با افزایش ارتفاع پرواز، هواپیماها و سرنشینان آنها در معرض سطوح بالاتری از تشعشع قرار می‌گیرند. این تابش که شامل پرتوهای خورشیدی، کهکشانی و کیهانی می‌شود، می‌تواند اثرات نامطلوبی بر سلامت انسان و عملکرد تجهیزات الکترونیکی هواپیما داشته باشد. در این راستا، درک عمیق از ماهیت و اثرات این تشعشعات برای تضمین ایمنی پرواز و سلامت مسافران و خدمه ضروری است. مطالعات علمی نشان داده‌اند پرتوهای یونیزان یا تابش‌های یون‌ساز (تابشی که به اندازه کافی انرژی دارد تا الکترون‌ها را از اتم یا مولکول جدا کند) می‌توانند خطر ابتلا به سرطان، بیماری‌های قلبی و سایر مشکلات سلامتی را افزایش دهند. حتی در شرایط حاد، جهش‌های ژنتیکی و اثرات سلولی - ملکولی ناشی از پرتوهای یونیزان می‌توانند آسیب‌هایی را در ساختار  ژنتیکی و DNA فرد ایجاد کنند که تاثیرات خود را در نسل‌های بعدی بروز می‌دهند. علاوه بر این، چنین پرتوهایی قادر هستند بر عملکرد تجهیزات الکترونیکی حساسی مانند سیستم‌های ناوبری و ارتباطی، تاثیر منفی بگذارند. برای مقابله با این چالش‌ها، سازمان‌های بین‌المللی و ملی مرتبط، تدابیر و دستورالعمل‌هایی را برای به حداقل رساندن و کنترل خطرات ناشی از تشعشع در هوانوردی تدوین و ابلاغ کرده‌اند. این تدابیر شامل محدود کردن زمان پرواز در ارتفاعات بالا، استفاده از مواد محافظ در ساختار هواپیما و تجهیزات حفاظتی برای خدمه و مسافران می‌شود. در این گزارش، به بررسی اثرات پرتوهای خورشیدی، کهکشانی و کیهانی بر مسافران، خدمه پرواز و هواپیما در ارتفاعات بالا می‌پردازیم.

به گزارش ماهنامه ترابران، تابش‌ها یا تشعشعات، به‌عنوان نوعی انرژی، در قالب امواج با فرکانس‌ها و سطوح انرژی مختلف در محیط منتشر می‌شوند. این امواج را می‌توان به دو دسته کلی یونیزان و غیریونیزان تقسیم کرد. هر دسته از این امواج دارای ویژگی‌ها و اثرات متفاوتی بر ماده و موجودات زنده است.

تابش‌های غیریونیزان در طیف پایین الکترومغناطیس شامل امواج رادیویی، مایکروویو، مادون‌قرمز، نور مرئی و بخش پایینی امواج فرابنفش قرار دارند و با فرکانس‌ها و انرژی‌های پایین، ضرری برای انسان نخواهند داشت، اما در مقابل، تشعشعاتی که شامل اشعه ایکس، گاما و بخش بالایی امواج فرابنفش می‌شوند، دارای فرکانس‌ها و انرژی‌های بالا بوده و به حدی قوی هستند که می‌توانند الکترون‌ها را از اتم‌ها جدا کنند و اثرات مخربی بر روی سلول‌های زنده داشته باشند.

تابش‌های یونیزان در صورت تماس با بدن، می‌توانند ساختار مولکولی سلول‌ها و بافت‌های بدن را تغییر داده و منجر به بروز اختلالات خطرناک و تهدیدکننده زندگی شوند. ضمناً این نوع تابش‌ها می‌توانند بر عملکرد تجهیزات ناوبری و ارتباطی هواپیما نیز تاثیر منفی بگذارند.

اثر تابش بر ارتفاع و عرض جغرافیایی

اکثر منابع تابشی روی زمین غیریونیزان هستند و حتی آنهایی که یونیزان هستند، مقدار بسیار کمی اشعه غیرمضر ساطع می‌کنند. با این حال، خدمه و مسافران پرواز در ارتفاعات بالای 9144 متر (30000 فوت) در معرض تشعشع خورشیدی و تابش کهکشانی یا کیهانی نیز قرار می‌گیرند که انواع دیگری از اشعه یا تابش یونیزان هستند. حتی در ارتفاع 10668 متر (35000 فوت) بالای سطح زمین، سطح تابش ممکن است تا 10 برابر بیشتر از سطح دریا باشد. سپر مغناطیسی زمین که از انسان و موجودات زنده در برابر تابش خورشیدی محافظت می‌کند، در خط استوا قوی‌ترین حالت خود را دارد و با افزایش عرض جغرافیایی ضعیف‌تر می‌شود و در قطب‌ها به ضعیف‌ترین حالت خود می‌رسد. به همین دلیل، اثرات مخرب تشعشع نیز با افزایش عرض جغرافیایی بدتر می‌شود.

