Gesundheitsrisiko Marsflug

Spock und Kirk, Copyright: Paramount Pictures

Star Trek: „The Wrath of Khan“
Spocks Strahlungstod. *)
Copyright: Paramount Pictures

Die Veranstalter von „Mars One“ wird’s freuen: Strahlungstechnisch sind Flüge zum Mars zwar nicht ganz ohne, aber machbar. Ein internationales Team unter der Leitung von Cary Zeitlin vom Southwest Research Institute hat jüngste Forschungsergebnisse veröffentlicht. [1]

Vom 6. Dezember 2011 bis 14. Juli 2012 hatte der Radiation Assessment Detector (RAD), der sich zusammen mit der Sonde „Curiosity“ an Bord des betreffenden Raumfahrzeugs befand, auf seinem Flug zum Mars Daten gesammelt, die auch die bereits vorhandene Abschirmung durch das entsprechende Raumfahrzeug berücksichtigen. (Dies ist insofern ein Novum, als die Abschirmung der ISS oder diverser Shuttles nicht mit der des Marsraumfahrzeuges vergleichbar ist.) Somit liegen für einen Marsflug erstmals realistische Werte vor. Ihnen zufolge ergäbe sich für Marsreisende eine Strahlungsbelastung von rund 0,66  +/- 0,12 Sievert,  ausgehend von einer jeweils 180-tägigen Dauer der Hin- und Rückreise. Zum Vergleich: Die natürliche Strahlung, der wir auf der Erde im Durchschnitt ausgesetzt sind, beträgt 2,4 Milli(!)sievert pro Jahr.

Strahlungsarten

Was bedeutet dies nun konkret? Zunächst einmal heißt es, dass ein Raumfahrer mit dieser Strahlenbelastung bereits zwei Drittel der für die gesamte Berufslaufbahn empfohlenen Dosis abbekommt. Die Konsequenz ist primär ein um ca. 5% erhöhtes Risiko, an Krebs zu erkranken, verursacht durch zwei Arten von Strahlung:

  • Erstens die immer vorhandene kosmische Strahlung, die sich relativ leicht be- bzw. hochrechnen lässt (sog. GCR, „Galactic Cosmic Radiation“). Sie stellt ca. 95% der Strahlung, die die Astronauten erwartet. Sie ist sehr energiereich und durch herkömmliche Abschirmung eines Raumfahrzeuges kaum zu stoppen. Zudem gilt: Je größer die Masse der beteiligten Ionen (sprich: im Prinzip alles, was über Helium hinausgeht), desto schwieriger wird es, ihre Auswirkungen auf die Gesundheit der Raumfahrer abzuschätzen. Dies ist bei etwa 1% der kosmischen Strahlung der Fall. Man spricht hier von „HZE-Partikeln“ – Hohe (H) Ordnungszahl (Z) und Energie (E), wobei sich E insgesamt im Bereich von mehreren Hundert bis eintausend Mega-Elektronenvolt bewegt.
  • Zweitens sporadisch auftretende Strahlung durch Sonneneruptionen oder koronalen Massenauswurf (sog. SEP, „Solar Energetic Particles“). Diese Sonnenstrahlung beinhaltet zuweilen recht hohe Mengen an HZE-Partikeln, tritt aber nur zeitweilig auf und ist nicht präzise vorherzusagen. Auch hier treten Werte von mehreren Hundert MeV auf. Während der Reise zum Mars waren 5 solcher Solar-Ereignisse zu verzeichnen.

Strahlung

Strahlungswerte einer Marsmission. Quelle: [1]

Hinzu kommt noch die sog. Sekundärstrahlung, die durch die Interaktion (= Kollision) der oben genannten Ionen mit dem Material des Raumschiffs selbst entsteht.

Strahlenschutz

Die errechneten Werte der Mission lassen sich aufgrund der Unvorhersehbarkeit der Sonnenaktivität natürlich nicht 1:1 auf jede Marsmission übertragen, sondern können und werden schwanken. Insgesamt stellen sie auch ein kleineres Risiko dar als dasjenige, durch Tabakkonsum an Krebs zu erkranken. Man muss allerdings bedenken, dass die Sonnenaktivität während des Messzeitraums vergleichsweise gering war und in Zukunft eher zu- als abnehmen wird. Außerdem sind Marsflüge auch eine Vorbereitung für noch länger dauernde Missionen, und es leiden nicht nur Menschen, sondern auch Tiere und ggf. überlebenswichtige Pflanzen an Bord unter der Strahlung. Des weiteren ist es wahrscheinlich, dass eine höhere Strahlungsdosis nicht nur das Krebsrisiko erhöht, sondern auch Ei- und Samenzellen schädigt. Daher muss man sich überlegen, wie man die Strahlungsdosis für Astronauten und Nutzlast generell reduzieren könnte.

Die erste Möglichkeit ist relativ simpel: Man verringert die Reisedauer, indem man günstigere Transitfenster wählt oder das Fahrzeug mit einem leistungsfähigeren Antrieb ausstattet. Darüber hinaus gibt es jedoch noch einige Optionen, das Raumfahrzeug gegen die Strahlen selbst zu schützen oder gar beide Ansätze mit einander zu kombinieren. Denkbar wäre z.B. ein Plasmaschild, das die Abgase des Antriebs quasi als Schutzmantel nutzen würde. Weitere Möglichkeiten wären Schilde aus Wasser oder Eis in den Zwischenwänden des Raumschiffs, oder schlicht dickere Metallhüllen, wie ich in einem früheren Blogeintrag bereits erwähnte.

Einmal auf dem Mars angekommen dürfte es die Planetenkostellation in den seltensten Fällen ermöglichen, sich nach nur wenigen Tagen wieder auf die Rückreise zu begeben. Meist muss man mehrere Monate lang warten, um wieder ein geeignetes Startfenster für eine minimale Reisedauer nutzen zu können. Was also für eine komplette Marsmission noch aussteht, sind die Daten samt Analyse der Strahlung auf dem Mars selbst. Sie werden Aufschluss geben über die Intensität bzw. Art und Weise, wie die Habitats auf dem Mars für längere Aufenthalte geschützt sein müssen, abhängig von Höhe, Breitengrad, Jahreszeit und nicht zuletzt auch Witterung (Sandstürme!). Der RAD wird daher regelmäßig neu justiert und ausgelesen, um diese Daten schnellstmöglich zu beschaffen. Die Wissenschaftler hoffen, dass eine tatsächliche bemannte Mission um das Jahr 2030 herum erfolgen kann. „Mars One“ will die ersten Marsfahrer bis Anfang 2023 zu unserem Nachbarplaneten bringen. Hoffentlich mit ausreichendem Strahlenschutz.
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[1] C. Zeitlin, D. M. Hassler, F. A. Cucinotta et al.: „Measurements of Energetic Particle Radiation in Transit to Mars on the Mars Science Laboratory

*) Sorry, der musste leider sein. ^^