Einem italienischen und deutschen Team gelang ein großer Forschungsdurchbruch, indem es zeigte, dass Permanentmagnete eine zentrale Rolle beim Schutz von Astronauten vor Strahlung bei Reisen im Weltraum spielen könnten. Radiologische Ereignisse wie galaktische kosmische Strahlung und Sonneneruptionen gehören zu den häufigsten Gefahren, mit denen sich Forscher befassen, und sind ein wichtiger Gesichtspunkt für aktuelle und zukünftige Weltraummissionen. Das Forschungsteam packte 1.482 permanente Neodym-Eisen-Bor-Magnete mit einer Größe von jeweils 1,6 Quadratzoll in eine 11 Quadratfuß große Anordnung, die am Ende 661 Pfund wog. Die Anlage lenkte etwa 20 % der Sonnenpartikel im Energiebereich von 0,1 bis 10 Megaelektronenvolt ab. Obwohl das Experiment zeigte, dass diese Lösung niederenergetische Teilchen erfolgreich ablenken konnte, konnten hochenergetische Teilchen dennoch die Abschirmung des Magneten durchdringen. Obwohl das Konzept keine energiereiche Strahlung abwehrt, könnte es Teil eines hybriden Schutzsystems sein, das Astronauten schützen soll.
Dies ist nicht das erste Mal, dass Forscher die Möglichkeit des Einsatzes von Magneten zur Abwehr von Strahlung untersuchen. Supraleitende Magnete, die ein 1-Tesla-Magnetfeld um Raumfahrzeuge herum bilden, wurden ebenfalls untersucht, stellen jedoch praktische Probleme dar und erfordern kryogene Kühlung und konstante, ausfallsichere Stromquellen, um den Schutz aufrechtzuerhalten. Aufgrund von Gewichtsbeschränkungen und der Gefahr von Stromausfällen wäre die Bereitstellung dieser wesentlichen Elemente auf einem Raumschiff sehr schwierig.
Das Problem, Astronauten vor Strahlung zu schützen, ist aktueller denn je, da die Menschheit der Erforschung des Mars immer näher rückt und weiter in den Weltraum vordringt als je zuvor. Raumfahrtunternehmen auf der ganzen Welt tun derzeit nicht genug, um Strahlenschutz in die Rümpfe von Raumfahrzeugen zu integrieren, und Forschungen wie diese werden die Machbarkeitsgrenzen sprengen, die seit der Apollo-Ära bestehen.
Wie lenken Magnete Strahlung ab?
Strahlungsquellen wie die kosmische Strahlung bestehen hauptsächlich aus Protonen, die sich mit hoher Geschwindigkeit fortbewegen. Die Kraft, die auf die in diesem Test verwendeten Permanentmagnete wirkt, ist als Lorentzkraft bekannt. Es handelt sich um eine Kraft, die zwischen einem Magnetfeld und einer sich bewegenden Ladung besteht. Wenn sich ein geladenes Teilchen im Magnetfeld bewegt, wirkt die Lorentzkraft auf das Teilchen in einer Richtung senkrecht zum Magnetfeld und zur Bahn des Teilchens. Dadurch ändert sich der Weg des geladenen Teilchens und es wird von dem Objekt wegbewegt, das es schützen soll.
Wenn es sich in einem kontrollierten Test um eine gute Lösung handelt, müssen die Teams herausfinden, wie sie die Technologie auf einem Raumschiff einsetzen können. Da kosmische Strahlung im Weltraum nicht aus einer einzigen Richtung kommt, müssten Magnete die gesamte oder einen Großteil der Hülle eines Raumfahrzeugs bedecken. Die Richtung der Ablenkungen sollte ebenfalls berücksichtigt werden, ebenso wie die Wirkung von Protonen, die auf die Magnete treffen, was zu einer sekundären Strahlungsexposition führen könnte.
Warum Strahlung bei Weltraumreisen so ein Problem darstellt
Wenn Astronauten die Erde zu einer Weltraummission verlassen, müssen sie die Hochstrahlungszone namens Van-Allen-Gürtel passieren, bei der es sich um zwei Ringe aus hochenergetischen Teilchen handelt, die vom Erdmagnetfeld eingefangen werden. Astronauten wären auch empfindlich gegenüber anderen Strahlungsquellen wie galaktischer kosmischer Strahlung und Sonneneruptionen. Darüber hinaus ist die Mondoberfläche hochgradig radioaktiv, wobei die Werte etwa zwei- bis dreimal höher sind als die auf der ISS beobachteten Werte. Um dies ins rechte Licht zu rücken: Die Astronauten, die an der Apollo-14-Mission teilnahmen, waren während ihrer Mission etwa 1,14 Rad Strahlung ausgesetzt, etwa dem Doppelten der Dosis, die sie bei einem CT-Scan des Abdomens erhielten. Diese Belastung gilt nicht als besonders gefährlich, aber das ist nicht das Problem.
Das Problem besteht darin, dass nur wenige Missionen mit Astronauten an Bord in den Weltraum geflogen sind, und obwohl die Strahlungswerte innerhalb sicherer Grenzen lagen, kam es bei diesen Missionen nicht zu nennenswerten Sonnenpartikelereignissen. Da Menschen immer tiefer in den Weltraum vordringen, ist über die Strahlenbelastung immer noch viel Unbekanntes bekannt, und angesichts der Schäden, die Strahlung dem Körper zufügen kann, steht der Schutz von Astronauten weiterhin ganz oben auf der Prioritätenliste der NASA.
Im Jahr 1972, zwischen den Missionen Apollo 16 und 17, wurde eine Sonneneruption dokumentiert, die später von der NASA als Beinaheunfall gewertet wurde, und wenn die Astronauten zu diesem Zeitpunkt im Weltraum oder auf dem Mond gewesen wären, hätten sie eine tödliche Strahlungsdosis erlitten. Die Astronauten der Artemis-II-Mission hatten im Falle einer Sonneneruption im Weltraum nur eine Form des Schutzes: Sie bestanden darin, um sich herum eine Festung mit Gütern und Vorräten zu errichten und sich darin zusammenzudrängen, bis die Gefahr vorüber war.