سازمان ملل متحد در سال 2000 در گزارشی اعلام کرد که کار در یک شرکت هواپیمایی به دلیل قرار گرفتن در معرض تشعشع، شغلی پرخطرتر از کار در یک نیروگاه هسته‌ای است. به این ترتیب، پرواز در ارتفاعات بالا، نه‌تنها برای مسافران و خدمه پرواز، بلکه برای سیستم‌ها و تجهیزات هواپیما نیز به دلیل قرارگیری در معرض اشعه خطرناک است. در ادامه به بررسی جزئیات این خطرات می‌پردازیم.

1- مخاطرات انسانی پرواز در ارتفاع بالا

سازمان بهداشت جهانی و آژانس بین‌المللی تحقیقات سرطان (IARC) هشدار می‌دهند که قرارگیری در معرض اشعه یونیزان که در پروازهای ارتفاع بالا به دلیل تابش کیهانی و خورشید افزایش می‌یابد، می‌تواند پیامدهای جدی برای سلامتی انسان به همراه داشته باشد. احتمال مرگ بر اثر سرطان در ایالات متحده برای هر 1000 نفر 200 نفر است، اما این آمار برای خدمه پرواز که به‌طور مداوم در معرض تشعشع در ارتفاعات بالا قرار دارند، به‌طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. مطالعات نشان می‌دهد که خطر مرگ بر اثر سرطان برای این افراد پس از 20 سال پرواز در ارتفاع بالا به 225 نفر در هر 1000 نفر می‌رسد.

تحقیقات انجام شده توسط موسسه ملی سلامت ایالات متحده (NLM) و آژانس حفاظت در برابر تابش و هسته‌ای استرالیا (ARPANSA) نشان می‌دهد که خلبانان و خدمه کابین هواپیما تقریباً دو برابر جمعیت عادی در معرض خطر ابتلا به ملانوما و سایر سرطان‌های پوست قرار دارند. علاوه بر این، خطر مرگ بر اثر ملانوما در خلبانان بیشتر از سایر افراد است.

2- خطرات تابش کیهانی بر سیستم‌های الکترونیکی هواپیما

اشعه کیهانی می‌تواند با ایجاد خطاهای نرم در دستگاه‌های نیمه‌رسانا که سیستم‌های الکترونیکی هواپیما را تشکیل می‌دهند، بر عملکرد آنها تاثیر منفی بگذارد. این خطاها می‌توانند بیت‌های دیجیتال را معکوس کرده و سیگنال‌های نامطلوبی برای هدایت و کنترل هواپیما ایجاد کنند.

تابش کیهانی ذرات پرانرژی هستند که از فضا به زمین می‌رسند. این ذرات می‌توانند به‌طور مستقیم به زمین برخورد کنند یا از طریق جو زمین عبور کنند. در ارتفاعات بالا، لایه ازن که بخش عمده‌ای از اشعه ماوراء بنفش مضر خورشید را جذب می‌کند، نازک‌تر می‌شودو به همین دلیل، هواپیماها در معرض تابش کیهانی بیشتری قرار می‌گیرند.

نمونه‌ای از سانحه هوایی ناشی از تابش کیهانی: در تاریخ 7 اکتبر 2008، پرواز 72 شرکت هواپیمایی کانتاس (QF) به دلیل یک سانحه هوایی در حین پرواز، مجبور به فرود اضطراری در فرودگاه لیرمانت در نزدیکی شهر اکزماوث در غرب استرالیا شد.

