Die NASA-Schwerlastrakete SLS auf dem Startplatz in Florida
Die neue NASA-Schwerlastrakete SLS (Space Launch System) wird das Raumschiff Orion samt der beiden Astronautinnen-Phantome Helga und Zohar vom Startplatz am Kennedy Space Center in Florida in Richtung Mond befördern.
Das Experiment MARE (Matroshka AstroRad Radiation Experiment) untersucht mittels zweier baugleicher Messpuppen, die mit der ersten Mission Artemis 1 der NASA zum Mond fliegen, die Strahlenbelastung während des gesamten Fluges. Die beiden Messkörper, sogenannten Phantome, bestehen aus jeweils 38 Scheiben und sind 95 Zentimeter groß. Im Inneren der beiden befinden sich Organe und Knochen aus Kunststoff unterschiedlicher Dichte. Dort und auf der Oberfläche sind über 6000 passive Strahlungsdetektoren aus kleinen Kristallen sowie 16 aktive Detektoren an den strahlenempfindlichsten Organen des Körpers - Lunge, Magen, Gebärmutter und Knochenmark - eingebaut.
Die Rückkehr zum Mond steht kurz bevor. An diesem Mittwoch, den 16. November 2022 um 7:04 Uhr (MEZ), öffnet sich das Startfenster für die NASA-Mission Artemis I. Nach mehreren Verschiebungen soll es nun losgehen – zurück zum Mond, fast genau 50 Jahre nach dem letzten Apollo-Flug im Dezember 1972. Mit an Bord die #LunaTwins des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Die beiden Astronautinnen-Phantome Helga und Zohar des MARE-Experiments messen die kosmische Strahlung auf der Reise zum Mond und zurück. Die Wartezeit vor dem Start haben beide Phantome dank einer ausgeklügelten Stromsparstrategie gut überstanden. Rund 26 Tage Flug liegen nun vor ihnen. Am 11. Dezember 2022 wird die Orion-Kapsel mit den #LunaTwins zurück auf der Erde erwartet.
„Helga und Zohar sind fit für den Flug“, sagt Dr. Thomas Berger vom DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin. „Mögliche längere Wartezeiten vor dem Start hatten wir eingeplant, ebenso sind beide Messpuppen für die lange Flugzeit von mehreren Wochen ausgelegt.“ Wenn die neue SLS-Schwerlastrakete morgen planmäßig für den Testflug vom NASA Kennedy Space Center in Florida abhebt, beginnt ein umfangreiches Flugprogramm. Dabei wird das Orion-Raumschiff mit den beiden Messpuppen an Bord in einen Mondorbit eintreten und sich bis zu einer halben Million Kilometer von der Erde entfernen – weiter als je ein Crew-Raumschiff geflogen ist. „Auf diesem Weg liegen die Strahlungswerte deutlich höher als auf der Erde oder auch auf der Internationalen Raumstation. Wie genau wird das MARE-Experiment erstmals umfassend festhalten“, so Berger weiter.
Passive und aktive Strahlungs-Messsensoren
Die beiden Messkörper sind weiblichen Körpern samt Fortpflanzungsorganen nachempfunden, sodass die Strahlungsdosis auch in den besonders strahlungsempfindlichen Organen gemessen werden kann. Die Astronautinnen-Phantome, bestehen aus jeweils 38 Scheiben, sind 95 Zentimeter groß und 36 Kilogramm schwer. Zohar wiegt mit der AstroRad-Strahlenschutzweste, die bei dem Flug getestet wird, sogar 62 Kilogramm. Im Inneren der beiden Phantome befinden sich Organe und Knochen aus Kunststoff unterschiedlicher Dichte. Dort und auf der Oberfläche sind über 12.000 passive Strahlungsdetektoren aus kleinen Kristallen sowie 16 aktive Detektoren des DLR unter anderem an den strahlenempfindlichsten Organen des Körpers – Lunge, Magen, Gebärmutter und Knochenmark – eingebaut. Die passiven Strahlungsmessgeräte (Dosimeter) benötigen keinen Strom, messen kontinuierlich und liefern so einen über die gesamte Missionszeit summierten Wert der Strahlung. Mit dem Auslesen der Kristalle entsteht ein dreidimensionales Abbild des menschlichen Körpers, das zeigt, wie hoch die Strahlenbelastung während eines Mondfluges insgesamt auf Knochen und Organe an unterschiedlichen Stellen ist.
