LONDON (IT BOLTWISE) – Beim Artemis-I-Strahlungsexperiment MARE wurden Messpuppen Helga und Zohar auf dem Weg zwischen Erde und Mond eingesetzt. Zohar trug die Strahlenschutzweste AstroRad, während Helga ungeschützt blieb. Aus den Messdaten plus einer Hochrechnung auf historische Sonnenstürme ergibt sich für Extremfälle eine Reduktion der effektiven Strahlendosis um rund 60 Prozent. Damit verschiebt sich der Fokus von reinen Messwerten hin zu bewertbaren Schutz- und Gegenmaßnahmen für spätere Mond- und Marsmissionen.
Der zentrale Risikofaktor der Raumfahrt ist selten spektakulär sichtbar, dafür umso messbarer: Weltraumstrahlung. Außerhalb des schützenden Erdmagnetfelds steigen die Strahlendosen für Mensch und Technik deutlich an, und besonders starke solare Teilchenereignisse – im Alltag oft als Sonnenstürme bezeichnet – können innerhalb kurzer Zeit hohe Mengen energiereicher Partikel freisetzen. In der Artemis-Planung zählt deshalb nicht nur, wie viel Strahlung insgesamt auftritt, sondern auch, welche Gegenmaßnahmen unter realen Missionsbedingungen überhaupt wirksam bleiben. Genau an dieser Lücke setzt die nun vorgestellte Auswertung des MARE-Experiments an.
Die Messarchitektur von MARE ist dabei ungewöhnlich präzise: Statt sich allein auf Modelle zu verlassen, liefen zwei realitätsnahe Messpuppen – Helga und Zohar – mit dem Orion-Raumschiff der Artemis I Mission zwischen Erde und Mond. Beide Puppen bilden den weiblichen Körper nach, Zohar und Helga stehen jeweils auf den Crewplätzen drei und vier, aber sie unterscheiden sich im entscheidenden Punkt. Helga flog ungeschützt, Zohar trug eine neu entwickelte Strahlenschutzweste namens AstroRad. Das DLR nutzt dafür einen Baukasten aus mehreren Tausend passiven Dosimetern und aktiven Messgeräten: Helgas und Zohars Aufbau besteht aus jeweils 38 Scheiben, in die unter anderem 16 vom DLR entwickelte aktive Strahlungsmessgeräte vom Typ M-42 integriert sind; zusätzlich kamen weitere aktive Detektoren (CAD) sowie tausende Thermolumineszenz-Dosimeter zum Einsatz.
So entsteht während der 25,5 Tage dauernden Orion-Mission ein kontinuierlicher Datensatz – nicht nur in der Messpuppe selbst, sondern auch im gesamten Raumschiff. Laut DLR ist es dabei erstmals gelungen, einen diskreten Datensatz zur Strahlungssituation zwischen Erde und Mond in einem stark abgeschirmt konzipierten Crew-Raumschiff zu erzeugen und daraus ein detailliertes dreidimensionales Bild der Belastung in unterschiedlichen Organen und Geweben abzuleiten. Entscheidend ist der Vergleich: Aus Helga-Zohar-Differenzen lässt sich die Wirkung der Weste auf strahlenempfindliche Organe direkt bewerten, also dort, wo Abschirmung medizinisch am meisten bringt. Im Kern wird die Strahlungsbelastung dabei nicht isoliert betrachtet; Orion durchflog während der Flugzeit auch die Strahlungsgürtel der Erde, die sogenannten Van-Allen-Gürtel.
Um die Schutzwirkung nicht nur für die konkrete Artemis-I-Situation, sondern auch für echte Extremereignisse bewerten zu können, extrapolierte das MARE-Team die gemessenen Daten. Während der Flugzeit habe es keine signifikant verstärkte Sonnenaktivität gegeben, schreibt das DLR in der Auswertung, dennoch lässt sich anhand der Muster aus dem Strahlungsgürtel-Betrieb auf vergleichbare Partikelumgebungen schließen. Die Hochrechnung orientiert sich an historischen Sonnensturm-Szenarien, für die auch Daten vorliegen: Für ein starkes Ereignis nach dem Vorbild des August 1972 könnte die AstroRad-Weste die effektive Strahlendosis eines Menschen im Weltraum um rund 60 Prozent reduzieren. Bei einem Ereignis ähnlich dem Sonnensturm vom Oktober 1989, bei dem das Partikelspektrum energiereicher war und damit schwerer abzuschirmen sein dürfte, ergibt die Modellrechnung eine Reduktion von knapp 40 Prozent.
