Der Plan der NASA, Mars-Astronauten vor Strahlung zu schützen

Die Artemis-I-Mission, die kürzlich einen historischen Testflug um den Mond absolvierte, hatte keine Astronauten an Bord – aber sehr wohl zwei besondere Passagiere: Helga und Zohar, ein Paar sehr anatomisch detaillierte Torsi-Attrappen, von denen einer eine spezielle Strahlenschutzweste für die trug Reise. Ihre Mission? Messen Sie die Strahlenbelastung im Weltraum und ermitteln Sie, ob eine Weste dazu beitragen kann, Astronauten vor den unsichtbaren Gefahren des Weltraums zu schützen.

Um mehr über die Bedrohung durch Weltraumstrahlung und darüber zu erfahren, wie man Astronauten davor schützen kann, haben wir mit dem CEO des Unternehmens gesprochen, das die Weste herstellt. StemRad sowie an den pensionierten NASA-Astronauten Scott Kelly, einen Veteranen von Raumstationsmissionen, der für seine Rolle in der Astronautenforschung bekannt ist Gesundheit.

Die unsichtbaren Gefahren der Strahlung

Hier auf der Erde werden wir durch die Magnetosphäre des Planeten vor gefährlicher Strahlung geschützt. Das Magnetfeld um die Erde fängt Strahlung in zwei Bereichen ein, die als Van-Allen-Gürtel bezeichnet werden, und macht sie für uns an der Oberfläche sicher. Aber wenn Astronauten über die niedrige Erdumlaufbahn hinausfliegen, wie sie es zum Besuch des Mondes (und anderer potenzieller Orte im Sonnensystem, wie dem Mars) tun müssen, sind sie gefährlicher Strahlung ausgesetzt.

Langfristig gesehen ist die Exposition gegenüber dieser Strahlung – die aus geladenen Teilchen der Sonne besteht, die sogenannte Solarstrahlung Winde, Partikel, die bei koronalen Massenauswürfen ausgestoßen werden, und kosmische Strahlung – können zu einer Vielzahl von Gesundheitsschäden führen Probleme. Vor allem erhöht die Strahlenexposition die Wahrscheinlichkeit, dass jemand an Krebs oder verschiedenen degenerativen Erkrankungen erkrankt. Aus diesem Grund haben die NASA und andere Weltraumbehörden eine Obergrenze dafür festgelegt, wie viel Strahlung ein Astronaut im Laufe seines Lebens ausgesetzt sein darf.

Die Exposition, die Astronauten in einer Orbitalumgebung wie der Internationalen Raumstation erleben, ist viel weniger, als sie auf einer Reise zum Mond erleben würden, aber es reicht immer noch aus, um die Besatzung zu beeinträchtigen. „Manchmal sieht man, wie kosmische Strahlung auf den Augapfel trifft, und merkt, dass es sich um Strahlung handelt, die auch durchdringt sowohl Ihren Körper als auch Ihre Augen“, sagte Scott Kelly, der mehrere Missionen auf der Internationalen Raumstation absolviert hat (ISS). „Es ist also etwas, dessen Sie sich bewusst sind.“

Ein Ausflug über die Magnetosphäre hinaus

Angesichts der Pläne der NASA, Menschen zurück zum Mond zu schicken und schließlich eine bemannte Mission zum Mars zu schicken, ist das Problem der Strahlenbelastung ein großes Problem. Frühere Missionen zum Mond im Rahmen des Apollo-Programms dauerten nur wenige Tage, und die Astronauten waren es auch Ich hatte das Glück, in dieser Zeit keine Sonnenpartikelereignisse zu erleben, die zu einer Erhöhung der Strahlungswerte geführt hätten weg. Aber für Missionen, die Wochen oder sogar Monate dauern, brauchen wir eine Lösung, um Astronauten vor Strahlung zu schützen.

Hier kommt die AstroRad-Weste ins Spiel. Die aus einem wasserstoffreichen Polymermaterial gefertigte Weste bedeckt Becken und Rumpf und schützt so die empfindlichsten Organe vor Sonneneinstrahlung. Es mag überraschend erscheinen, dass der Strahlenschutz nur auf bestimmte Körperteile angewendet werden kann Oren Milstein, CEO von StemRad, sagte, viele derjenigen in der Raumfahrtindustrie, denen er die Idee vorstellte, seien überrascht zu. Aber ein Ganzkörperschutz wäre unglaublich umständlich, und der beste Schutz wäre etwas, das Astronauten tatsächlich tragen und trotzdem ihrer Arbeit nachgehen könnten.

