15.03.2023

Strahlenmessung bei der Mondumkreisung

Deutsche Strahlungsmesspuppen an Bord von Artemis I liefern Aufschluss über Belastung und Schutzmöglichkeiten.

Nach ihrer historischen Reise um den Mond mit der NASA-Mission Artemis I sind die Strahlungs­messpuppen Helga und Zohar zurück in Köln. Am 9. März 2023 präsentierte das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) die beiden Astronautinnen-Phantome nun erstmals den Medien am Institut für Luft- und Raumfahrt­medizin. Die Daten des vom DLR geleiteten Projekts MARE (MATROSHKA AstroRad Radiation Experiment) werden nach ihrer Auswertung ein dreidimensionales Abbild der Strahlen­belastung des weiblichen Körpers während eines Mondfluges liefern. Die Forschungsergebnisse fließen auch in irdische Anwendungen.

 

Abb.: Präsentation der Strahlungs­messpuppen Helga und Zohar im Kölner...
Abb.: Präsentation der Strahlungs­messpuppen Helga und Zohar im Kölner :envihab (Bild: DLR)

„Die astronautische Raumfahrt entwickelt sich rasant. Zukünftig werden voraussichtlich auch kommerzielle Raum­stationen in niedrigen Erd-Orbits entstehen, auf denen Menschen forschen und arbeiten. Gleichzeitig wird die astronautische Exploration des Weltraums zum Mond und darüber hinaus an Fahrt aufnehmen“, sagt die DLR-Vorstands­vorsitzende Anke Kaysser-Pyzalla. „Die Strahlenbelastung ist dabei eine der zentralen ungelösten medizinischen Herausforderungen der astronautischen Raumfahrt. Diese müssen wir genauer verstehen, um wirksame Maßnahmen zum Schutz von Menschen im Weltraum zu entwickeln. Hier hat das Projekt MARE im Rahmen der Mondmission Artemis I echte Pionier­arbeit geleistet, insbesondere mit dem Fokus auf zukünftige Mond-Astronautinnen.“

Mit der Übergabe der beiden Messpuppen am Kennedy Space Center der NASA im Januar erfolgte bereits der erste Check aller batteriebetriebenen Messinstrumente. „Die aktiven Strahlungsdetektoren haben durchgehend erstklassige Daten geliefert“, freut sich MARE-Projektleiter Thomas Berger vom DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin. Am DLR-Institut in Köln beginnt nun die Auswertung der über 12.000 passiven Strahlungsdetektoren aus kleinen Kristallen, die jeweils über die beiden Messkörper verteilt platziert sind. Mit dem Auslesen der Kristalle entsteht ein dreidimensionales Abbild des menschlichen Körpers, das zeigt, wie hoch die Strahlen­belastung auf Knochen und Organe an unterschiedlichen Stellen während eines Mondflugs insgesamt ist. „Scheibe für Scheibe nehmen wir Helga und Zohar auseinander, um die Messkristalle auszubauen“, erklärt Berger das Vorgehen. „Die einzelnen Messkristalle können wir dann mithilfe der passenden Laborgeräte hier am DLR auslesen.“

Die beiden Messkörper sind weiblichen Körpern samt Fortpflanzungsorganen nachempfunden, sodass die Strahlungsdosis auch für die besonders strahlungs­empfindlichen Organe gemessen werden kann. Die Astronautinnen-Phantome bestehen aus jeweils 38 Scheiben, sind 95 Zentimeter groß, 36 Kilogramm schwer und enthalten aus Kunststoff nachgebildete Organe und Knochen unterschiedlicher Dichte.

Zusätzlich wird untersucht, wie viel Strahlungsabschirmung die von Zohar getragene Strahlungs­schutzweste ermöglichte. Zohar, bereitgestellt von der israelische Raumfahrt­agentur ISA, wiegt mit der AstroRad-Weste der Firma StemRad ganze 62 Kilogramm. „Der Vergleich der Strahlungswerte von Helga ohne Weste und Zohar mit Schutzweste zeigt uns, welche Abschirmungswirkung die Weste entfalten kann“, erklärt Berger weiter. Die umfangreichen Auswertungen werden nun einige Monate in Anspruch nehmen. Mit detaillierten Ergebnissen ist bis Anfang kommenden Jahres zu rechnen. „Schon jetzt sehen wir, dass sich einige unserer Annahmen zur Strahlungs­exposition bei Mondreisen bestätigen“, sagt Berger. „Wir benötigen nun alle verfügbaren Messdaten, um detailliertere Aussagen treffen zu können.“

Absehbar ist bereits die Überführung der Forschungsergebnisse in irdische Anwendungen. Ein Spin-Off wurde am DLR bereits im Rahmen eines Vorgängerprojekts durchgeführt. In diesem Projekt war ab 2004 ein Phantom namens MATROSHKA für eineinhalb Jahre der Weltraumstrahlung außerhalb der Internationalen Raumstation ISS ausgesetzt, es folgten weitere drei Jahre im Inneren der Raumstation. Ein Zwilling dieses Weltraum­phantoms wurde in Zusammenarbeit mit der GSI in Darmstadt für Grundlagenforschung im Rahmen der Krebstherapie verwendet. Im Weiteren wurden gemeinsam mit der israelischen Firma StemRad, die in Kooperation mit Lockheed Martin die AstroRad-Weste entwickelt hat, Forschungen bezüglich der Anwendung und Sicherheit von „X-Ray Protection Equipment“ für Radiologen und Mitarbeiter im Krankenhaus durchgeführt. Dies zielt insbesondere in Richtung verbesserter Schutzkleidung für den Operateur im routine­diagnostischen Einsatz und bei länger dauernden komplizierten Eingriffen.

Artemis I ist die erste in einer Reihe von Missionen des Artemis-Programms der NASA. Es sieht vor, nach mehr als fünfzig Jahren wieder Menschen auf unserem Trabanten zu landen, dort gemeinsam mit internationalen Partnern eine dauerhafte Basis zu errichten und eine Raumstation in der Mond­umlaufbahn zu bauen, von der aus Menschen zu weiter entfernten Zielen, einschließlich des Mars, aufbrechen sollen. Artemis I war der erste Schritt auf diesem Weg. Bei dieser noch unbemannten Mission wurden alle neu entwickelten Systeme im Zusammenspiel getestet – das Orion-Raumschiff, das Europäische Service­modul (ESM), die Schwerlastrakete SLS (Space Launch System) und die Bodensysteme. Die Sicherheit der Astronautinnen und Astronauten steht dabei an oberster Stelle. Dazu gehört insbesondere der Schutz vor der kosmischen Strahlung, die im Weltraum um ein Vielfaches höher ist als auf der Erde – auf dem Mond zum Beispiel rund 800 Mal.

DLR / DE

 

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