我国载人登月，有个大问题必须要解决，那就是著名的“范艾伦辐射带”，飞船穿越它的时候，航天员身体可能受到致命的辐射伤害。
范艾伦辐射带（红色）
当年“阿波罗”飞船是怎么飞过去的，我国登月飞船又将如何穿越这道“地球封锁线”，本文2700字，给大家彻底讲清楚。
1958年1月31日，美国第一颗卫星“探险者一号”升空，飞到800公里高度的时候，卫星搭载的盖革计数器读数突然变成了0。
（探险者一号卫星等比模型）
（美国火箭之父冯布劳恩与探险者一号卫星）
当大家困惑的时候，美国科学家范艾伦敏锐地意识到，不是太空中没有辐射，而是辐射强度突然暴增，直接让仪器溢出失灵。
很快，美国苏联后来的卫星数据证实，地球居然有一个巨大的“能量罩”！
（内层主要是高能质子，外层是高能电子）
因为太阳风的辐射粒子，被地球磁场偏转之后，在距离地表640公里到58000公里的空间，形成了内外两层环状的辐射圈，含有几十兆电子伏特的高能质子和电子，粒子辐射强度远远超过其他近地空间。
中国空间站运行高度是400公里，几乎不会受到“范艾伦辐射带”的影响，但是月球距地表380000公里，我国登月飞船必须突破这道“封锁线”，才能飞到月球。然而“范艾伦辐射带”对人体的危害有多大，在“阿波罗”登月之前，确实有一定争议。
1963年，钱学森在《星际航行概论》中明确指出，人体每天能够承受的各种辐射总剂量是0.05rem（雷姆），这个单位叫做“生物当量伦”，0.05是一个正常人身体每天能够自然修复的辐射伤害上限，超过了就会损害健康。
（书中关于宇宙辐射的分析）
在这个基础上，NASA为航天员和核电站人员设定的标准是：每年受辐射不超过5rem（记住这个数字后面要考），平均每天0.0137rem,是符合钱老制定的标准的。人体有多抗揍现在知道了，那接下来就要看“范艾伦辐射带”的拳头有多硬了。
从1958年到1968年，美国和苏联发射了三十多个月球探测器，其中大部分都成功飞越了“范艾伦辐射带”，有几个还成功在月球软着陆，取得了大量成果。
（勘测者3号。在阿波罗登月之前，有多个探测器成功软着陆）
当时数据表明，这条辐射带的带电质子的最大动能，可以达到100MeV，是宇宙空间辐射的一万倍，如果不做任何保护，确实可能会对人体造成损害。
但是有一句话叫做，“抛开剂量谈毒性，都是耍流氓”，抛开剂量来谈辐射，也是不科学的。辐射的剂量，不仅跟辐射强度成正比，也跟被辐射照射的时间成正比。
（我手上就有这本书）
钱学森在《星际航行概论》中提出，“范艾伦辐射带”分为内外两层，外层辐射带的强度比内层小得多，电子能量只有1MeV,对于这种强度的辐射，直接利用飞船本身的金属外壳就足以抵挡。
（钱学森对“范艾伦辐射带”的分析思路）
但是内层辐射带强度高得多，飞船如果要硬扛，必须加装1厘米厚的铅板，重量代价是不可接受的。
对此，钱学森早在1963年也提出了解决办法，内辐射带虽然强度高，但是范围小，主要在赤道面上，就像是套住地球的一个甜甜圈圆环；飞船只要绕开内辐射带，从地球的两极飞出去，就可以避免辐射影响。
绕开内辐射带
美国和苏联探测器的进一步数据表明，内层辐射带内部也不是“铁板一块”，而是有很多辐射薄弱区，只要高速穿过这些薄弱区，不做停留，航天员受到的辐射总量就会比较少，就不会明显伤害身体。
这就是登月飞船对抗“范艾伦辐射带”的整体办法，找薄弱区、高速穿过，再加上飞船内部的防辐射材料。这就是“阿波罗”飞船的飞行方案，是苏联载人登月飞船的飞行方案，也是未来我国“揽月”飞船的飞行方案。
（地月转移轨道）
