با افزایش ارتفاع پرواز، هواپیماها و سرنشینان آنها در معرض سطوح بالاتری از تشعشع قرار می گیرند. این تابش که شامل پرتوهای خورشیدی، کهکشانی و کیهانی می شود، می تواند اثرات نامطلوبی بر سلامت انسان و عملکرد تجهیزات الکترونیکی هواپیما داشته باشد.

 به نقل از ترابران، 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 داده اند پرتوهای یونیزان یا تابش های یون ساز (تابشی که به اندازه کافی انرژی دارد تا الکترون ها را از اتم یا مولکول جدا کند) می توانند خطر ابتلا به سرطان، بیماری های قلبی و سایر مشکلات سلامتی را افزایش دهند. حتی در شرایط حاد، جهش های ژنتیکی و اثرات سلولی - ملکولی ناشی از پرتوهای یونیزان می توانند آسیب هایی را در ساختار  ژنتیکی و DNA فرد ایجاد کنند که تاثیرات خود را در نسل های بعدی بروز می دهند.

علاوه بر این، چنین پرتوهایی قادر هستند بر عملکرد تجهیزات الکترونیکی حساسی مانند سیستم های ناوبری و ارتباطی، تاثیر منفی بگذارند. برای مقابله با این چالش ها، سازمان های بین المللی و ملی مرتبط، تدابیر و دستورالعمل هایی را برای به حداقل رساندن و کنترل خطرات ناشی از تشعشع در هوانوردی تدوین و ابلاغ کرده اند. این تدابیر شامل محدود کردن زمان پرواز در ارتفاعات بالا، استفاده از مواد محافظ در ساختار هواپیما و تجهیزات حفاظتی برای خدمه و مسافران می شود. در این گزارش، به بررسی اثرات پرتوهای خورشیدی، کهکشانی و کیهانی بر مسافران، خدمه پرواز و هواپیما در ارتفاعات بالا می پردازیم.

تابش ها یا تشعشعات، به عنوان نوعی انرژی، در قالب امواج با فرکانس ها و سطوح انرژی مختلف در محیط منتشر می شوند. این امواج را می توان به دو دسته کلی یونیزان و غیریونیزان تقسیم کرد. هر دسته از این امواج دارای ویژگی ها و اثرات متفاوتی بر ماده و موجودات زنده است.

تابش های غیریونیزان در طیف پایین الکترومغناطیس شامل امواج رادیویی، مایکروویو، مادون قرمز، نور مرئی و بخش پایینی امواج فرابنفش قرار دارند و با فرکانس ها و انرژی های پایین، ضرری برای انسان نخواهند داشت، اما در مقابل، تشعشعاتی که شامل اشعه ایکس، گاما و بخش بالایی امواج فرابنفش می شوند، دارای فرکانس ها و انرژی های بالا بوده و به حدی قوی هستند که می توانند الکترون ها را از اتم ها جدا کنند و اثرات مخربی بر روی سلول های زنده داشته باشند.

تابش های یونیزان در صورت تماس با بدن، می توانند ساختار مولکولی سلول ها و بافت های بدن را تغییر داده و منجر به بروز اختلالات خطرناک و تهدیدکننده زندگی شوند. ضمناً این نوع تابش ها می توانند 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 می کنند. 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 می گیرند 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 می کند، در خط استوا قوی ترین حالت خود را دارد و با افزایش عرض جغرافیایی ضعیف تر می شود و در قطب ها به ضعیف ترین حالت خود می رسد. به همین دلیل، اثرات مخرب تشعشع نیز با افزایش عرض جغرافیایی بدتر می شود.

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 هسته ای است. به این ترتیب، پرواز در ارتفاعات بالا، نه تنها برای مسافران و خدمه پرواز، بلکه برای سیستم ها و تجهیزات هواپیما نیز به دلیل قرارگیری در معرض اشعه خطرناک است. در ادامه به بررسی جزئیات این خطرات می پردازیم.