این سانحه شامل دو مانور ناگهانی و غیرقابل کنترل شیرجه بود که به چندین مسافر و خدمه پرواز، صدمات شدیدی از جمله شکستگی، پارگی و آسیب نخاعی وارد کرد، اما نکته اینجاست که تحقیقات نشان داد که این سانحه به احتمال زیاد ناشی از تابش کیهانی بوده است، چراکه تابش کیهانی می‌تواند با ایجاد خطا در سیستم‌های الکترونیکی هواپیما، بر عملکرد آنها تاثیر منفی داشته باشد. در این مورد نیز تابش کیهانی به احتمال زیاد باعث ارسال سیگنال‌های اشتباه به سیستم کنترل هواپیما شده و منجر به دو مانور ناگهانی شیرجه شده بود. در واقع، اگرچه در ابتدا عوامل مختلفی مانند نقص نرم‌افزاری، عیوب سخت‌افزاری و تداخل الکترومغناطیسی به‌عنوان علل احتمالی سانحه هوایی کانتاس مطرح شد، اما بعداً مشخص شد که احتمال دخالت این عوامل بسیار کم بوده و با وجود عدم دستیابی به یک نتیجه قطعی، سناریوی محتمل‌تر این است که یک ضعف جزئی در سخت‌افزار، سیستم‌های الکترونیکی هواپیما را در برابر عوامل محیطی آسیب‌پذیر کرده و منجر به بروز نقص فنی شده باشد.

این سانحه نمایانگر خطرات بالقوه تابش کیهانی برای صنعت هوانوردی بود و ثابت کرد که با افزایش تعداد پروازها در ارتفاعات بالا، خطر بروز چنین حوادثی نیز افزایش می‌یابد؛ به همین دلیل، صنعت هوانوردی باید اقدامات پیشگیرانه مناسب را برای محافظت از هواپیماها در برابر تابش کیهانی انجام دهد.

تاثیر پرتوهای خورشیدی بر ارتباطات رادیویی فرکانس بالا

ارتباطات رادیویی فرکانس بالا می‌تواند تحت تاثیر تابش خورشیدی مختل یا حتی به‌طور کامل قطع شود. یونیزه شدن لایه‌های بالایی جو زمین (یونوسفر) که امواج رادیویی کوتاه برد را جذب می‌کند، زمانی افزایش می‌یابد که پرتوهای ایکس ناشی از فوران‌های خورشیدی بدون انحراف وارد مغناطیس‌کره زمین شده و به سمت نیم‌کره رو به خورشید زمین برسند. به این ترتیب، ارتباطات رادیویی با فرکانس بالا (HF) به‌شدت تحت تاثیر تابش خورشیدی قرار می‌گیرند.

هنگامی که پرتوهای ایکس ناشی از فوران‌های خورشیدی به سمت زمین ساطع می‌شوند، بدون انحراف وارد مغناطیس‌کره زمین شده و به نیمکره رو به خورشید می‌رسند. این امر منجر به افزایش یونیزاسیون در لایه‌های بالایی جو زمین (یونوسفر) می‌شود و از آنجا که یونوسفر، لایه‌ای از جو است که امواج رادیویی کوتاه‌برد را جذب می‌کند، افزایش یونیزاسیون در یونوسفر، قدرت جذب امواج رادیویی HF را افزایش می‌دهد و در نتیجه، این امواج می‌توانند مسافت‌های کوتاه‌تری را طی کنند یا به‌طور کامل قطع شوند.

به همین دلیل، این پدیده می‌تواند برای ارتباطات رادیویی در هوانوردی، ناوبری دریایی و سایر کاربردهای HF، مشکلاتی را به وجود آورد. یک نمونه از چنین اختلالاتی در اثر طوفان‌های خورشیدی اکتبر و نوامبر 2003 رخ داد. این طوفان‌ها شامل بزرگ‌ترین فوران خورشیدی ثبت‌شده بودند و منجر به اختلالات گسترده و در نهایت قطع کامل ارتباطات رادیویی فرکانس بالا (HF) با هواپیماها برای چندین ساعت شد.

گفتنی است که کمیسیون بین‌المللی حفاظت رادیولوژیکی در برابر اشعه (ICRP) به‌عنوان نهاد اصلی بین‌المللی مسئول حفاظت در برابر تشعشعات، استانداردهای جهانی را برای قرارگیری افراد در معرض تابش یونیزان تعیین می‌کند و در حال حاضر، حد مجاز دُز موثر برای هر فرد را 20 میلی‌سیورت (mSv) در نظر گرفته است. دُز موثر، معیاری برای سنجش اثرات مخرب تشعشعات بر سلامت انسان است که با در نظر گرفتن نوع و انرژی تابش و همچنین حساسیت بافت‌های مختلف بدن محاسبه می‌شود.

