Ungeschützt durchs All: Auf dem Weg zum Mond müssen Astronauten das schützende Erdmagnetfeld verlassen und den irdischen Strahlengürtel durchfliegen. Wie hoch ihre Strahlenbelastung dadurch ist, zeigen nun erste Daten der Artemis-1-Mission. Die Dummys an Bord waren demnach je nach Position in der Orion-Raumkapsel einer Strahlendosis von 27 bis 35 Millisievert ausgesetzt – weit weniger als befürchtet. Zudem zeigten die Daten, dass die speziellen Abschirmungen der Orionkapsel wirken.
Auf der Erde und im erdnahen Orbit leben wir unter einer unsichtbaren Schutzglocke: Das Erdmagnetfeld hält die harte kosmische Strahlung auf und schützt uns damit vor den Folgen energiereicher, ionisierender Strahlung. Doch wenn wir künftig Menschen zum Mond und darüber hinaus schicken wollen, sind diese schon auf ihrem Flug dem Bombardement durch Sonnenwind, kosmische Partikel und die Teilchen des Van-Allen-Gürtels nahezu schutzlos ausgesetzt.
Doch was bedeutet dies für die Strahlenbelastung künftiger Mond- und Marsflüge? Bisher sind die Apollo-Astronauten die einzigen Menschen, die den schützenden Magnetschirm der Erde verlassen haben. Doch ihre einfachen Dosimeter lieferten nur unvollständige Daten. Es gibt allerdings den Verdacht, dass sie durchaus Spätfolgen davontrugen.
Dummys auf Mondflug
Mehr Klarheit über das Risiko schaffen nun die ersten Ergebnisse der NASA-Mission Artemis-1. Diese am 16. November 2022 gestartete unbemannte Mondumrundung diente als „Generalprobe“ für die Rückkehr von Astronauten zum Mond im Rahmen des US-Artemis-Programms. Mit an Bord waren auf dem 25-tägigen Flug zahlreiche Strahlungsmessgeräte sowie drei Dummys, die die konkrete Strahlenbelastung von Menschen mit und ohne Strahlenschutzanzüge und Abschirmung testen sollten.
Die Messdaten dieser Sensoren haben nun Stuart George vom Johnson Space Center der NASA und sein Team ausgewertet. Beim Durchfliegen des inneren Strahlengürtels der Erde lag die Strahlenbelastung demnach zwischen 69 und 287 Mikrogray pro Minute – je nachdem, ob die Sensoren im stärker abgeschirmten Teil der Raumkapsel platziert waren oder nicht. Die Dosisraten zwischen den am besten und am wenigsten geschützten Bereichen der Raumkapsel unterschieden sich damit etwa um den Faktor Vier.
Strahlung deutlich unter dem Dosislimit
Das bedeutet: Die Abschirmung der Orion-Kapsel, darunter vor allem ein spezieller „Schutzkeller“, reicht aus, um künftige Astronauten selbst vor stärkeren Strahlenbelastungen zu schützen. Denn diese wären auch bei einem Sonnensturm etwa vergleichbar mit der Passage durch den inneren Strahlengürtel: „Starke Sonnenstürme haben ähnliche Maximal-Teilchenflüsse, Dosisraten und spektrale Struktur und auch sie bestehen zum größten Teil aus Protonen“, erklären George und seine Kollegen.
Für die gesamte 25-tägige Mission lag die Dosis der Messdummys bei 26,7 bis 35,4 Millisievert, wie die Forschenden ermittelten. Diese Werte liegen deutlich unter dem Dosis-Limit von 600 Millisievert, die NASA-Astronauten im Rahmen ihrer gesamten Karriere aufnehmen dürfen. Zum Vergleich: Für die normale Bevölkerung gelten in Deutschland allgemeine Strahlengrenzwerte von einem Millisievert pro Jahr, die berufliche Obergrenze liegt bei 20 Millisievert pro Jahr.
Flugmanöver kann zusätzlich schützen
Die Artemis-1-Messdaten zeigten zudem, dass auch sie Ausrichtung der Raumkapsel einen wichtigen Einfluss auf die Strahlenbelastung hat: Als sich die Kapsel wegen eines Flugmanövers um 90 Grad drehte, sanken die Strahlenwerte beim Flug durch den inneren Strahlengürtel auf die Hälfte ab. „Dies zeigt uns, dass sich mit diesem Flugmanöver die Strahlenbelastung für die Besatzung im Inneren des Raumschiffs deutlich reduzieren lässt“, erklärt Seniorautor Thomas Berger vom DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin in Köln.
Die Orion-Raumkapsel ist außerdem mit einem Warnsystem ausgerüstet, das Alarm auslöst, wenn bestimmte Grenzwerte beispielsweise durch einen Sonnensturm überschritten werden. Die Besatzung kann sich daraufhin gezielt in den besser abgeschirmten Teil der Raumkapsel begeben. Zusätzlich ist weiteres Abschirmmaterial an Bord, das die Crew im Kopfbereich anbringen kann. „Insgesamt bestätigen unsere Messungen, dass die Orion für künftige bemannte Raumflüge geeignet ist“, konstatieren George und seine Kollegen. (Nature, 2024; doi: 10.1038/s41586-024-07927-7)
Quelle: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
