03.12.2018

Schutzweste gegen Weltraumstrahlung?

Bislang größtes Experiment zur Bestimmung der Strahlen­belastung von Astronauten in Vorbereitung.

Für den Menschen im Weltraum stellt die Weltraum­strahlung ein großes gesund­heitliches Risiko dar. Deren Auswirkungen auf den menschlichen Körper sind ein entscheidender und möglicher­weise limitierender Faktor für geplante zukünftige Lang­zeit­aufenthalte des Menschen im freien Weltraum. Um dieses Strahlen­risiko genauer bestimmen und mögliche Maß­nahmen zum Schutz entwickeln zu können, wird das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) mehr als fünfzig Jahre nach der ersten Mond­landung im Jahr 2020 das Experiment Mare (Matroshka AstroRad Radiation Experiment) mit der NASA Exploration Mission 1 (NASA EM-1) zum Mond schicken. Mit Mare werden erst­mals zwei weibliche Phantome, ausgestattet mit Strahlungs­detektoren und eine der beiden mit einer Strahlen­schutz­weste, einen Raum­flug antreten.

Abb.: Helga ist aus 38 Schichten aufgebaut und hat 1400 Positionen zur Aufnahme...
Abb.: Helga ist aus 38 Schichten aufgebaut und hat 1400 Positionen zur Aufnahme von Strahlungs­detektoren. (Bild: DLR)

Anfang November ist nun das europäische Service­modul (ESM) für das amerikanische NASA-Raum­schiff Orion in den USA angekommen. Die beiden Phantome Helga und Zohar werden bei Orions erstem Flug zum Mond 2020 im Rahmen der NASA EM-1 Mission in seinen Passagier­sitzen mit­fliegen. Die beiden aus jeweils 38 Scheiben bestehenden Phantome fliegen stell­vertretend für zwei Astronautinnen – in ihrem Inneren haben sie über 5600 passive Detektoren sowie 16 aktive Detektoren, die die Strahlung während des Flugs messen werden.

Die beiden „Zwillinge“ werden sich lediglich in einem unter­scheiden: Zohar trägt eine Strahlen­schutz­weste (AstroRad), Helga nicht. Das DLR, welches Mare zusammen mit der israelischen Raum­fahrt­agentur ISA, dem israelischen Industrie­partner StemRad sowie Lockheed Martin und der NASA durc­führt, rüstet die beide Phantome derzeit in Köln mit Sensoren aus. „Wir werden erst­mals mit einer solchen Genauig­keit messen, welche Strahlen­belastung bei einem bemannten Flug zum Mond für die Astronautinnen und Astronauten entsteht", erläutert Thomas Berger vom DLR-Institut für Luft- und Raum­fahrt­medizin, der wissen­schaftliche Leiter des Experiments.

95 Zentimeter groß sind die Phantome, die im Rahmen der NASA EM-1 Mission mit auf den unbemannten Flug zum Mond gehen. In ihrem Inneren finden sich Organe und Knochen aus Kunst­stoff unter­schiedlicher Dichte. „Mit Helga und Zohar wird ein Frauen­körper inklusive Fort­pflanzungs­organe und Brüste simuliert", erläutert Berger. „Die Anzahl der Astronautinnen wird immer größer, daher haben wir uns für ein weibliches Phantom für unser Experiment entschieden." Erfahrungen mit der Messung von Strahlung im All haben er und sein Team bereits unter anderem durch das Matroshka-Experiment, einem männlichen Phantom, welches in den Jahren 2004 bis 2011 sowohl im Inneren als auch an der Außen­seite der Inter­nationalen Raum­station ISS der Strahlung aus­gesetzt wurde.

Auch innerhalb des europäischen Forschungslabors Columbus misst das DLR derzeit mit dem Experiment DOSIS 3D, welche Strahlungs­belastung dort herrscht. „Die Risiken im Weltraum liegen für Astronauten in den Auswirkungen der Schwere­losig­keit, den psychologischen Aspekten und vor allem in den möglichen Lang­zeit­schäden durch die galaktische kosmische Strahlung sowie den Kurz­zeit­strahlungs­effekten durch ein solares Teilchen­ereignis."

Am DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin werden die beiden „Passagiere" nun für das Experiment vorbereitet. Zum einen werden 1400 Sensor­plätze mit kleinen, passiven, aus Kristallen bestehenden Strahlungs­detektoren bestückt, zum anderen werden die Sensoren der aktiven Detektoren an den strahlen­empfindlichsten Organen des Körpers – Lunge, Magen, Gebär­mutter und Knochen­mark – integriert. Während die passiven Detektoren vom Start bis zur Rück­kehr zur Erde kontinuierlich messen werden und die Gesamt­belastung erfassen sollen, werden die aktiven, batterie­betriebenen Detektoren während des Starts eingeschaltet und speichern dann zeitlich aufgelöst die Strahlen­belastung auf.

Die gewonnenen Daten der „schutz­losen" Helga dienen außerdem dazu, die Wirksamkeit der neu entwickelten Strahlen­schutz­weste (AstroRad) des von der israelischen Raum­fahrt­agentur ISA geförderten Industrie­partners StemRad zu bestimmen. Diese wird den Ober­körper, aber auch die Gebär­mutter und die blut­bildenden Organe abdecken. Tragen wird sie das israelische Phantom Zohar während des gesamten Flugs. Im Vergleich lässt sich dann ermitteln, in welchem Aus­maß die Weste eine Astronautin vor schädlicher Strahlen­belastung schützen würde.

Bevor der bis zu 42 Tage dauernde Flug zum Mond und die Rück­kehr zur Erde beginnen können, kommen auf Helga und Zohar noch einige Tests zu. In einem ersten Test am DLR-Institut für Raum­fahrt­systeme in Bremen wurde Helga bereits den Vibrationen ausgesetzt, die sie beim Start mit dem von der NASA derzeit entwickelten Space Launch System (SLS) erfahren wird. Ein erster Fit-Check, wie sich Helga und Zohar auf den Passagier­sitzen der Orion-Kapsel befestigen lassen, wird im Frühling des kommenden Jahres in den USA durch­geführt. Dabei wird getestet, wie Helga und Zohar auf ihren am DLR gebauten und für sie angepassten Sitzen in der Orion-Kapsel Platz finden werden.

Mare stellt in seiner Komplexität und in seiner inter­nationalen Zusammenarbeit mit zahl­reichen Universitäten und Forschungs­einrichtungen in Österreich, Belgien, Polen, Ungarn, der Tschechischen Republik, Griechen­land, der Schweiz, Japan und den USA das größte Experiment zur Bestimmung der Strahlen­belastung für Astronauten dar, das jemals den erd­nahen Orbit verlassen hat. Es liefert grund­legende Daten zur Abschätzung des Strahlen­risikos für die kommenden bemannten Flüge zum Mond.

DLR / DE
 

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