Die Artemis-I-Mission, die kürzlich einen historischen Testflug um den Mond absolvierte, hatte keine Astronauten an Bord – aber sie hatte zwei ganz besondere Passagiere: Helga und Zohar, ein Paar sehr anatomisch detaillierter Dummy-Torsi, von denen einer trug für die Reise eine spezielle Strahlenschutzweste. Ihr Auftrag? Messen Sie die Strahlenbelastung im Weltraum und bestimmen Sie, ob eine Weste dazu beitragen kann, Astronauten vor den unsichtbaren Gefahren des Weltraums zu schützen.
Um mehr über die Bedrohung durch Weltraumstrahlung und den Schutz von Astronauten davor zu erfahren, sprachen wir mit dem CEO des Unternehmens, das die Weste herstellt, StemRad, sowie mit dem pensionierten NASA-Astronauten Scott Kelly, einem Veteranen von Raumstationsmissionen bekannt für seine Rolle in der Erforschung der Astronautengesundheit.
Die unsichtbaren Gefahren der Strahlung
Hier auf der Erde sind 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 die niedrige Erdumlaufbahn verlassen, wie sie es tun müssen, um den Mond (und andere potenzielle Orte im Sonnensystem, wie den Mars) zu besuchen, sind sie gefährlicher Strahlung ausgesetzt.
Langfristig kann die Exposition gegenüber dieser Strahlung – die aus geladenen Teilchen der Sonne, den sogenannten Sonnenwinden, Teilchen, die bei koronalen Massenauswürfen ausgestoßen werden, und kosmischer Strahlung besteht – zu einer Vielzahl von Gesundheitsproblemen führen. Am wichtigsten ist, dass die Strahlenbelastung die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass jemand an Krebs oder verschiedenen degenerativen Krankheiten erkrankt. Aus diesem Grund haben die NASA und andere Weltraumbehörden eine Obergrenze dafür, wie viel Strahlung ein Astronaut im Laufe seines Lebens ausgesetzt sein kann.
Die Belastung, die Astronauten in einer orbitalen Umgebung wie der Internationalen Raumstation erfahren, ist viel geringer als bei einer Reise zum Mond, aber es reicht immer noch aus, um die Besatzung zu beeinträchtigen. „Manchmal sieht man, wie kosmische Strahlen auf Ihren Augapfel treffen, und Sie erkennen, dass das Strahlung ist und sowohl durch Ihren Körper als auch durch Ihre Augen geht“, sagte Scott Kelly, der mehrere Missionen auf der Internationalen Raumstation (ISS) absolviert hat. „Also ist es etwas, dessen du dir bewusst bist.“
Unterwegs jenseits der Magnetosphäre
Mit den Plänen 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 hatten das Glück, während ihrer Abwesenheit keine Sonnenpartikelereignisse zu erleben, die die Strahlungswerte erhöhten. 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 hergestellte Weste bedeckt das Becken und den Oberkörper und schützt die am stärksten gefährdeten Organe vor Sonneneinstrahlung. Es mag überraschend erscheinen, dass Strahlenschutz nur an bestimmten Körperteilen angebracht werden kann, und Oren Milstein, CEO von StemRad, sagte, dass viele derjenigen in der Raumfahrtindustrie, denen er die Idee vorstellte, ebenfalls überrascht waren. Aber ein Ganzkörperschutz wäre unglaublich umständlich, und der beste Schutz wäre etwas, das Astronauten tatsächlich tragen und trotzdem ihre Arbeit erledigen könnten.
Anstelle eines Alles-oder-Nichts-Ansatzes kann selektiver Schutz Effektivität und Praktikabilität in Einklang bringen. Wenn Sie einige der am stärksten gefährdeten Organe wie Lunge oder Brustgewebe schützen können, können Sie dazu beitragen, Menschen zu schützen, ohne sie übermäßig zu belasten.
Kumulative Risiken konzeptualisieren
Als Menschen sind wir es oft eher gewohnt, Risiken im Sinne einer unmittelbaren Gefahr als eines kumulativen Prozesses zu betrachten. Denken Sie an den Unterschied zwischen der Flugangst und der Art und Weise, wie wir über langfristige Gesundheitsgefahren wie das Rauchen denken. Und wenn es um den Weltraum geht, ist es natürlich, an Gefahren in Form von Raketenversagen oder explodierenden Raumfahrzeugen zu denken, 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 bequem genug ist, dass Astronauten ihn tragen können. „Wir wollen etwas, das Sie nicht nur schützt, sondern auch etwas, das Sie 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 Teil davon war Die bahnbrechende Zwillingsstudie der NASA zu den Auswirkungen von Raumfahrtflügen auf den menschlichen Körper.
