DLR-Studie: Schutzweste verringert Strahlenbelastung im All deutlich

Auf Expeditionen zum Mond oder später zum Mars sind Besatzungen auch in einem geschirmten Raumschiff einer erhöhten Strahlenbelastung ausgesetzt. Eine Strahlenschutzweste schützt den Körper, vor allem bei Sonnenstürmen. Das ist das Ergebnis eines internationalen Experiments unter der Leitung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), das auf der Artemis-1-Mission mitgeflogen ist. Es war die erste Studie im Bereich der Weltraumstrahlungsforschung jenseits der erdnahen Umlaufbahn.

Die Sonne emittiert permanent einen Strom geladener Teilchen, den Sonnenwind. Auf der Erde sind wir durch das Magnetfeld davor geschützt. Dieser Schutz ist auch im erdnahen Weltraum aktiv. Die Crews auf der Internationalen Raumstation (International Space Station, ISS), die in etwa 400 Kilometern Höhe um die Erde kreist, sind also auch geschützt.

Verlässt ein Raumschiff das Erdmagnetfeld, steigt die Strahlenbelastung und damit das Krebsrisiko. Eine besondere Gefahr stellen dabei die solaren Teilchenereignisse dar, bei denen die Menschen an Bord einer hohen Strahlung ausgesetzt sein können.

Für die Artemis-1-Mission entwickelten das DLR und Partner, die Raumfahrtbehörden Israels und der USA sowie das israelische Unternehmen Stemrad und der US-Konzern Lockheed Martin, das Matroshka AstroRad Radiation Experiment (MARE). Ziel war, überhaupt einmal die Strahlenbelastung zu erfassen, der ein Mensch auf einem Flug ins All ausgesetzt ist. Dazu flogen in der unbemannten Mission Ende 2022 zwei Phantome mit, die mit Strahlensensoren gespickt waren.

Körpergewebe simuliert

Die Phantome, die das US-Unternehmen CIRS gebaut hat, sind Nachbildungen des weiblichen Körpers, weil Frauen statistisch ein höheres strahlungsinduziertes Krebsrisiko haben. Sie umfassten Kopf und Torso und bestanden aus Kunststoff mit verschiedenen Dichten, um verschiedene Körpergewebe – Haut, Knochen, Organe – zu simulieren. Aufgebaut waren sie in 38 Scheiben. Jedes Phantom enthielt mehrere tausend aktive und passive Strahlungsmessgeräte, um die Strahlung zu erfassen, denen sie während der 25,5 Tage im All ausgesetzt waren.

Die beiden Phantome wurden an zwei Sitzen der Crewkapsel festgeschnallt. Nur eine der beiden trug dabei eine von Stemrad gefertigte Schutzweste mit der Bezeichnung Astrorad, die sie vor der Strahlung schützen sollte.

Infografik zum Experiment MARE auf der Mondmission Artemis I

(Bild: DLR (CC BY-NC-ND 3.0))

Nach der Rückkehr der Phantome bekam das Forschungsteam einen Überblick über die der Strahlungssituation zwischen Erde und Mond in einem stark abgeschirmten Raumschiff. Daraus erstellte es ein detailliertes dreidimensionales Bild der Strahlenbelastung in unterschiedlichen Organen und Geweben. Der Vergleich der beiden Phantome erlaubte es, die Wirkung der Weste zu bewerten.

Extreme Sonnenereignisse simuliert

Für die Auswertung der Daten, die das Team in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht hat, wurden zudem noch Werte extrapoliert, wie sie bei extremen Sonnenereignissen auftreten. Diese finden entsprechend der Sonnenfleckenzyklen regelmäßig statt. Die Strahlenbelastung steigt dann so stark, dass sie auch bei Raumfahrern in ihrem abgeschirmten Raumfahrzeug die Strahlenkrankheit auslösen kann.

Hier schützt die für solche Ereignisse konzipierte Weste: Bei einem starken Sonnensturm, vergleichbar dem im August 1972, könnte sie laut DLR die effektive Strahlendosis eines Menschen im Weltraum um rund 60 Prozent reduzieren. Bei dem stärkeren Ereignis im Oktober 1989 hätte Astrorad die Dosis um knapp 40 Prozent verringert.

„Auf dem ersten Orion-Mondflug bei Artemis 1 mitfliegen zu können, war eine großartige Gelegenheit für uns“, freut sich Thomas Berger, Strahlenphysiker und Leiter der Studie vom DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin. „Die Ergebnisse zeigen jetzt, dass wir mit MARE einen entscheidenden Schritt vom Messen hin zum Bewerten konkreter Schutz- beziehungsweise Gegenmaßnahmen gehen konnten. Für künftige Missionen zum Mond oder auch später weiter zum Mars müssen wir nicht nur wissen, wie hoch die Strahlenbelastung ist. Es gilt auch zu verstehen, welche Schutzkonzepte unter realistischen Missionsbedingungen wirken und zugleich praktikabel sind. Auf dem Weg dahin liefert MARE einzigartige Daten.“

(wpl)