Neues vom Weltraumphantom: Das Matroschka-Experiment geht weiter

"Expedition 11"-Besatzung mit Matroschka in der ISS
1 November 2005

Anderthalb Jahre lang schwebte ein Phantom vor den Türen der Internationalen Raumstation ISS. Jetzt leistet es der Besatzung in der Station Gesellschaft. Eine Geistergeschichte? Nein – sondern ein durchaus ernsthaftes Experiment, um die Strahlenbelastung innerhalb und außerhalb der ISS zu ermitteln.

Das mysteriöse „Phantom“ ist in Wirklichkeit eine Spezialpuppe, die zur ESA-Experimentalanlage „Matroschka“ gehört. Diese hatte man am 27. Februar 2004 an der Außenwand der ISS montiert. Ziel des Experiments ist es, herauszufinden, welcher Strahlendosis die Astronauten bei Weltraumausstiegen ausgesetzt sind.

Denn nur wenn die Strahlendosen bekannt sind, die auf empfindliche Organe der Astronauten einwirken, lassen sich die Risiken kosmischer Strahlung einschätzen. Diese sind bisher immer noch nicht genau bekannt. Die Ergebnisse des Experiments könnten daher helfen, Gegenmaßnahmen zu entwickeln, um die Astronauten vor den Auswirkungen der kosmischen Strahlung zu schützen.

Entwickelt hat das Experiment das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) im Auftrag der Europäischen Weltraumorganisation ESA. DLR-Projektleiter ist Dr. Günther Reitz, der gleichzeitig auch das wissenschaftliche Team des Matroschka-Projekts leitet. Die „Phantompuppe“ selbst ist einem Menschen nachgebildet – sie hat einen Kopf und einen Oberkörper, dessen Größe, Form, Position und Masse einem menschlichen Körper ähnelt. Um die Schutzwirkung eines Raumanzugs zu simulieren, steckt die Puppe in einem Behälter aus Kohlefaser und verstärktem Kunststoff.

Matroshka
Matroschka-Experiment: Phantom mit Behälter

Seit seiner Ankunft auf der ISS hat der Matroschka-Versuchsaufbau gut funktioniert. In seinem Inneren war kein nennenswerter Druckverlust festzustellen, und auch die Temperatur blieb im Rahmen des Erwarteten. Die aktiven Detektoren im Inneren des Behälters haben bereits eine verwertbare Menge an Daten geliefert, die inzwischen zur Analyse an die beteiligten Wissenschaftler weitergeleitet wurden.

Im Rahmen eines Weltraumausstiegs am 18. August 2005 brachte die ISS-Besatzung „Expedition 11“ den Matroschka-Aufbau in die ISS zurück. Zum Abschluss der ersten Versuchsrunde entfernte die neue Besatzung „Expedition 12“ die passiven Strahlungsdetektoren im Inneren und Äußeren des Aufbaus. Inzwischen sind diese Detektoren auch schon wieder auf der Erde – zusammen mit der „Expedition 11“-Besatzung, die am Morgen des 11. Oktober sicher in Kasachstan landete.

Die „Expedition 12“-Besatzung wird nun neue passive Strahlungsdetektoren montieren. Dies dient der Vorbereitung auf eine neue Versuchsrunde namens Matroschka II.A. Angeliefert werden die Detektoren mit dem Transportflug Progress 20P, der am 21. Dezember 2005 starten soll.

Sobald die neuen Detektoren installiert sind, wird der Matroschka-Aufbau etwa ein Jahr lang im Inneren der ISS installiert. Dort wird er weitere Messwerte aufzeichnen, die Aufschluss über die Strahlenwerte in der ISS geben. Anschließend geht es noch einmal für ein gutes Jahr zurück an die Außenwand der ISS.

Removing Matroshka
Das Matroschka-Experiment wird vom Swesda-Modul entfernt

Darüber hinaus ist eine weitere Versuchsrunde namens Matroschka II.B geplant, bei der aktive Strahlungs-Dosimeter zum Einsatz kommen sollen. Diese wurden bereits in der ersten Matroschka-Versuchsrunde verwendet und sind daher schon am Versuchsaufbau montiert.

Während die passiven Detektoren nach dem Rücktransport auf die Erde analysiert werden, um Daten zu den kumulierten Strahlungsdosen zu erhalten, melden die aktiven Detektoren die gemessenen Strahlungswerte in Echtzeit. Die Ergebnisse werden an das Moskauer Missionskontrollzentrum übertragen und anschließend zur Auswertung an die Forscher im Kölner Nutzerunterstützungszentrum (MUSC) weitergeleitet.

Zwei der aktiven Dosimeter, DOSTEL und SSD, wurden von der Universität Kiel gebaut. Bei DOSTEL (DOSimetrie-TELeskop) handelt es sich um ein Teleskop-Messgerät für geladene Teilchen. Es erfasst Teilchenraten, Dosisraten und lineare Energieübertragungsspektren (LET) für Strahlung aus den Van-Allen-Gürteln, aus dem „tiefen Raum“ (Deep Space) und von der Sonne. Das SSD (Silizium-Szintillator-Dosimeter) hingegen ignoriert geladene Teilchen und ermöglicht es dadurch, die Neutronendosis zu messen.

Retrieval Matroshka
Der Matroschka-Aufbau wird bei einem Weltraumausstieg im August wieder in die Station geholt

Ein weiteres aktives Dosimeter verbirgt sich hinter der Abkürzung TEPC (Tissue Equivalent Proportional Counter, gewebeäquivalenter Proportionalzähler). Dabei handelt es sich um eine Niederdruck-Ionisierungskammer, die von 1,9 mm gewebeäquivalentem Material (A-100) umgeben ist. Der TEPC misst alle Strahlungsarten und kann pro Minute ein LET-Spektrum aufzeichnen. Gebaut wurde er am Johnson Space Center der NASA im amerikanischen Houston. Sobald alle vertraglichen Formalitäten geregelt sind, sollen die aktiven Dosimeter Mitte des nächsten Jahres für die Matroschka II.B-Experimente aktiviert werden.

Im Anschluss an eine Machbarkeitsstudie, die am 21. September 2005 grünes Licht gab, werden zwei Verträge die Matroschka II-Experimente abdecken. Der erste Vertrag wird zwischen der ESA und dem DLR geschlossen. In seinem Rahmen übernimmt das DLR das Projektmanagement, die Koordination mit den russischen Partnern, die Lieferung der passiven Detektoren sowie die Ausarbeitung des Wissenschaftsprogramms.

Der zweite Vertrag zwischen der ESA und Roscosmos umfasst die Entwicklung von Schnittstellen-Hardware, den Transport und Betrieb der technischen und wissenschaftlichen Geräte sowie die Lagerung und Handhabung des Matroschka-Versuchsaufbaus.

Weitere Informationen erhalten Sie von:

Dieter Isakeit
Head of Erasmus User Centre and Communication Office
Directorate of Human Spaceflight, Microgravity and Exploration Programmes
ESA/ESTEC
Tel: +31 71 565 5451
Fax: +31 71 565 8008

Jan Dettmann
Matroshka Project Manager
Directorate of Human Spaceflight, Microgravity and Exploration Programmes
ESA/ESTEC
Tel: +31 71 565 5435
Fax: +31 71 565 6603

Dr. Günther Reitz
Head of the Radiation Biology Section
German Aerospace Center (DLR)
Institute of Aerospace Medicine
Radiation Biology Section
Linder Höhe
Köln (Deutschland)
Tel: +49 2203 601-3117
Fax: +49 2203 61970

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