1- مخاطرات انسانی پرواز در ارتفاع بالا

سازمان بهداشت جهانی و آژانس بین المللی تحقیقات سرطان (IARC) هشدار می دهند که قرارگیری در معرض اشعه یونیزان که در پروازهای ارتفاع بالا به دلیل تابش کیهانی و خورشید افزایش می یابد، می تواند 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 به طور مداوم در معرض تشعشع در ارتفاعات بالا قرار دارند، به طور قابل توجهی افزایش می یابد. مطالعات نشان می دهد که خطر مرگ بر اثر سرطان برای این افراد پس از 20 سال پرواز در ارتفاع بالا به 225 نفر در هر 1000 نفر می رسد.

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

2- خطرات تابش کیهانی بر سیستم های الکترونیکی هواپیما

اشعه کیهانی می تواند با ایجاد خطاهای نرم در دستگاه های نیمه رسانا که سیستم های الکترونیکی هواپیما را تشکیل می دهند، بر عملکرد آنها تاثیر منفی بگذارد. این خطاها می توانند بیت های دیجیتال را معکوس کرده و سیگنال های نامطلوبی برای هدایت و کنترل هواپیما ایجاد کنند.

تابش کیهانی ذرات پرانرژی هستند که از فضا به زمین می رسند. این ذرات می توانند به طور مستقیم به زمین برخورد کنند یا از طریق جو زمین عبور کنند. در ارتفاعات بالا، لایه ازن که بخش عمده ای از اشعه ماوراء بنفش مضر خورشید را جذب می کند، نازک تر می شودو به همین دلیل، هواپیماها در معرض تابش کیهانی بیشتری قرار می گیرند.

نمونه ای 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.

سازمان ملل 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 هسته ای است.  به این ترتیب، پرواز در ارتفاعات بالا، نه تنها برای مسافران و خدمه پرواز، بلکه برای سیستم ها و تجهیزات هواپیما نیز به دلیل قرارگیری در معرض اشعه خطرناک است

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 می تواند با ایجاد خطا در سیستم های الکترونیکی هواپیما، بر عملکرد آنها تاثیر منفی داشته باشد. در این مورد نیز تابش کیهانی به احتمال زیاد باعث ارسال سیگنال های اشتباه به سیستم کنترل هواپیما شده و منجر به دو مانور ناگهانی شیرجه شده بود. در واقع، اگرچه در ابتدا عوامل مختلفی مانند نقص نرم افزاری، عیوب سخت افزاری و تداخل الکترومغناطیسی به عنوان 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 محتمل تر این است که یک ضعف جزئی در سخت افزار، سیستم های الکترونیکی هواپیما را در برابر عوامل محیطی آسیب پذیر 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 می یابد؛ 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 می تواند تحت تاثیر تابش خورشیدی مختل یا حتی به طور کامل قطع شود. یونیزه شدن لایه های بالایی جو زمین (یونوسفر) که امواج رادیویی کوتاه برد را جذب می کند، زمانی افزایش می یابد که پرتوهای ایکس ناشی از فوران های خورشیدی بدون انحراف وارد مغناطیس کره زمین شده و به سمت نیم کره رو به خورشید زمین برسند. به این ترتیب، ارتباطات رادیویی با فرکانس بالا (HF) به شدت تحت تاثیر تابش خورشیدی قرار می گیرند.

هنگامی که پرتوهای ایکس ناشی از فوران های خورشیدی به سمت زمین ساطع می شوند، بدون انحراف وارد مغناطیس کره زمین شده و به نیمکره رو به خورشید می رسند. این امر منجر به افزایش یونیزاسیون در لایه های بالایی جو زمین (یونوسفر) می شود و از آنجا که یونوسفر، لایه ای از جو است که امواج رادیویی کوتاه برد را جذب می کند، افزایش یونیزاسیون در یونوسفر، قدرت جذب امواج رادیویی HF را افزایش می دهد و در نتیجه، این امواج می توانند مسافت های کوتاه تری را طی کنند یا به طور کامل قطع شوند.

