Bessere Mission-Designs dank Teilchenbeschleuniger

Teilchenbeschleuniger beim GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung.
9 Dezember 2011

Wie wirkt sich die Strahlung bei einem langen Raumflug auf Menschen und Raumfahrzeug aus? Das erforschen ESA und DLR in Kooperation mit dem GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt. Dort fand von 15. bis 17. November 2011 das Statusseminar Strahlen- und Astrobiologie statt, bei dem Wissenschaftler aktuelle Erkenntnisse austauschten.

Außerhalb von schützender Atmosphäre und Erdmagnetfeld sind Astronauten, Satelliten und Raumsonden kosmischer Strahlung ausgesetzt. Doch Strahlung ist nicht gleich Strahlung: Je nachdem welche Teilchen, mit welchen Energien wie lange auf Raumfahrzeug und Insassen wirken, können ganz unterschiedliche Effekte auftreten.

Diese Effekte auf Materialien, Elektronik und menschliches Gewebe lassen sich am besten mit einem Teilchenbeschleuniger, wie dem SIS18 beim GSI, erforschen. Denn die beschleunigten Teilchen lösen hier auf der Erde die gleichen Effekte aus, wie die Strahlung im Weltall. So können Forscher Materialien testen, damit Elektronik und Menschen im Weltall den besten Schutz erhalten.

Dickere Schutzschilde nicht unbedingt effektiver

Internationale Raumstation (ISS).

Eine wichtige Erkenntnis im Bereich Strahlen- und Astrobiologie präsentierten Prof. Marco Durante von der GSI Biophysikgruppe und Dr. Francis Cucinotta vom NASA Space Radiation Programm auf dem Statusseminar beim GSI. Sie haben herausgefunden, dass ein Schutzschild nicht unbedingt besser vor Strahlung schützt, je dicker es ist.

Im Prinzip schützt ein dickes Schild Astronauten zwar gegen langfristige Folgeerkrankungen, weil es Strahlung abfängt, aber die Effektivität dieses Schutzes nimmt mit zunehmender Dicke schnell ab.

Denn die entstehende geringe bis moderate Sekundärstrahlung, schädigt biologisches Gewebe mehr als die Hochenergiestrahlung. Dieser Schluss lässt sich auf empfindliche Elektronik übertragen – das Herzstück eines jeden Satelliten.

Konsequenzen für Mission-Design der ESA

SMART-1 kreist um den Mond.

„Ergebnisse aus der Astrobiologie sind auch speziell für uns beim Europäischen Satellitenkontrollzentrum (ESA/ESOC) interessant“, sagt Dr. Markus Landgraf. „Denn wir berechnen hier die Flugbahn mit der Satelliten und Raumsonden auf ihre Mission geschickt werden – das sogenannte Mission-Design. Meistens versuchen wir eine Variante zu wählen, bei der die Gesamtbelastung mit Strahlung möglichst gering ist. Aber Experimente mit Teilchenbeschleunigern ergeben, dass eine hohe Gesamtdosis nicht immer so schädlich ist, wie geringe Dosen hochenergetischer Strahlung. Denn diese dringt tiefer in das Raumfahrzeug ein, wo hoch sensible Nutzlasten bleibend geschädigt werden können. Wissen wir über solche Effekte Bescheid, können wir das bei unseren Berechnungen berücksichtigen und können eventuell Langzeitmissionen planen, die bisher für unmöglich gehalten wurden.“

Das GSI und das Europäische Zentrum für Weltraumforschung- und Technologie der ESA (ESTEC) haben bereits erfolgreich empfindliche Instrumente für den Gebrauch im Weltraum angepasst. Nun sei auch ein erster Grundstein für eine tiefgreifendere Zusammenarbeit von ESOC und GSI gelegt, so Landgraf.

EXPOSE, IBER und Astronauten-Expertise

Christer Fuglesang during STS-128 preflight training
ESA-Astronaut Christer Fuglesang.

Beim Statusseminar Strahlen- und Astrobiologie berichteten Forscher der Technischen Universität München außerdem vom Experiment EXPOSE, bei dem Pilz- und Farnsporen der Weltraumstrahlung ausgesetzte und danach untersucht wurden. Der schwedische ESA-Astronaut und Leiter der ESA ISS Science Division Dr. Christer Fuglesang berichtete von seinen Erfahrungen im All.

Dr. Patrick Lau vom DLR Köln schilderte ein Experiment, das im Rahmen des ESA-IBER (Investigations into Biological Effects of Radiation) durchgeführt wurde: Welchen Einfluss haben Weltraumbedingungen auf Knochenzellen im Reagenzglas? Bei der Veranstaltung „Wissenschaft für alle“ in diesem Rahmen konnten Besucher Markus Landgraf zum Thema „Weltraum und Leben“ befragen.

Auch der Wissenschaftstag am 12. Dezember in der Centralstation in Darmstadt, bietet ab 19.00 Uhr die Gelegenheit, Fragen zum Thema „Mars“ an den Astronauten Dr. Reinhold Ewald und Wissenschaftler des GSI und der ESA zu stellen.

GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung

Matroshka http://www.esa.int/esaCP/SEMDHA6Y3EE_index_0.html

European Exposure Facility EXPOSE-E http://www.go.dlr.de/musc/expose/expose_e.php

DOSIS http://www.dlr.de/desktopdefault.aspx/tabid-5102/8591_read-19401/

BOSS - Biofilm Organisms Surfing Space http://www.uni-due.de/biofilm-centre/mikro_projekte_boss.shtml

EXPOSE: Experimente zur Entstehung des Lebens http://www.dlr.de/iss/desktopdefault.aspx/tabid-4263/6839_read-9955/

TRIPLELUX-B http://eea.spaceflight.esa.int/?pg=exprec&id=9175&t=2602802896&oss=triplelux

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