Anstelle eines Alles-oder-Nichts-Ansatzes kann selektiver Schutz Wirksamkeit und Praktikabilität in Einklang bringen. Wenn Sie einige der gefährdetsten Organe wie Lunge oder Brustgewebe schützen können, können Sie dazu beitragen, die Sicherheit der Menschen zu gewährleisten, ohne sie übermäßig zu belasten.

Konzeptualisierung kumulativer Risiken

Als Menschen sind wir oft eher daran gewöhnt, Risiken als unmittelbare Gefahr denn als kumulativen Prozess zu betrachten. Denken Sie über den Unterschied zwischen der Flugangst und der Art und Weise, wie wir über langfristige Gesundheitsgefahren wie Rauchen denken, nach. Und wenn es um den Weltraum geht, denkt man natürlich an die Gefahren im Zusammenhang mit dem Versagen von Raketen oder der Explosion von Raumfahrzeugen, und es ist schwieriger, sich vorzustellen, wie die kumulative Strahlenbelastung aussieht.

Eine der wichtigsten Möglichkeiten, die kumulative Exposition zu reduzieren, besteht darin, einen Schutz zu schaffen, der gut genug ist, um einen gewissen Schutz zu bieten, aber vor allem auch so bequem ist, dass Astronauten ihn tragen können. „Wir wollen etwas, das Sie nicht nur schützt, sondern das Sie auch tragen möchten“, sagte Kelly. Er ist Mitglied des Beirats von StemRad und hat ein besonderes Verständnis für die Gesundheitsprobleme, mit denen Astronauten konfrontiert sind, da er dort tätig war Die bahnbrechende Zwillingsstudie der NASA über die Auswirkungen der Raumfahrt auf den menschlichen Körper.

Eine Weste schützt Körperteile und ermöglicht dennoch freie Bewegung. Und es kann auch dann wirksam sein, wenn es nur zeitweise getragen wird, wie Milstein betonte: „Bei der Nutzungsdauer kommt es nicht auf alles oder nichts an. Sie können das Produkt nur 70 Prozent der Zeit verwenden und es wird immer noch sehr wohltuend sein. Sie können es zum Duschen oder für anstrengende Aktivitäten wie Sport abnehmen. Denn Strahlung ist eine kumulierende Sache.“

Die Bedeutung der Ergonomie

Damit eine Weste in der Raumfahrt praktisch ist, müssen sich Astronauten beim Tragen frei bewegen können. Das AstroRad wurde auf der ISS von fünf Astronauten getestet, die es Tag und Nacht bei ihren regulären Aufgaben trugen, um festzustellen, ob es ihre Bewegungen beeinträchtigte.

„Für viele wichtige Dinge wie Essen und Schlafen – Dinge, die viel Zeit in Anspruch nehmen – war die Weste in Ordnung“, sagte Milstein. Allerdings behinderte die Weste bestimmte Bewegungen wie das Heben der Arme über den Kopf, was Aufgaben wie das Entladen eines Lastkraftwagens erschwerte.

„Das Entladen eines Frachtfahrzeugs ist eine Herausforderung, weil alles schwimmt“, sagte Kelly. „Wenn man eine Menge Gegenstände aus einer Tüte nimmt und die Tüte öffnet und sie alle wegschwimmen, und das muss man hinbekommen, es wird zu einer Herausforderung.“ Er sagte, die Herausforderung sei vor allem eine mentale, da sie von den Astronauten äußerste Vorsicht und Vorsicht erfordere methodisch. Aber jede Einschränkung der Bewegung wird eine ohnehin schon schwierige Aufgabe noch schwieriger machen.

„Mikrogravitation macht fast alles schwieriger“, sagte Kelly.

Um die Weste so flexibel wie möglich zu machen, ohne auf Schutz zu verzichten, besteht sie aus Tausenden von Sechsecken unterschiedlicher Tiefe, die in ein Netz eingepasst sind. Dadurch können bestimmte Bereiche stärker geschützt werden als andere (z. B. mehr Schutz über der Lunge) und gleichzeitig flexibel genug sein, um Bewegungen zu ermöglichen. Die Weste ist derzeit in zwei Größen erhältlich, für männliche und weibliche Körper, es gibt jedoch Pläne für eine modulare Variante System, das es ermöglichen würde, die Weste kürzer oder länger zu machen, um sie an unterschiedlichere Größen anzupassen Körper.

