DLR-Studie: Schutzweste verringert Strahlenbelastung im All deutlich

Was geschehen ist – die Kernmeldung

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat bahnbrechende Erkenntnisse zur Strahlenbelastung bei bemannten Weltraummissionen jenseits der erdnahen Umlaufbahn gewonnen. Im Rahmen der unbemannten Artemis-1-Mission, die Ende 2022 stattfand, untersuchten Forscher, wie sich die kosmische Strahlung auf den menschlichen Körper auswirkt und welche Schutzmaßnahmen effektiv sind. Dabei kamen zwei spezielle Phantome zum Einsatz, die den weiblichen Körper nachbilden und mit tausenden Sensoren bestückt waren. Während eines der Modelle eine spezielle Strahlenschutzweste trug, blieb das andere ungeschützt. Die Ergebnisse der Studie, die nun in der Fachzeitschrift Science Advances publiziert wurden, belegen, dass eine solche Weste die Strahlenbelastung, insbesondere bei gefährlichen Sonnenstürmen, signifikant reduzieren kann. Dies ist ein entscheidender Fortschritt für die Sicherheit künftiger Mond- und Marsmissionen, da die Besatzungen außerhalb des schützenden Erdmagnetfeldes einer deutlich höheren Strahlengefahr ausgesetzt sind als auf der Internationalen Raumstation (ISS).

Die Einzelheiten des Experiments

Das als MARE (Matroshka AstroRad Radiation Experiment) bezeichnete Vorhaben war ein internationales Gemeinschaftsprojekt. Beteiligt waren neben dem DLR die Raumfahrtbehörden aus den USA und Israel sowie das israelische Unternehmen Stemrad und der US-Konzern Lockheed Martin. Die verwendeten Phantome wurden von der Firma CIRS gefertigt und bestanden aus Kunststoffschichten unterschiedlicher Dichte, um menschliches Gewebe wie Knochen, Haut und Organe präzise zu simulieren. Die Modelle waren in 38 einzelne Scheiben unterteilt, die mit tausenden aktiven und passiven Messgeräten ausgestattet waren. Über einen Zeitraum von 25,5 Tagen im All erfassten diese Sensoren die Strahlendosis, der die Phantome in der Crewkapsel ausgesetzt waren. Eines der Phantome trug dabei die Schutzweste namens „Astrorad“, die speziell für den Einsatz unter solaren Teilchenereignissen entwickelt wurde. Nach der Rückkehr der Kapsel konnten die Wissenschaftler ein dreidimensionales Bild der Strahlenbelastung in verschiedenen Organen erstellen und die Schutzwirkung der Weste durch den direkten Vergleich der beiden Messreihen präzise quantifizieren.

Hintergrund und bisheriger Verlauf

Die Sonne emittiert kontinuierlich einen Strom geladener Teilchen, den sogenannten Sonnenwind. Während die Erde und die ISS in einer Höhe von etwa 400 Kilometern durch das Magnetfeld unseres Planeten vor dieser Strahlung geschützt sind, ändert sich die Situation dramatisch, sobald ein Raumschiff diesen Schutzbereich verlässt. Auf dem Weg zum Mond oder Mars sind Astronauten einer erhöhten kosmischen Strahlung ausgesetzt, wobei solare Teilchenereignisse eine besondere Gefahr darstellen. Diese Ereignisse können bei unzureichendem Schutz die Strahlenkrankheit auslösen. Da Frauen statistisch gesehen ein höheres strahlungsinduziertes Krebsrisiko aufweisen, entschied sich das Forschungsteam bewusst für die Verwendung weiblicher Phantome. Die Artemis-1-Mission bot die erste Gelegenheit, solche Messungen jenseits der erdnahen Umlaufbahn durchzuführen. Das DLR nutzte diese Chance, um den Übergang von der reinen Datenerfassung zur Bewertung konkreter Schutzmaßnahmen zu vollziehen. Die gesammelten Daten sind einzigartig, da sie erstmals realistische Missionsbedingungen unter extremen Bedingungen abbilden und somit eine fundierte Grundlage für die Entwicklung zukünftiger Sicherheitssysteme in der bemannten Raumfahrt bilden.

