О проекте "Матрешка-Р"

«Матрешка» на МКС – шар диаметром 35 см и весом около 30 кг – сделана из уникального материала, по химическому составу близкого к человеческому телу.

Много лет назад перед лабораторией индивидуальной дозиметрии была поставлена задача измерить индивидуальные дозы радиации, которые получает человек на самом верху – на международной космической станции, и в самом низу – в подлодках. На МКС, каждый космонавт станции носит индивидуальный дозиметр только в одном месте – в кармане на груди, это дает только общую картину облучения. Различные источники радиации в космическом полете приводят к неравномерному облучению тела человека и его органов. Для этого международной комиссией по радиационной защите было предложено использовать эффективную эквивалентную дозу, определяемую исходя из значений доз в различных критических органах человека. Поэтому для того, чтобы узнать, какое облучение ждет космонавта в космосе, например, при полете на Марс, было принято решение изготовить и отправить туда фантом, моделирующий тело человека, что позволит получить наиболее точные данные для оценки радиационной нагрузки в условиях длительных полетов. По глубине этого фантома вмонтированы детекторы, которые расположены в тех точках, где находятся критические органы человека. С помощью этих измерений для космонавтов выработаны рекомендации, в каких отсеках станции лучше находиться в периоды солнечной активности или каким боком поворачиваться, то есть, как лучше избежать критической нагрузки.

Также следует обратить внимание руководства к этой работе. Среди

руководителей, активно содействовавших реализации проекта, Дмитрий Бучинский, Сергей Чебышов, Владимир Лукашов. Научным руководителем работы являлся доктор технических наук, профессор Борис Поленов. ОАО «СНИИП» сотрудничали с Российским химико-технологическим институтом им. Д.И. Менделеева, который разработал материал, из которого изготовлена основа прибора. В ОАО «СНИИП» научились этот материал обрабатывать и делать в нём отверстия для пеналов с детекторами. Изделие оснащается детекторами ДТГ-4, которые выпускает ангарский электрохимический завод, и трековыми детекторами.

Также, предусмотрели каналы для размещения прямопоказывающих приборов, в которых используются детекторы из различных стран, участвовавших в эксперименте «Матрешки» (Канада, Япония и др.).

Российский фантом долго не мог найти свое место на МКС: его катали по всем тренировочным модулям в центре подготовки космонавтов. И в результате один из членов экипажа МКС согласился разделить с «Матрешкой» свою каюту. Он поместил фантом в свой спальный отсек. При согласовании месторасположения он сам предложил: «ну давай ко мне «под кровать поставим». Впоследствии, фантом находился и в других местах российского отсека, а в последнее время – и в японском отсеке "Кибо".

Исследования на борту космических аппаратов с тканеэквивалентными фантомами представляют огромный интерес. В настоящее время проводится разработка модифицированных комплектов пассивных и активных детекторов для обеспечения радиационной безопасности будущих экспедиций на МКС.
Результаты эксперимента приобретают особенное значение в связи со значительной длительностью будущих экспедиций, участием одного и того же космонавта в нескольких экспедициях и планируемых проектах полета человека на Луну и Марс.

Первоначально шаровой фантом был установлен в Служебном модуле МКС, затем в модулях СО-1, МИМ-2, МИМ-1 российского сегмента МКС, а в настоящее время по просьбе японских специалистов – в модуле «Кибо» для проведения совместного эксперимента «Матрешка-PADLES». Полная продолжительность экспонирования детекторов на данный момент составляет более 2000 дней в течение 9 экспериментальных сессий.
На сегодняшний момент можно говорить о том, что тканеэквивалентные сферический и антропоморфный фантомы доказали свою применимость для измерения в условиях космического полета доз в критических органах, а также эффективной дозы ионизирующего космического излучения. Такие фантомы-свидетели могут быть рекомендованы для непрерывного мониторинга распределения доз в теле космонавтов будущих космических полетов. Методика измерения доз космического излучения, реализованная в японских «PADLES»-детекторах, также успешно освоена и будет внедрена в практику пилотируемых полетов в качестве штатных средств при осуществлении индивидуального дозиметрического контроля российских космонавтов на МКС, а также для экипажей перспективных транспортных кораблей нового поколения.

Над проектом работало большое количество людей. В институте это были специалисты отдела, который тогда возглавлял Виктор Кашкин. Физики, конструктора (Владимир Еременко, Иван Карцев, заместитель главного конструктора темы «Глобус»), химики, технологи (Валерий Юдин, Алексей Никоноров), испытательный центр (Павел Габровский), метрологический центр (Игорь Мысев); изготавливалось изделие на опытно-экспериментальном производстве (Сергей Дробышев, Виталий Сериков).

Проводились государственные испытания с привлечением заказчиков – Института медико-биологических проблем и НПО «Энергия».

Очень важно, чтобы конструкция выдерживала процесс запуска. А конструкция «матрешки» обеспечивает надежность как при эксплуатации, так и при доставке на МКС, где достаточно жесткие условия. На самой станции, конечно, достаточно тихо и мирно, но при доставке туда от сильной тряски любой прибор может развалиться на части. Отдельные требования есть к материалам, ведь надо, чтобы он держал температуру, и, в случае экстремальной ситуации, оставался внутри оплавленным, а не разлетелся кусочками.

Фантом располагается в чехле из специальной ткани, которая защищает его от внешнего воздействия и обеспечивает надежность. Особенность фантома в том, что специалистам удалось исключить азот, благодаря чему прибор можно размещать непосредственно там, где находится экипаж.

Исследование по изучению распределения доз радиации в теле космонавта осуществляется с 2011 года в рамках совместного российско-японского эксперимента «Матрешка-PADLES». Эксперимент проводится в японском модуле «Кибо» в различных фазах цикла солнечной активности с помощью оснащенного пассивными интегрирующими детекторами российского шарового тканеэквивалентного фантома «Матрешка-Р», имитирующего тело космонавта, и набора из 17 японских пассивных детекторов «PADLES», размещенных в различных точках модуля.