Die aktiven, batteriebetriebenen Detektoren, die in den beiden Phantomen integriert sind, erfassen zusätzlich die aktuelle Strahlenbelastung mit einer zeitlichen Auflösung von fünf Minuten. So können die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nachvollziehen, unter welchen Bedingungen und in welchen Phasen der Mission welche Strahlenbelastung auf die Körperteile einwirkt. Mit der nun längeren Wartezeit vor dem Start von Artemis I kam eine besonders raffinierte Stromsparmethode für die DLR Detektoren zum Tragen. „Unsere aktiven Strahlungsmessgeräte mit dem Namen M-42 befinden sich vor dem Start in einer Art Schlafmodus, der fast keinen Strom der Batterien benötigt“, erklärt DLR-Forscher Dr. Thomas Berger, der das MARE-Experiment leitet. „Erst beim Start aktivieren Beschleunigungssensoren die Geräte und die Strahlungsmessungen beginnen.“
Die 16 verbauten Strahlenmessgeräte (M-42) sind aktive Strahlungsmessgeräte. Es braucht also Strom, um den Strahlungsdetektor (eine kleine Si-Diode) und die dazugehörige Mess-Elektronik zu versorgen, um die dabei generierten Messdaten abzuspeichern. Doch wie wird selbst nach mehreren Startverschiebungen die Stromversorgung gewährleistet? Dr. Thomas Berger vom DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin und Leiter des MARE-Experiments erklärt, mit welchem Trick dies möglich war.
Video: Artemis I – Messinstrumente im Tiefschlaf
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Video: Artemis I – Messinstrumente im Tiefschlaf
Die 16 verbauten Strahlenmessgeräte (M-42) sind aktive Strahlungsmessgeräte. Es braucht also Strom, um den Strahlungsdetektor (eine kleine Si-Diode) und die dazugehörige Mess-Elektronik zu versorgen, um die dabei generierten Messdaten abzuspeichern. Doch wie wird selbst nach mehreren Startverschiebungen die Stromversorgung gewährleistet? Dr. Thomas Berger vom DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin und Leiter des MARE-Experiments erklärt, mit welchem Trick dies möglich war.
Das Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) leitet das Experiment MARE. Hauptprojektpartner sind die israelische Raumfahrtagentur ISA, der israelische Industriepartner StemRad, der die AstroRad-Schutzweste entwickelt hat, sowie Lockheed Martin und die NASA. MARE stellt in seiner Komplexität und in seiner internationalen Zusammenarbeit mit zahlreichen Universitäten und Forschungseinrichtungen aus Europa, Japan und den USA das größte Experiment zur Bestimmung der Strahlenbelastung für Astronautinnen und Astronauten dar, das jemals den erdnahen Orbit verlassen hat. Es liefert grundlegende Daten zur Abschätzung des Strahlenrisikos für die kommenden bemannten Flüge zum Mond.
USA und Europa fliegen mit Artemis zum Mond
Ziel der NASA-Mission Artemis I ist der erste zunächst unbemannte Raumflug der Orion-Kapsel zum Mond, ihn zu umrunden und zur Erde zurückzukehren. Dabei wird die Kapsel durch das European Service Module (ESM) angetrieben und versorgt, das mit deutscher Technologie hauptverantwortlich am Standort Bremen gebaut wurde. Die Flugzeit wird zwischen 26 und 42 Tagen betragen. Dabei ist das Experiment MARE als sogenannte secondary oder scientific payload dabei. Das bedeutet, beide Phantome müssen autark vom Raumschiff funktionieren. Von der Stromversorgung bis zur Datenspeicherung – alle Funktionen werden vollkommen unabhängig vom Orion-Schiff sein. Das neue Mond-Programm der NASA wurde in Anspielung auf die Apollo-Missionen Artemis benannt. Artemis ist in der griechischen Mythologie die Mondgöttin und Zwillingsschwester Apollons.