Testen des Schutzes in einem realen Szenario

Die mit dem AstroRad auf der ISS durchgeführten Tests dienten dazu, den Komfort und die Passform der Westen für Astronauten zu ermitteln, sie beurteilten jedoch nicht die Menge der blockierten Strahlung. Der beste Weg, die Wirksamkeit der Weste zu testen, besteht darin, sie in einer Situation zu sehen, die mit einer echten Mission mit Besatzung vergleichbar ist.

Aus diesem Grund waren bei der Artemis-I-Mission, die abgeschraubt wurde, die beiden torsoförmigen und mit Detektoren gefüllten Dummies Helga und Zohar dabei. Die beiden Oberkörper sind dafür konzipiert, einfallende Strahlungspartikel zu erkennen, und einer wird die Weste tragen, damit die Teams sehen können, wie effektiv die Weste diese Strahlung stoppt. Während des 25-tägigen Fluges von der Erde um den Mond und zurück werden sie derselben Strahlungsumgebung ausgesetzt sein, in der sich Astronauten bei künftigen Missionen befinden werden.

„Zum ersten Mal werden wir in der Lage sein, die Strahlungsdosis und das Eindringen der Strahlung in den Körper im Weltraum zu quantifizieren – etwas, das noch nie zuvor getan wurde.“ Und gleichzeitig eine mögliche Gegenmaßnahme validieren“, sagte Milstein. „Es wird eine Fundgrube an Daten über die Anfälligkeit des Menschen gegenüber Strahlung auf Organebene im Weltraum sein.“

Der Schwerpunkt von AstroRad liegt auf dem Schutz vor ionisierender Strahlung, da diese für die menschliche Gesundheit am gefährlichsten ist. Dieser Test wird aber auch zeigen, ob die Weste eine andere Art von Strahlung, die sogenannte galaktische kosmische Strahlung, wirksam stoppt. Diese Hintergrundstrahlung ist schwer zu blockieren, daher wird der Nutzen wahrscheinlich nur gering sein, aber es sind alles nützliche Daten für zukünftige Schutzmaßnahmen.

Die Psychologie des Risikomanagements

Die Erforschung des Weltraums ist immer mit einem gewissen Risiko verbunden, und Astronauten wird im Rahmen ihrer Arbeit beigebracht, diese Realität zu unterteilen. „Sie sind darauf trainiert, sich auf Ihren Job und Dinge zu konzentrieren, die Sie kontrollieren können, und alles andere zu ignorieren“, erklärte Kelly. „Sie sind sich des Risikos bewusst, lassen sich aber davon nicht entmündigen.“

Strahlung ist nur eines der vielen Risiken, mit denen Astronauten konfrontiert sind. Im Gegensatz zu unmittelbaren Risiken wie Startfehlern sei Strahlung jedoch „dieses unbekannte Risiko“, sagte Kelly. „Es ist ein anhaltendes Risiko, dem Sie sich für den Rest Ihres Lebens aussetzen.“

Es besteht eine moralische Verpflichtung der Raumfahrtbehörden, ihre Astronauten sowohl im Hinblick auf unmittelbare Risiken als auch im Hinblick auf langfristige gesundheitliche Auswirkungen so sicher wie möglich zu halten. Für die Artemis-Missionen zum Mond und für zukünftige bemannte Erkundungen weiter entfernt wird der Strahlenschutz ein wichtiger Bestandteil sein.

Für Kelly ist der Schlüssel zu seinem Risikomanagementansatz die Ausgewogenheit, bei der es darum geht, die Risiken zu mindern, die bewältigt werden können, und diejenigen zu bewältigen, die nicht bewältigt werden können. „Wir machen es so sicher wie möglich im Rahmen des Zumutbaren“, sagte er. „Wenn Sie möchten, dass die Dinge zu 100 % sicher sind, würden Sie Ihr Haus nie verlassen.“

Empfehlungen der Redaktion

• Die NASA stellt nach neunwöchiger Stille den Kontakt zum Mars-Helikopter wieder her
• Freiwillige der NASA werden ein ganzes Jahr lang in einem simulierten Marslebensraum leben
• So beobachten Sie am Freitag zwei US-Astronauten bei einem Weltraumspaziergang zur ISS
• Die NASA hat eine Woche lang den Kontakt zum Mars-Ingenuity-Hubschrauber verloren – aber jetzt ist alles in Ordnung
• Zu den Himmelsbeobachtungstipps der NASA im Juni gehört auch der Mars im Bienenstock