Sichere Weltraummission Helga und Zohar liefern wichtige Erkenntnisse über Weltraumstrahlung

Anbieter zum Thema

CTX Thermal Solutions GmbH

Keysight Technologies Deutschland GmbH

DMB Technics AG

Während der Mission Artemis I konnten die Forscher mit zwei Messphantomen detaillierte Strahlungsdaten auf dem Weg zum Mond sammeln. Die Messdaten liefern wichtige Erkenntnisse über die Strahlenbelastung im Weltraum und die notwendigen Schutzmaßnahmen.

Bei Weltraummissionen setzen sich Astronauten der gefährlichen Weltraumstrahlung aus. Für den Schutz der Astronauten bei längeren Missionen müssen geeignete Maßnahmen getroffen werden. Dafür sind detaillierte Messdaten über die Strahlungsbelastung beim Raumflug außerhalb des Erdmagnetfelds nötig.

Ende 2022 starteten mit dem NASA-Raumschiff Orion die beiden Messpuppen Helga und Zohar im Rahmen des vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) geleiteten Projekts Matroshka AstroRad Radiation Experiment MARE. Bei der Artemis-I-Mission flogen sie auf einer über 25-tägigen Reise zum Mond und wieder zurück. Dabei wurden zum ersten Mal kontinuierlich Messdaten zu den Strahlungswerten zwischen der Erde und ihrem fast eine halbe Million Kilometer entfernten Trabanten gewonnen.

Strahlungsdetektoren im Raumschiff und an Messphantomen

Das DLR hat zusammen mit NASA und ESA die Strahlungsunterschiede innerhalb des Orion-Raumschiffs charakterisiert. Für die Messdaten waren „eine sehr große Anzahl von Strahlungsdetektoren, sogenannte Dosimeter, an verschiedenen festen Positionen innerhalb des Raumschiffs sowie in unseren beiden lebensgroßen MARE-Messphantomen Helga und Zohar platziert“, sagt Dr. Thomas Berger, Strahlenphysiker vom DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin in Köln und Leiter des Experiments MARE.

Das Forschungsteam von DLR, ESA und NASA hat nun erste Ergebnisse veröffentlicht. Während des Durchflugs durch den Protonengürtel der Erde, den sogenannten inneren Van-Allen-Gürtel, unterschied sich die Strahlungsdosis innerhalb des Raumschiffs je nach Ort des Detektors sehr deutlich: Die Dosisraten zwischen den am besten und am wenigsten geschützten Bereichen innerhalb der Raumkapsel unterschieden sich um das Vierfache.

Messdaten sind Grundlage zukünftiger Missionen

Diese enormen Unterschiede bestätigen das Design und Abschirmungskonzept der Raumkapsel. Im stärker abgeschirmten Bereich der Kapsel, dem Storm Shelter, kann die auf die Besatzung wirkende Gesamtdosis bei großen solaren Teilchenereignissen auf maximal 150 Millisievert beschränkt werden. Bei dieser Dosis sind keine Symptome einer akuten Strahlenkrankheit zu erwarten.

Die Daten zeigen zudem, dass die Ausrichtung des Raumschiffs während des Protonengürteldurchflugs eine signifikante Auswirkung auf die Strahlungswerte innerhalb der Kapsel hatte. „Unsere Messdaten sind eine wertvolle Informationsgrundlage für die Gestaltung zukünftiger Missionen“, sagt DLR-Strahlenphysiker Berger.

Unterstützt wurden die Forscher von moderner Computersimulation. Mit deren Hilfe lassen sich die Strahlungsumgebungen verbessern, da die experimentellen Messdaten weitgehend mit den vorhergesagten Modellrechnungen übereinstimmen.

Alarm bei einem energiereichen Strahlungsereignis

Die NASA stattete das Raumschiff Orion mit ihrem Strahlungsmessgerät und Warnsystem „Hybrid Electronic Radiation Assessor“, kurz HERA, aus. HERA besteht aus drei Strahlungssensoren, die in unterschiedlich gut gegen Strahlung abgeschirmten Bereichen von Orion eingebaut wurden. Es ist so konzipiert, dass es einen Alarm auslöst, wenn die Besatzung bei einem energiereichen Strahlungsereignis, zum Beispiel einer Sonneneruption, Schutz suchen soll.

In diesem Fall würde sich die Crew in einen besser gegen die Strahlung abgeschirmten Teil von Orion begeben, und zwar würden sie die Bodenklappen öffnen und dann Abschirmmaterial als zusätzlichen Schutz über ihren Köpfen installieren. Die ESA stellte zudem fünf mobile Dosimeter – die EAD-MUs (ESA Active Dosimeter – Mobile Units) – an verschiedenen Stellen der Raumkapsel zur Messung der Strahlung bereit.

Messphantome sind der weiblichen Anatomie nachempfunden

Die in der Orion-Kapsel verteilten Dosimeter der ESA wurden vom DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin in Köln gemeinsam mit ASRO, Finnland, konzipiert, getestet und gebaut. Die aktiven DLR-Messgeräte M-42 und passiven Sensoren in Helga und Zohar wurden vom DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin in Köln entwickelt und angefertigt. Die beiden Messphantome im MARE-Projekt wurden dazu eigens der weiblichen Anatomie nachempfunden, um die besonderen Belastungen für Frauen bei Langzeitaufenthalten im Weltraum zu untersuchen.

Momentan arbeiten Dr. Thomas Berger und sein Team des DLR-Projekts MARE am Vergleich der Strahlungsbelastung von Helga, die Messpuppe, die ohne Schutz flog, und Zohar, die bei der Mondumrundung die Strahlenschutzweste AstroRad trug. (heh)

Künftige Mond- und Marsmissionen

Raumanzug mit LTE-Technik soll Videos in Echtzeit zur Erde funken

(ID:50171702)