IT之家 8 月 13 日消息，一項新研究發現，一種用於抵禦輻射的防護背心未來或許能夠保護宇航員免受太陽突發強烈輻射的傷害。

距離最後一次阿波羅任務已經過去 50 多年，美國宇航局（NASA）的「阿爾忒彌斯」計劃正準備讓人類重返月球。要實現這一目標，首先必須保護宇航員免受太陽輻射的傷害，尤其是太陽風暴產生的強烈且難以預測的輻射。

由於重量限制，在整個航天器外覆蓋一層足夠厚、能夠產生明顯防護效果的輻射屏蔽材料仍然不切實際。不過，讓宇航員穿上防護服裝或許能夠提供一定幫助。

在這項新研究中，研究人員測試了一款名為 AstroRad 的防護背心。這款背心由以色列初創公司 StemRad 設計，並得到以色列航天局和航空航天巨頭洛克希德 · 馬丁的支持。其設計目的，是保護宇航員免受太陽爆發產生的太陽粒子事件（SPE）傷害。

「太空中的輻射是無法避免的，而一次重大的太陽粒子事件就可能顯著增加宇航員一生罹患輻射誘發癌症的風險。」研究共同作者、StemRad CEO 兼聯合創始人 Oren Milstein 告訴 Space.com，「如果能夠大幅降低這部分風險，個人輻射防護裝備對於未來的月球和火星任務可能尤其重要。」

在輻射防護方面，鉛非常擅長阻擋 X 射線和伽馬射線等有害輻射。不過，對於那些能夠高速穿越太空、並對人體造成傷害的高能粒子，鉛的防護效果反而沒有那麼理想。

例如，當高速高能電子，也就是所謂的 β 粒子撞擊高密度的鉛原子時，可能引發一連串 X 射線，而這些 X 射線造成的傷害甚至可能超過 β 粒子本身。如果中子撞擊鉛原子，還可能從原子核中撞出大量中子，從而進一步加劇輻射影響。

AstroRad 採用的則是一種富含氫元素的高密度塑料。在各種元素中，氫原子單位原子擁有最高的電子密度，這有助於形成緻密的屏障，阻擋進入人體的高能粒子。同時，普通氫原子不含中子，因此當中子撞擊氫原子時，也不會產生類似撞擊鉛原子後出現的危險中子噴流。

此外，AstroRad 所使用的塑料重量遠低於鉛，因此更適合用於製作可以穿戴的防護裝備，也更加符合太空任務對重量的嚴格要求。

研究人員將數千根六邊形硬質塑料棒像魚鱗一樣組合在一起，製成了一種柔性防護服裝。每件背心的重量約為 57 磅，也就是 26 千克。

研究人員之所以選擇製作背心，而不是覆蓋全身的防護服或頭盔，是因為「不同器官和組織對輻射的敏感程度存在很大差異，因此對身體各個部位採用完全相同的屏蔽強度，並不是最有效的方法」。研究共同作者、StemRad 太空探索首席科學家 Jordan Houri 告訴 Space.com，「與此同時，全身防護服也會更加難以穿戴和活動。」

AstroRad 背心不同部位的屏蔽厚度，是根據其下方器官對輻射的敏感程度設計的。Houri 表示，與將相同數量的屏蔽材料均勻分佈在全身相比，這種針對不同器官進行重點防護的策略，可以額外降低約 30% 的人體輻射劑量。

研究人員在 2022 年底 NASA 無人駕駛「阿爾忒彌斯 1 號」月球任務期間測試了這款背心。他們使用了兩個極其複雜的人體模型，也就是所謂的「人體仿真體」。

這些人造軀幹由密度與人體組織、骨骼和器官相近的塑料製成，並且每個模型內外都安裝了超過 5,600 個輻射傳感器。

兩個仿真體均按照成年女性設計，因為此前研究發現，女性的乳房和卵巢尤其容易受到輻射損傷。

「預計女性面臨輻射誘發癌症的風險更高。」Milstein 表示，「針對性輻射屏蔽有助於縮小男女宇航員之間的這種風險差距。」

由於兩個仿真體模擬的是女性，因此研究人員也為它們取了女性名字：Zohar 和 Helga。

「Helga 是由德國航空航天中心提供的，這是一個傳統的德國名字。」Milstein 說，「Zohar 則由以色列航天局提供，並通過一項面向公衆的活動選出了這個名字。Zohar 是一個傳統的希伯來語名字，意思是‘光輝’，我們認為這個名字特別合適。」

Zohar 和 Helga 都乘坐 NASA 的「獵戶座」飛船飛行。Zohar 穿着 AstroRad 防護背心，而 Helga 沒有穿。

儘管「獵戶座」飛船在為期 26 天的月球軌道往返任務中沒有遭遇明顯的太陽爆發，但研究人員可以根據兩個仿真體穿越環繞地球的內範艾倫輻射帶時所受到的輻射劑量，推算宇航員在太陽爆發期間可能遭遇的太陽輻射。

研究人員分析過去發生的太陽粒子事件後發現，AstroRad 背心可以顯著降低人體受到的輻射劑量。例如，對於 1972 年 8 月發生的一次太陽粒子事件，背心可以將輻射劑量降低近 60%。

「我們最初預計降低幅度會接近 45%，所以第一次看到這個結果時，我們還以為必須回去檢查是不是哪裏出了錯誤。」Houri 說，「但詳細分析最終表明，AstroRad 針對最容易受到輻射傷害的器官和組織進行重點防護的方法，比我們此前預測的效果還要好。」

這樣的輻射劑量降低幅度，相當於可以讓宇航員免受相當於最多 193 天深空輻射暴露的影響。

「最重要的意義在於，AstroRad 有望幫助解決限制人類長期開展地外探索的一項主要健康挑戰。」Milstein 表示。

不過，宇航員並不會在整個任務期間一直穿着 AstroRad。Houri 表示：「AstroRad 最初是作為應對太陽粒子事件的緊急措施開發的，因此宇航員只會在輻射水平升高時穿戴它，通常持續幾個小時或幾天。」

不過，Milstein 表示：「雖然宇航員不需要在整個任務期間一直穿着它，但我們設計這款背心時考慮到了連續穿戴數小時的需求。」在國際空間站進行背心測試期間，「甚至有幾名宇航員穿着它睡覺。」

Houri 表示，AstroRad 背心提供的輻射防護水平，與「獵戶座」飛船內部的防輻射避難艙大致相當，但宇航員穿着背心後可以離開避難艙，繼續執行關鍵任務。

「AstroRad 可以單獨使用，也可以與避難艙配合使用。但它的一大優勢在於，宇航員可以在機艙內自由活動、執行必要任務的同時繼續獲得輻射防護，而不必始終待在避難艙內。」

目前，研究人員正在進一步研究，能否利用航天器上的材料直接在太空中製造輻射屏蔽材料。

例如，Milstein 表示，他們與美國佛羅里達州航空航天公司 Redwire 合作，「已經證明可以在國際空間站上利用回收的聚乙烯，通過 3D 打印製造 AstroRad 的部分組件」。