Helga und Zohar, zwei einem weiblichen Körper nachempfundene Puppen aus dem Matroshka-AstroRad-Strahlungsexperiment, werden im Januar 2023 in der Space Station Processing Facility im Kennedy Space Center in Cape Canaveral, Florida, einer Nutzlastinspektion nach dem Flug unterzogen.NASA/Kim Shiflett/Reuters
Mithilfe von Puppen namens Helga und Zohar sowie Sensoren im Inneren eines Raumschiffs haben Wissenschaftler wertvolle Daten über die Strahlenbelastung von Astronauten außerhalb des schützenden Magnetfelds der Erde gesammelt und Erkenntnisse darüber gewonnen, wie man sie auf langen Weltraumreisen wie der zum Mars besser schützen kann.
Forscher haben erste Messungen der Strahlungswerte im Inneren der NASA-Raumsonde Orion während ihrer 25-tägigen unbemannten Artemis-I-Mission im Jahr 2022 um den Mond und zurück zur Erde veröffentlicht. Kontinuierliche Strahlungsdaten wurden mithilfe von Instrumenten wie HERA der NASA und den EAD-Sensoren der Europäischen Weltraumorganisation erhoben.
Die Gefahr durch Strahlung ist ein großes Problem, das angegangen werden muss, wenn Astronauten Langzeitmissionen jenseits der Erdumlaufbahn durchführen sollen. Das Artemis-Programm zielt darauf ab, Astronauten noch in diesem Jahrzehnt auf die Mondoberfläche zurückzubringen und dort eine Basis als Auftakt für die zukünftige menschliche Erforschung des Mars zu errichten.
Quellen wie galaktische kosmische Strahlung und Partikel, die bei Sonneneruptionen durch den Weltraum geschleudert werden, können bei Astronauten zu einer hohen Gefahr der Strahlenkrankheit, einem erhöhten Krebsrisiko im Laufe des Lebens, Problemen des zentralen Nervensystems und degenerativen Erkrankungen führen.
Helga und Zohar, die menschliche weibliche Körper nachbilden sollten, befanden sich in der Orion-Kapsel als Stellvertreter für Astronauten. Eingebaute Sensoren maßen die Strahlenbelastung ihrer Haut und inneren Organe. Zohar trug eine Strahlenschutzweste. Helga trug keinen Schutz.
„Helga und Zohar sind ‚Strahlungsphantome‘ – hochentwickelte Puppen, die die Reaktion des menschlichen Körpers auf Strahlung nachahmen und durchgehend mit Sensoren ausgestattet sind, um die Dosisleistung in verschiedenen Organen zu messen“, sagte der Physiker Stuart George von der Space Radiation Analysis Group am Johnson Space Center der NASA in Houston, einer der Autoren der im Fachmagazin Nature veröffentlichten Studie.
„Diese Phantome wurden so gestaltet, dass sie weibliche Körper darstellen, da Frauen normalerweise eine höhere Strahlungsempfindlichkeit haben als Männer. Die von diesen Phantomen gesammelten Daten lieferten wertvolle Erkenntnisse darüber, wie sich Strahlung im Körper ablagert, insbesondere während der Transite durch den Van-Allen-Gürtel und interplanetarer Flüge“, fügte George hinzu.
Zwei Strahlungsbereiche, die sogenannten Van-Allen-Gürtel, umgeben die Erde.
„Derzeit arbeiten wir an der endgültigen Datenauswertung für Helga und Zohar, und der vollständige Datensatz wird in den nächsten Monaten veröffentlicht“, darunter auch Informationen zur Schutzeffizienz von Zohars Weste, sagte der Strahlenphysiker und Hauptautor der Studie Thomas Berger vom Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt in Köln.
Die Bereiche innerhalb der Kapsel, die für den stärksten Strahlenschutz konzipiert wurden, darunter ein „Sturmschutz“ für Astronauten bei Weltraumwetterereignissen wie Sonneneruptionen, boten bis zu viermal mehr Schutz als die am wenigsten geschützten Bereiche des Raumfahrzeugs. Dies bestätige das Design für zukünftige Missionen, sagte Berger.
Die Belastung im Inneren von Orion durch galaktische kosmische Strahlung – energiereiche Teilchen, die das Universum durchqueren – war etwa 60 Prozent geringer als die Belastung, die an Bord früherer unbemannter interplanetarer Sonden gemessen wurde. Dies verdeutlicht den Nutzen eines auf Strahlenschutz ausgelegten Raumfahrzeugs.
„Diese interplanetaren kosmischen Strahlen sind interessant, weil sie den größten Teil der Strahlung bei Langzeit-Raumflügen ausmachen. Daher ist diese Messung für längere Aufenthalte auf dem Mond und zukünftige Transite zum Mars wichtig“, sagte George.
Die Ausrichtung von Orion während des Fluges hatte Auswirkungen auf die Strahlenbelastung, die um die Hälfte sank, als die Raumsonde beim Vorbeiflug am inneren Van-Allen-Gürtel eine 90-Grad-Kurve vollführte.
„Das liegt daran, dass die Strahlung des Van-Allen-Gürtels sehr gerichtet ist und durch die Umkehrung eine stärkere Abschirmung in den Strahlungsweg gelangt“, sagte George.
Das Magnetfeld der Erde bildet eine Schutzhülle um den Planeten gegen Weltraumstrahlung. Die Internationale Raumstation umkreist es. Während der Artemis-I-Mission reiste Orion weiter als jedes andere für Menschen gebaute Raumschiff und wagte sich weit über das Magnetfeld hinaus.
„Wir haben viele Messungen zur Strahlenbelastung bei bemannten Missionen in erdnaher Umlaufbahn, aber nur sehr wenige für solche, die sich außerhalb des Schutzes des Erdmagnetfelds befinden. Die Messungen, die wir haben, wurden bei planetaren Forschungsmissionen durchgeführt, bei denen die Strahlenabschirmung sehr viel schwächer war als bei einem bemannten Fahrzeug wie denen, die für Artemis verwendet wurden“, sagte George.
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