МКС
0.8
10
0.6
Aluminum
0.5
0.4
Dose, mSv/day
Dose Eq., mSv/day
0.7
Water
0.3
0.2
Polyethylene
1
Aluminum
Water
0.1
Polyethylene
Liquid hydrogen
0.1
Liquid Hydrogen
0.0
0
10
20
30
Depth, g/cm2
40
50
0.01
0
10
20
30
40
50
Depth, g/cm2
9
Экспериментальные данные по
использованию локальной защиты
Штатный дозиметр «Р-16»:
есть пластиковый экран 3
г/см2.
10
Ослабление дозы в шаровом фантоме
В фантом вставлены пеналы
200
Containers 18 and 8
Containers 3 and 13
190
Dose rate, uGy/day
180
170
160
150
140
130
120
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Distance from the phantom center, cm
Стенка каюты
11
Моделирование ослабления дозы в простой
геометрии (T.Sato et. al, JAERI, Japan)
Пустота
Полупространство
Слой
воды
50 см
t = 0, 5, 10, 15 cm
Параллельный луч
Ширина f = 4 м
Al стенка
t =1.2
g/cm2
Ширина f = 4 м
Область для расчета потока
f = 40 cm
Моделирование по
программе PHITS
Спектр частиц
Коэффициенты пересчета
от потока к дозе
Эффективная доза
12
% снижения дозы как результат
использования локальной защиты
70.00
60.00
% of Dose Reduction
50.00
40.00
30.00
Radiation Belts (TEPC data)
Total (TEPC data)
20.00
Galactic Cosmic Rays (TEPC data)
Skin dose equivalent (PHITS code)
10.00
Effective Dose (PHITS code)
0.00
0
3
6
9
12
15
Thickness, g/cm2
TEPC Measurements on STS-81 (51.6 x 390 km) with Poly spheres
13
Уточненная оценка снижения дозы в модели
отсека МКС
82.6
81.5
13.0
29.6
63.0
2000
82.6
Crew Cabin
Shield
(Al)
Water or Al
Shielding
2900
Air
Crew Cabin
(Air)
2700
500
850
563
Air
2700
950
Side view
unit (mm)
483
Front view
14
600
(A) Total
Water Shielding
Dose Equivalent Rate ( Sv/day)
400
200
HLET
Hy
HE
Hskin
HRBM
0
300
(B) GCR
200
100
0
300
200
Al Water
HLET
HE
(C) Trapped
Al Water
HLET
HE
Рассчитанные мощности
эквивалентной дозы в
зависимости от толщины
защиты: HLET – эквивалентная
доза, рассчитанная из спектра
ЛПЭ;
Hy - эквивалентная доза,
рассчитанная из спектра
линейной энергии;
HE – эффективная доза; Hskin –
эквивалентная доза на кожу;
HRBM - эквивалентная доза на
красный костный мозг.
100
0
0
10
2
Thickness (g/cm )
20
15
Ожидаемая эффективность локальной
защиты от слоя воды 5 г/см2
• Слой водной защиты 5 г/см2 при нахождении
космонавта в отсеке 100% времени дополнительно
снижает эффективную дозу на  14%,
• Полагая, что космонавт находится в своей каюте 8
часов в сутки, эффективная доза за весь полет,
определяющая радиобиологический эффект
воздействия космической радиации, уменьшается
примерно на 5 %
16
«Примерка» «Укладки-шторки» в наземном
макете СМ МКС в РГНИИ ЦПК им. Ю.А. Гагарина
17
Реализация идеи: три накопителя на
стенке каюты
18
Улучшенный дизайн «Укладки-шторки»
19
Последовательность монтажа в каюте
20
Аппаратура для исследования защитного эффекта
• Сборки «ИД-3 МКС» -12
штук, доставляется в
составе «Укладки-шторки»
• Штатный дозиметр
«Пилле-МКС»
• Штатный дозиметр
«Люлин-МКС»)
• «Пузырьковые детекторы»
космического эксперимента
«Матрешка-Р»
21
Общий вид «Укладки шторки» в плоскости изделия
и в плоскости каюты
22
Конфигурация укладки в рабочем положении с
обеспечением доступа к иллюминатору
23
Оснащение Укладки-шторки дозиметрами
24
Доступ к иллюминатору
в плоскости каюты
Вид сзади в плоскости
изделия
25
Заключительные замечания
ПРЕИМУЩЕСТВА МЕТОДА
• Вся доставленная масс идет в зачет
запаса СЛГ;
• Удобство складирования, учета и
использования СЛГ
• Ожидаемое снижение дозы за счет
«Укладки-шторки» (4 слоя СЛГ) –
15%
26
Для справки.
Космическая радиация: дозы и дозовые пределы
Период экспонирования
Фоновая доза на поверхности Земли за сутки
Доза, мЗв
0.003
Доза на борту космической станции за сутки
0.5
Доза за год в космическом полете = 0.5x365
180
500
20
Основной дозовый предел за 1 год полета
Дозовый предел за 1 год для персонала группы А
на Земле (в среднем за 5 лет)
Эффективная доза за рентгеновский снимок
грудной клетки
Профессиональный предел дозы,
космонавта/персонала группы А
0.1
1000
27
Авторский коллектив по проекту
ИМБП РАН
• Е.Н. Ярманова
• Т.А. Бондарева
• В.А. Шуршаков
• А.Г. Никоноров
• Р.В. Толочек
РКК «Энергия»
• И.В. Николаев
• Ю.Б. Росляков
• А.Ю. Мацкевич
28