به همین دلیل، این پدیده می تواند برای ارتباطات رادیویی در هوانوردی، ناوبری دریایی و سایر کاربردهای HF، مشکلاتی را به وجود آورد. یک نمونه از چنین اختلالاتی در اثر طوفان های خورشیدی اکتبر و نوامبر 2003 رخ داد. این طوفان ها شامل بزرگ ترین فوران خورشیدی ثبت شده بودند و منجر به اختلالات گسترده و در نهایت قطع کامل ارتباطات رادیویی فرکانس بالا (HF) با هواپیماها برای چندین ساعت شد.

خدمه و مسافران پرواز در ارتفاعات بالای 9144 متر (30000 فوت) در معرض تشعشع خورشیدی و تابش کهکشانی یا کیهانی قرار می گیرند 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

گفتنی است که کمیسیون بین المللی حفاظت رادیولوژیکی در برابر اشعه (ICRP) به عنوان نهاد اصلی بین المللی مسئول حفاظت در برابر تشعشعات، استانداردهای جهانی را برای قرارگیری افراد در معرض تابش یونیزان تعیین می کند و در حال حاضر، حد مجاز دُز موثر برای هر فرد را 20 میلی سیورت (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 بافت های مختلف بدن محاسبه می شود.

نکته قابل ذکر دیگر آن است که این حد مجاز در بازه های پنج ساله (100 میلی سیورت در 5 سال) میانگین گیری می شود؛ به این معنی که اگر فردی در طول پنج سال در معرض تابش یونیزان بیشتری قرار گیرد، باید در سال های دیگر دُز کمتری دریافت کند تا میانگین دُز موثر سالانه او از 20 میلی سیورت 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 میلی سیورت بیشتر شود.

در عین حال، ICRP حد مجاز سالانه 1 میلی سیورت (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 بین المللی حفاظت رادیولوژیکی در برابر اشعه (ICRP) استانداردهای خاصی را برای قرارگیری زنان باردار در معرض این تابش ارائه می دهد. دُز توصیه شده برای خدمه پرواز باردار از زمان محرز شدن بارداری تا زایمان 1 میلی سیورت (mSv) است که به عنوان حداقل دُزی در نظر گرفته می شود که زنان باردار باید برای محافظت از جنین خود در معرض آن قرار بگیرند. اما حداکثر دُز مجاز ماهانه برای زنان باردار 5/0 میلی سیورت (mSv) است که زنان باردار در هر ماه می توانند بدون خطر قابل توجه برای سلامتی جنین در معرض آن قرار بگیرند.

مطالعات و بررسی های موسسه ملی ایمنی و بهداشت شغلی (NIOSH) نشان می دهد که خطر سقط جنین در زنانی که در سه ماهه اول بارداری در معرض حداقل 36/0 میلی سیورت (mSv) تابش کیهانی قرار می گیرند، افزایش می یابد. مقررات صدور گواهینامه پرسنل (قسمت 138) نیز به منظور 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 می کند.

با توجه به این نکات، شرکت های هواپیمایی در هنگام دریافت هشدار تشعشع خورشیدی (در سطح متوسط، قوی و شدید) که نشان دهنده 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 می شود و شامل پیامی با برآورد سطوح تابش در ارتفاعات 20000 تا 80000 فوت (6096 تا 24384 متر) در عرض های جغرافیایی خاص است.

علاوه بر این، افراد می توانند 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 شده اند، باید به فناوری مجهز باشند تا بتوانند نرخ دُز و دُز تجمعی کل تابش کیهانی دریافتی در هر پرواز را به طور 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 اندازه گیری تشعشعات یا تابش یونیزان.

نرخ دُز: میزان تابش یونیزان دریافتی در واحد زمان

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