Damit verschiebt sich die Messaufgabe in Richtung „Bewerten konkreter Gegenmaßnahmen“, wie es auch die beteiligten Forschenden einordnen. Dr. Anke Pagels-Kerp vom DLR beschreibt die Studie als Fortsetzung einer „langen Forschungslinie“: Mit dem früheren MATROSHKA-Experiment sei unter anderem die Dosisbelastung in einem menschenähnlichen Phantom im erdnahen Orbit erfasst worden. Über MARE habe man diese Arbeiten dann auf der ersten Artemis-Mission zwischen Erde und Mond fortgeführt, und nach Artemis I habe es sich für die Strahlungsforschung erneut in Richtung Mond ergeben – diesmal mit der weiterentwickelten Detektorgeneration M-42 EXT. Dr. Thomas Berger, Strahlenphysiker und Leiter der Studie, betont zudem den Schritt vom reinen Messen hin zum Bewerten praktikabler Schutzkonzepte für künftige Missionen: Man müsse verstehen, welche Konzepte in realistischen Missionsbedingungen wirken, nicht nur, wie hoch die Dosis ist.
Technisch erklärt sich die Wirkung auch durch das Designprinzip der AstroRad-Weste. Sie konzentriert das Abschirmmaterial auf strahlenempfindliche Organe und Gewebe – darunter Knochenmark, Lunge, Magen, Brust und Eierstöcke. Das Konzept zielt damit auf ein „optimales Verhältnis“ aus hohem Gesundheitsschutz und kompakter Bauweise. Diese Kompaktheit ist in der Raumfahrt doppelt relevant: Masse und Volumen sind stets limitierende Faktoren für Nutzlasten, und zugleich muss die Crew sich auf engstem Raum zuverlässig bewegen können. In zusätzlichen Modellrechnungen ersetzte man für den reinen Vergleich Helga und Zohar (nur Torso) durch virtuelle Ganzkörper-Messphantome; dabei erzielte AstroRad für 1972 eine Dosisreduktion von 58,2 Prozent und für 1989 von 36,9 Prozent, während eine Ganzkörperabschirmung „um etwa 30 Prozent geringeren Schutz“ bot. Das spricht dafür, dass ein gezielt auf empfindliche Regionen ausgelegtes Westendesign nicht nur kompakter ist, sondern im Ernstfall sogar effektiver sein kann als ein durchgängig gleich stark ausgelegter Ganzkörperschutzanzug.
Auch in der Missionsarchitektur kann das praktische Gewicht solcher Systeme zunehmen. Orion verfügt für erhebliche Sonnenstürme über einen geschützten Bereich („Storm Shelter“), den die Besatzung nach Bedarf innerhalb der Raumkapsel schnell errichten kann. Ein tragbares System wie AstroRad kann diesen Ansatz ergänzen, etwa wenn sich Crewmitglieder während eines Strahlungsereignisses bewegen oder Aufgaben nicht nur im Schutzbereich, sondern auch außerhalb übernehmen müssen. Perspektivisch ist das nicht auf Orion oder auf Mondmissionen beschränkt: Gerade für größere, weniger stark gegen Strahlung abgeschirmte Fahrzeuge, Mondhabitate oder spätere Marsmissionen könnten mobile Schutzkonzepte eine neue Planungsdimension eröffnen – vorausgesetzt, die Wirksamkeit bleibt auch in anderen Missionsprofilen konsistent. Die Studie wird in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht, wobei die Kernaussage für Betreiber und Mission Designer klar bleibt: Schutzmaßnahmen lassen sich zunehmend nicht nur dimensionieren, sondern mit Messdaten plus nachvollziehbaren Hochrechnungen belastbar bewerten.
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