Eine Weste schützt Teile des Körpers und ermöglicht dennoch Bewegungsfreiheit. Und es kann auch dann effektiv sein, wenn es nur gelegentlich getragen wird, wie Milstein betonte: „Es geht nicht um alles oder nichts in Bezug auf die Nutzungsdauer. Sie können das Produkt nur 70 Prozent der Zeit verwenden und es wird immer noch sehr vorteilhaft sein. Sie können es abnehmen, um zu duschen oder anstrengende Aktivitäten wie Sport zu treiben. Denn Strahlung ist eine kumulative Sache.“
Die Bedeutung der Ergonomie
Damit eine Weste in der Raumfahrt praktisch ist, müssen Astronauten sich frei bewegen können, während sie sie tragen. Das AstroRad wurde auf der ISS von fünf Astronauten getestet, die es Tag und Nacht trugen, während sie ihren regulären Aufgaben nachgingen, um zu sehen, ob es ihre Bewegungen beeinträchtigte.
„Für viele lebenswichtige Dinge wie Essen und Schlafen – Dinge, die viel Zeit in Anspruch nehmen – war die Weste in Ordnung“, sagte Milstein. Die Weste behinderte jedoch bestimmte Bewegungen wie das Heben der Arme über den Kopf, was Aufgaben wie das Entladen eines Frachtfahrzeugs erschwerte.
„Das Entladen eines Frachtfahrzeugs ist eine Herausforderung, weil alles schwimmt“, sagte Kelly. „Wenn du einen Haufen Gegenstände aus einer Tasche nimmst und die Tasche öffnest und sie alle wegschweben und du das bewältigen musst, wird das zu einer Herausforderung.“ Er sagte, die Herausforderung sei hauptsächlich eine mentale, da Astronauten äußerst vorsichtig und methodisch vorgehen müssten. Aber jede Bewegungseinwirkung wird eine ohnehin schon schwierige Aufgabe noch schwieriger machen.
„Die Mikrogravitation macht so ziemlich 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), während sie dennoch flexibel genug sind, um Bewegungen zu ermöglichen. Die Weste ist derzeit in zwei Größen erhältlich, für männliche und weibliche Körper, aber es gibt Pläne für ein modulares System, das es der Weste ermöglichen würde, kürzer oder länger zu werden, um mehr unterschiedlich große Körper aufzunehmen.
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 verstehen, aber sie bewerteten nicht die Menge der blockierten Strahlung. Daher ist der beste Weg, die Wirksamkeit der Weste zu testen, sie in einer Situation zu sehen, die mit einer echten bemannten Mission vergleichbar ist.
Aus diesem Grund enthielt die unbemannte Artemis-I-Mission die beiden torsoförmigen und mit Detektoren gefüllten Dummies Helga und Zohar. Die beiden Oberkörper sind so konzipiert, dass sie einfallende Strahlungspartikel 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 der gleichen Strahlungsumgebung ausgesetzt wie Astronauten bei zukünftigen Missionen.
„Zum ersten Mal überhaupt werden wir in der Lage sein, die Strahlendosis und das Eindringen der Strahlung in den Körper im Weltraum zu quantifizieren – etwas, das noch nie zuvor gemacht wurde. Und validieren Sie gleichzeitig eine mögliche Gegenmaßnahme“, sagte Milstein. “Es wird eine Fundgrube an Daten über die menschliche Anfälligkeit für Strahlung auf Organebene im Weltraum sein.”
Der Fokus von AstroRad liegt auf dem Schutz vor ionisierender Strahlung, da diese für die menschliche Gesundheit am gefährlichsten ist. Aber dieser Test wird auch zeigen, ob die Weste eine andere Art von Strahlung, die als galaktische kosmische Strahlung bezeichnet wird, 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. „Du bist darauf trainiert, dich auf deine Arbeit und Dinge zu konzentrieren, die du kontrollieren kannst, und alles andere zu ignorieren“, erklärte Kelly. „Sie sind sich des Risikos bewusst, aber Sie lassen sich davon nicht entmündigen.“
Strahlung ist nur eines der vielen Risiken, mit denen Astronauten konfrontiert sind. Im Gegensatz zu unmittelbaren Risiken wie Startfehlern ist Strahlung jedoch „dieses unbekannte Risiko“, sagte Kelly. “Es ist ein anhaltendes Risiko, dem Sie sich für den Rest Ihres Lebens aussetzen.”
Weltraumbehörden sind moralisch verpflichtet, ihre Astronauten so gut wie möglich zu schützen, sowohl in Bezug auf unmittelbare Risiken als auch in Bezug auf langfristige gesundheitliche Auswirkungen. Für die Artemis-Missionen zum Mond und für zukünftige bemannte Erkundungen in weiter Ferne wird der Strahlenschutz ein wichtiger Bestandteil davon sein.
Für Kelly liegt der Schlüssel zu seinem Risikomanagementansatz in der Ausgewogenheit, was bedeutet, die bewältigbaren Risiken zu mindern und die unbewältigbaren zu handhaben. „Wir machen es so sicher, wie es im Rahmen des Zumutbaren möglich ist“, sagte er. „Wenn Sie wollen, dass die Dinge 100 % sicher sind, würden Sie Ihr Haus nie verlassen.“
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