オリオン宇宙船での月面ミッション中の放射線被ばく

Als Ende November 2022 das amerikanische Raumschiff Orion zu seiner ersten Mondumrundung aufbrach, saßen im Cockpit die beiden Dummy-Astronauten – „Helga“ und „Zohar“. Die beiden Fluggäste sollten während der 25 Tage dauernden Artemis-I-Mission die Strahlung registrieren, der lebende Astronauten während eines Flugs zum Erdtrabanten an Bord einer Orion-Kapsel ausgesetzt wären. Nach einer Analyse der gewonnenen Daten präsentieren die an der Mission beteiligten Wissenschaftler nun die ersten Messergebnisse in der Zeitschrift „Nature“.

Zwar hat es schon während früherer Weltraummissionen Strahlenmessungen gegeben, sie fanden aber hauptsächlich auf dem amerikanischen Space Shuttle und der Internationalen Raumstation an Bord des europäischen Columbus-Laboratoriums im niedrigen Erdorbit statt. Die ISS kreist in 400 Kilometern Höhe um die Erde. Dort wird der Löwenanteil der Strahlung aus dem Weltraum vom Erdmagnetfeld abgeschirmt. Einige Strahlungsmessungen stammen auch von den Apollo-Mondmissionen aus den 1970er-Jahren.

Mit der Mission Artemis I wurde erstmals die kontinuierliche Strahlenbelastung in einem Orion-Raumschiff jenseits des erdnahen Orbits erfasst. Dort dominieren die ionisierende Strahlung des Van-Allen-Gürtels – dies sind zwei ringförmige Bereiche um die Erde, die sich in einer Höhe zwischen rund 700 und 6000 Kilometern befinden – der Sonnenwind, der schnelle geladene solare Teilchen ins All weht, sowie die kosmische Strahlung, die vorwiegend aus energiereichen Wasserstoff- und Heliumkernen besteht.

Um Informationen über die Strahlungsbelastung innerhalb der Orion-Kapsel zu erhalten, sind vor dem Start an verschiedenen Stellen des Raumschiffs Dosimeter angebracht worden. Die beiden Puppen – sie stammen vom Institut für Raumfahrtmedizin des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt in Köln und der israelischen Raumfahrtagentur Isa – hatte man mit unzähligen Sensoren bestückt. Diese sollten Daten liefern, welcher Strahlenbelastung die menschliche Haut, die Knochen und die inneren Organe im Weltraum ausgesetzt sind.

科学者らは両方の測定ダミーを女性宇宙飛行士の解剖学的構造に基づいてモデル化した。来年計画されている有人月探査計画「アルテミスII」では、初めて女性のクリスティーナ・ハンモック・コッホさんが搭乗する。飛行中に宇宙飛行士を放射線から可能な限り守るために、NASA は宇宙飛行中の女性の潜在的な被ばくについてさらに多くの知識を必要としています。原爆投下から、男性よりも電離放射線によるガンのリスクが高いことがわかっています。ゾハルさんはイスラエルの新興企業が開発した放射線防護ベストも着用した。これは、主に高エネルギー電子から体を保護することを目的とした特別な液体で満たされています。

この研究には、アメリカとヨーロッパの宇宙機関NASAとESAの研究者も参加しており、月への飛行と帰還のどの段階で放射線被ばくがどの程度高かったかを示している。 11月16日の打ち上げから30分後、オリオン宇宙船は内側のヴァン・アレン放射線帯を通過した。高エネルギー陽子の濃度が特に高い場所です。これに伴い、カプセル内の放射線量が著しく増加した。ただし、測定値はどこでも同じではありませんでした。場合によっては、センサーが保護されたエリアに設置されているか、シールドされていないエリアに設置されているかに応じて、値は 4 倍も異なります。

測定された最大荷重はコックピットで測定され、最小荷重はシェルターで測定されました。強い放射線がある場合、乗組員はこの遮蔽エリアに退却できます。 NASAによると、この春に経験したような太陽からの激しい放射線のバーストから、そこにいる宇宙飛行士たちは安全だという。強い太陽嵐は内側のバン・アレン放射線帯と同様に高い線量率を示した、とヒューストンにあるNASAのジョンソン宇宙センターのスチュアート・ジョージとDLRのトーマス・バーガーが率いる研究者らは研究の中で書いている。

しかし、アルテミス I の 25 日間の任務中、太陽現象は検出されませんでした。放射線帯の陽子と電子に加えて、銀河宇宙線が特に支配的でした。研究者らによると、月が周回するにつれてその遮蔽効果により、この量は減少したという。

そしてダミーは2人？彼らはミッション中、26.7～35.4ミリシーベルトの放射線量にさらされたことになる。シーベルトという単位は、電離放射線によるリスクを記録するために使用される。これらのレベルは、NASAの宇宙飛行士がキャリアを通じて吸収できる限界値の600ミリシーベルトをはるかに下回るだろう。ドイツでは、一般人口の放射線限度は年間1ミリシーベルト、職業的に放射線にさらされる人々の場合は年間20ミリシーベルトです。

科学者らは、アルテミスIと同様のミッション条件が満たされると仮定すると、数日から数週間続く予定のアルテミスミッションによる放射線被ばくが現在のNASAの宇宙飛行士の制限を超える可能性は低いと述べている。研究者らは、火星への飛行による放射線被ばくについても自信を持っている。宇宙飛行士は主に銀河宇宙放射線にさらされており、これは地球磁場の外でも一定です。おそらく総線量は、上記の制限値 600 ミリシーベルトをはるかに下回ったままであると考えられます。

アルテミス I ミッション中の宇宙船の向きも、カプセル内の放射線レベルに影響を与えました。これは、月飛行のためにバン・アレン放射線帯で90度回転したときに明らかでした。放射線量は予想外に50パーセント減少した。入ってくる放射線は主に最も強力な遮蔽が位置する宇宙船に当たると研究者らはその影響を説明している。 「これは、そのような飛行操作により宇宙船内の乗組員の放射線被ばくを大幅に削減できることを示しています」とDLRの放射線物理学者バーガーは言う。

オリオン カプセルには、HERA (「ハイブリッド電子放射線評価装置」) 放射線測定装置と警告システムも装備されています。これは、宇宙船の異なる遮蔽領域に設置された 3 つの放射線センサーで構成されています。乗組員が強い太陽フレアなどの高エネルギー放射線事象にさらされた場合、警告信号が鳴ります。この場合、乗組員はより遮蔽されたエリアに移動します。