نکته قابل ذکر دیگر آن است که این حد مجاز در بازه‌های پنج‌ساله (100 میلی‌سیورت در 5 سال) میانگین‌گیری می‌شود؛ به این معنی که اگر فردی در طول پنج سال در معرض تابش یونیزان بیشتری قرار گیرد، باید در سال‌های دیگر دُز کمتری دریافت کند تا میانگین دُز موثر سالانه او از 20 میلی‌سیورت تجاوز نکند. علاوه بر این، ICRP محدودیت دیگری نیز برای دُز موثر سالانه در نظر گرفته است که طبق آن دُز موثر نباید در هیچ سالی از 50 میلی‌سیورت بیشتر شود.

در عین حال، ICRP حد مجاز سالانه 1 میلی‌سیورت (mSv) را برای عموم مردم (مسافران) تعیین کرده است؛ ضمن اینکه، با توجه به نکات گفته شده، با توجه به حساسیت جنین در حال رشد به اثرات مخرب تشعشعات، کمیسیون بین‌المللی حفاظت رادیولوژیکی در برابر اشعه (ICRP) استانداردهای خاصی را برای قرارگیری زنان باردار در معرض این تابش ارائه می‌دهد. دُز توصیه شده برای خدمه پرواز باردار از زمان محرز شدن بارداری تا زایمان 1 میلی‌سیورت (mSv) است که به‌عنوان حداقل دُزی در نظر گرفته می‌شود که زنان باردار باید برای محافظت از جنین خود در معرض آن قرار بگیرند. اما حداکثر دُز مجاز ماهانه برای زنان باردار 5/0 میلی‌سیورت (mSv) است که زنان باردار در هر ماه می‌توانند بدون خطر قابل توجه برای سلامتی جنین در معرض آن قرار بگیرند.

مطالعات و بررسی‌های موسسه ملی ایمنی و بهداشت شغلی (NIOSH) نشان می‌دهد که خطر سقط جنین در زنانی که در سه ماهه اول بارداری در معرض حداقل 36/0 میلی‌سیورت (mSv) تابش کیهانی قرار می‌گیرند، افزایش می‌یابد. مقررات صدور گواهینامه پرسنل (قسمت 138) نیز به‌منظور محافظت از زنان باردار خلبان و خدمه کابین در برابر اثرات قرارگیری در معرض تابش و سایر عوامل، پرواز آنها را از زمان تایید بارداری تا پایان هفته 12 بارداری و همچنین از پایان هفته 26 بارداری تا زایمان ممنوع می‌کند.

با توجه به این نکات، شرکت‌های هواپیمایی در هنگام دریافت هشدار تشعشع خورشیدی (در سطح متوسط، قوی و شدید) که نشان‌دهنده تشعشع 20 میکروسیورت در ساعت یا بیشتر است، باید مسیر و ارتفاع پرواز خود را برای کاهش قرارگیری در معرض تشعشعات تغییر دهند.

لازم به ذکر است، هشدار تابش خورشیدی به صورت جهانی ارسال می‌شود و شامل پیامی با برآورد سطوح تابش در ارتفاعات 20000 تا 80000 فوت (6096 تا 24384 متر) در عرض‌های جغرافیایی خاص است.

علاوه بر این، افراد می‌توانند با استفاده از برنامه کامپیوتری قابل دانلود به نام CARI-6 یا CARI-6M که توسط موسسه پزشکی هوافضای غیرنظامی اداره هوانوردی فدرال ایالات متحده (FAA) توسعه یافته است، دُز موثر تابش یونیزان دریافتی در هر پرواز را محاسبه کنند. طبق ضمیمه 6، بند 6.12 سازمان ایکائو، تمام هواپیماهایی که برای پرواز در ارتفاع بیش از 15000 متر (49000 فوت) طراحی شده‌اند، باید به فناوری مجهز باشند تا بتوانند نرخ دُز و دُز تجمعی کل تابش کیهانی دریافتی در هر پرواز را به‌طور مداوم رصد و نمایش دهند. علاوه بر این، طبق مقررات 4.2.11.5 ضمیمه 6 ایکائو، اپراتور موظف است سوابق تمام پروازهای بیش از 15000 متر (49000 فوت) را برای محاسبه دُز تجمعی تابش کیهانی دریافتی هر عضو خدمه در طول دوره 12 ماهه، نگهداری کند.

توضیحات:

میکروسیورت (μSv): واحد اندازه‌گیری تشعشعات یا تابش یونیزان.

نرخ دُز: میزان تابش یونیزان دریافتی در واحد زمان

دُز تجمعی: کل تابش یونیزان دریافتی در یک دوره زمانی مشخص