历史上，除了“阿波罗14号”是直接穿过了内层辐射带的中心，另外几艘“阿波罗”飞船完全绕过了内层辐射带，从外辐射带的薄弱区域高速穿过。整个登月任务时间是8到12天，航天员接受到的辐射总量最高记录为11.4毫戈瑞，相当于1.14rem，明显小于前面提到的、5rem的年度总量，登月航天员没有出现健康问题。
至此，“范艾伦辐射带”再也不是困住人类的枷锁。
（中国新一代飞船防辐射结构有所改进）
对比一下中国空间站，虽然不受“范艾伦辐射带”影响，但是依然有宇宙辐射24小时不断照射。通过舱壁防护作用，空间站内部辐射剂量比舱外低1-2个数量级，但是半年飞行下来，神舟飞船乘组受到的辐射依然比咱们普通人高不少。
这就是神舟飞船每次空间站任务只持续6个月的重要原因之一，不是说不能飞更久，而是要考虑辐射累计伤害。
总结一下就是，空间站航天员受到的宇宙辐射相对较小，但是长时间飞行会累积伤害；登月航天员受到的辐射强度确实大得多，所以登月任务要控制在十天半个月左右。
（出舱行走）
随着技术发展，人类对“范艾伦辐射带”的认知还在进一步完善。2012年8月30日，美国发射了两颗专门用于“范艾伦辐射带”探测的卫星，迅速找到了第三条辐射带，取得了重大研究成果。
我国在该领域也快速跟上了，大家可能不知道，“风云”系列卫星不止是观测地面天气，也可以探测“范艾伦辐射带”，比如“风云三号B”等多颗卫星都携带了高能粒子探测器，取得了大量研究成果，辐射数据可以直接应用于将来的载人登月工程。
（风云三号B卫星的研究成果）
这里再补充一句，马斯克说十年之内要实现火星移民，最大的困难也是辐射问题；因为地球飞火星要大半年，路上受宇宙射线剂量是每天0.18rem，远远超过钱学森提出的标准（每天0.05rem）。
（火星表面辐射强度）
火星也没有磁场保护，火星表面辐射剂量是每天0.067rem，也超过了钱学森的标准。如果不解决长期辐射保护的问题，航天员去一趟火星再回来，身体可能就垮了。
但是如果不载人，那问题就好办多了。地球同步卫星轨道高度是36500公里，完全处于“范艾伦辐射带”之内，因此同步卫星的电路板、芯片都必须经过“辐射硬化”，也就是用铝、铅等材料做成保护壳。著名的“哈勃”太空望远镜穿过这个区域时，也必须关闭一部分观测设备，防止受到辐射损害。
同样，我国嫦娥五号六号登月，上面的仪器也经过了“辐射硬化”，关键芯片都是多重备份的，飞行路线也是只需要4天就能飞到月球的快速转移轨道，这样就可以基本避免辐射损害。
凡事都有两面性，“范艾伦辐射带”也有很多好处。首先我们要感谢地磁场的保护，把致命的太阳粒子辐射几乎都偏转到了地球两极，虽然由此形成的辐射带，给人类飞出地球造成了一些麻烦，但是至少保护了地球上的生命不受宇宙辐射伤害。
既是枷锁，也是摇篮。
其次，辐射带之内的带电粒子非常复杂多变，可能藏有很多宇宙奥秘，这种特殊环境也是地面模拟不出来的，所以未来很适合高能天文和粒子物理研究。最新研究显示，“范艾伦辐射带”还集中吸收了来自宇宙空间的反物质粒子，就像是一个“反物质容器”。
（地磁场就像一个天然的粒子加速器）
更神奇的是，放眼整个太阳系，地球磁场对反物质粒子的收集效率可能是最高的，比木星土星还高。如果未来人类能利用好“地球服务器赠送”的这些反质子，就可能造出利用正反物质湮灭能量的“反物质发动机”。Big刘在《三体》中就提到过，三体舰队飞船就是利用这种反物质发动机来推进的。
说到底，“范艾伦辐射带”不是什么铜墙铁壁，人类航天的所有重大理论基础，都在100年前搞定了，剩下的都等待工程应用一点点突破罢了。登月只是星际航行的第一步，期待我国航天早日飞向星际！
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