Artemis I 飞行实测首次评估 AstroRad 可穿戴辐射防护背心

宇航员一旦离开低地球轨道，便失去地球大气与磁场的天然屏障，须直面成分复杂、随时空变化的空间辐射：太阳质子事件（SPE）难以提前数小时以上预测，但可被适量材料屏蔽有效削弱，而穿透力强的银河宇宙线（GCR）几乎无法靠屏蔽防御^[1]。以往的器官剂量认识主要来自近地轨道——国际空间站乘组约半年任务的平均有效剂量约为72 mSv^[2]，舱外MATROSHKA人体模型实验则显示自屏蔽使皮肤与深部器官剂量之比接近20^[6]；阿尔忒弥斯I号也已在猎户座内实测到不同屏蔽位置剂量率相差四倍、质子带穿越情形类似大型SPE^[3]。但在飞船质量约束下如何保护人体敏感器官，一直悬而未决。

这项研究依托2022年11月16日至12月11日无人绕月飞行中的MARE实验：两具相同的女性躯干模型里，Helga作无防护基线，Zohar穿着约26 kg的AstroRad背心，其高密度聚乙烯屏蔽芯由数千枚六角棒拼接成鳞片状结构，靶向红骨髓、结肠、肺、胃、乳腺与卵巢；体内与体表布设DLR M-42和NASA乘员主动剂量计（后者自2020年起用于ISS乘组监测）^[5]。因任务期间没有SPE发生，作者先用内范艾伦带穿越的实测数据检验GEANT4蒙特卡洛模型——未经任何标定即与实测高度吻合（相关系数0.974–0.993，全体探测器平均偏差−4.7%），再以1972年8月与1989年10月两次历史SPE能谱替换辐射场外推。结果显示：1972类事件中有效剂量可由222.3 mSv降至87.5 mSv（减60.7%），1989类事件由233.5 mSv降至143.6 mSv（减38.5%）；换用更真实的全身数字模型后降幅为58.2%与36.9%，而同等质量的均匀全身屏蔽服效果比靶向背心差约30%。

据论文所述，MARE是在空间人体模型中测量可穿戴屏蔽剂量沉积、也是在近地轨道之外绘制人体模型内剂量分布的第一个实验。未防护时各靶器官剂量悬殊，穿背心后明显趋同，佐证了屏蔽厚度与组织自屏蔽程度成反比的靶向设计；脑、眼等未被直接覆盖器官的剂量也略有下降。按NASA 600 mSv终身剂量限值折算，单次1972/1989类SPE分别约占未防护者限值的34.0%与36.5%，穿背心可降至14.2%与23.0%。无需标定的模拟即与实测吻合，也与此前从地球到火星的盲算模型能准确刻画复杂屏蔽下剂量率的结论相呼应^[4]。

不过，背心对SPE的防护效力全部来自模型外推而非真实事件实测；模型将飞船蒙皮简化为两种材料、忽略舱内非结构件，输入环境采用气候学的AE9/AP9模型且未计入方向性，而伴随研究表明方向性对剂量的影响不可忽略。加之背心只针对SPE，对慢性GCR背景无能为力^[1]，真实乘组在持续数日事件中的实际防护成效，仍有待后续载人任务检验。