Die Beteiligten und ihre Rollen

Die Leitung des internationalen Experiments lag beim DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin, vertreten durch den Strahlenphysiker Thomas Berger. Er betonte die Bedeutung der Mission für die Bewertung von Schutzkonzepten. Die technischen Komponenten wurden durch eine enge Kooperation bereitgestellt: Die Phantome stammten von CIRS, während das israelische Unternehmen Stemrad die Schutzweste „Astrorad“ entwickelte. Der US-Konzern Lockheed Martin war maßgeblich an der Integration in das Raumschiff beteiligt. Die internationale Zusammenarbeit zwischen den Behörden der USA und Israels ermöglichte es, das MARE-Projekt überhaupt erst zu realisieren. Die Wissenschaftler werteten die Daten nach der Rückkehr der Artemis-1-Kapsel akribisch aus und extrapolierten die Ergebnisse auf Szenarien extremer Sonnenereignisse, um die Schutzwirkung der Weste unter Worst-Case-Bedingungen zu simulieren. Die Zusammenarbeit unterstreicht den hohen Stellenwert, den die Sicherheit der Besatzung in der aktuellen internationalen Raumfahrtplanung einnimmt.

Einordnung der Ergebnisse

Einzuordnen ist das Ergebnis so: Die Schutzweste ist kein Allheilmittel gegen jede Form der kosmischen Strahlung, aber ein hochwirksames Instrument gegen die akuten Gefahren durch Sonnenstürme. Den Berichten zufolge reduziert die Weste die effektive Strahlendosis bei einem starken Sonnensturm, wie er im August 1972 auftrat, um etwa 60 Prozent. Bei einem noch intensiveren Ereignis, vergleichbar mit dem Sturm im Oktober 1989, lag die Reduktion immer noch bei knapp 40 Prozent. Diese Werte sind ein deutlicher Beleg für die Wirksamkeit der Astrorad-Technologie. Die Studie zeigt, dass es möglich ist, die Strahlenbelastung durch gezielte Maßnahmen in einem abgeschirmten Raumfahrzeug signifikant zu senken. Dennoch bleibt die Strahlenbelastung ein kritisches Thema, da auch bei reduzierten Werten eine gesundheitliche Belastung bestehen bleibt. Die Daten liefern jedoch eine notwendige Entscheidungshilfe für die Konzeption künftiger Mond- und Marsflüge, bei denen die Praktikabilität der Schutzmaßnahmen ebenso wichtig ist wie deren physikalische Wirksamkeit.

Offene Fragen zur Strahlensicherheit

Obwohl das Experiment MARE wertvolle Daten geliefert hat, bleiben einige Fragen unbeantwortet. Der Quelltext macht keine Angaben dazu, wie sich die Schutzweste langfristig auf die Bewegungsfreiheit und den Komfort der Astronauten auswirkt, was für die Praktikabilität im Alltag einer langen Marsmission entscheidend wäre. Ebenso wird nicht explizit thematisiert, welche weiteren Schutzmaßnahmen neben der Weste in der Kapsel integriert werden müssen, um das Krebsrisiko auf ein akzeptables Minimum zu senken. Die Studie konzentriert sich primär auf die Reduktion der Dosis bei solaren Teilchenereignissen; wie effektiv die Weste gegen die ständige, hochenergetische galaktische kosmische Strahlung wirkt, die nicht von Sonnenstürmen stammt, wird im vorliegenden Text nicht detailliert erörtert. Auch bleibt offen, ob die Weste in ihrer aktuellen Form für alle Arten von Strahlungsszenarien gleichermaßen optimiert ist oder ob zukünftige Modifikationen erforderlich sein werden, um noch höhere Schutzraten zu erreichen.

Wie es weitergeht

Die gewonnenen Daten aus der Artemis-1-Mission dienen nun als Basis für die Planung kommender bemannter Missionen. Thomas Berger vom DLR unterstrich, dass für künftige Expeditionen zum Mond oder Mars ein tiefgreifendes Verständnis der Schutzkonzepte unter realistischen Missionsbedingungen erforderlich sei. Das Ziel ist es, nicht nur die Strahlenbelastung zu messen, sondern die Sicherheit der Besatzung durch erprobte und praktikable Maßnahmen zu gewährleisten. Die Ergebnisse des MARE-Experiments werden in die Entwicklung neuer Schutzstrategien einfließen. Da die Artemis-Missionen als Vorbereitung für weiterführende Ziele im Sonnensystem dienen, ist davon auszugehen, dass die Erkenntnisse aus der Strahlenforschung bei den nächsten Schritten der NASA und ihrer internationalen Partner eine zentrale Rolle spielen werden. Die Forschungsgruppe wird die Daten weiter nutzen, um die Auswirkungen auf verschiedene Organe noch genauer zu analysieren und die Schutzkonzepte für zukünftige Generationen von Astronauten kontinuierlich zu verfeinern und an die spezifischen Anforderungen langer Weltraumreisen anzupassen.