Am 13. August 2026 veröffentlichte die Fachzeitschrift Science Advances die Ergebnisse eines 25-tägigen Strahlungsexperiments im Mondorbit: Eine 26 kg schwere persönliche Schutzweste reduzierte die von Astronauten absorbierte effektive Strahlungsdosis unter simulierten Sonnensturmbedingungen um rund 60 %. Das vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) geleitete MARE-Experiment bewies, dass der direkte Strahlenschutz am Körper der Astronauten masse-effizienter ist, als ein gesamtes Raumfahrzeug mit schwerer Panzerung zu umhüllen.
Die zentrale Herausforderung der Tiefraumexploration liegt im extrem knappen Massebudget von Raumfahrzeugen. Bei Missionsflügen im eliptischen Mondorbit oder auf dem Weg zum Mars droht durch hochenergetische geladene Teilchenströme jederzeit das akute Strahlensyndrom. Traditionelle Abschirmungen erfordern jedoch Tonnen von Blei, Aluminium oder Wassertanks, was wertvollen Raum für Treibstoff und Lebenserhaltungssysteme nimmt. Die vom israelisch-amerikanischen Startup StemRad in Zusammenarbeit mit Lockheed Martin entwickelte AstroRad-Weste durchbricht diesen Zielkonflikt mit einem neuartigen ingenieurtechnischen Ansatz.
25-Tage-Mondumlauf-Experiment mit zwei Phantomen
Im November 2022 startete die unbemannte Mission Artemis I mit zwei weiblichen Strahlungsdosimetrie-Phantomen aus gewebeäquivalentem Material an Bord. Diese nach den Namen Zohar und Helga benannten Phantome bestanden aus 38 aufeinandergestapelten Querschnittsscheiben, in denen 1.400 Strahlungsdosissensoren und aktive Detektoren eingebettet waren. Während des 25-tägigen Mondflugs trug Zohar die 26 kg schwere AstroRad-Weste, während Helga als ungeschützte Kontrollgruppe diente.
Abb.: Helga und Zohar in der Orion-Kapsel (Zohar trägt die AstroRad-Weste). Quelle: DLR, CC BY-NC-ND 3.0
Um hochpräzise Messdaten zu gewinnen, nutzte das Forschungsteam die intensiven Protonenflüsse beim Durchqueren des inneren Van-Allen-Strahlungsgürtels der Erde als Proxy-Umgebung. Da das Protonenenergiespektrum in dieser Region stark mit typischen solaren Partikelereignissen (SPE) überlappt, lieferten die Sensoren äußerst wertvolle Absorptionsdaten. Die Abweichung zwischen den realen Messdaten und Monte-Carlo-Teilchentransportsimulationen lag unter 5 %, was die Genauigkeit der Vorhersagemodelle für Organgewebedosen im Tiefraum bestätigt.
Schutz von 50% des Knochenmarks für 60% Dosisreduktion
Der entscheidende Durchbruch von AstroRad basiert auf dem Ersatz traditioneller Maschinenbaukonzepte durch medizinische Logik. Die Gründer Jordan Houri und Oren Milstein griffen auf Erfahrungen aus dem Nuklearkatastrophenschutz zur Schonung des Knochenmarks zurück: Etwa die Hälfte des blutbildenden Knochenmarks des Menschen konzentriert sich im Hüft- und Beckenbereich. Wird dieses Stammzellreservoir geschützt, bleibt die Blutbildung erhalten, und der Organismus kann sich schrittweise selbst regenerieren.
Abb.: Schematischer Aufbau des Körperphantoms (38 Scheiben, gewebeäquivalentes Material). Quelle: DLR, CC BY-NC-ND 3.0
Statt einer Ganzkörperpanzerung schützt die Weste gezielt strahlensensible Organe wie Hüfte, Fortpflanzungsorgane, Magen, Dickdarm und Brustdrüsen. Das Innere der Weste ist mit Tausenden von Sechskantstäben gefüllt, deren Länge mittels der Bethe-Bloch-Formel für Energieverlust berechnet wurde. Das Material besteht aus hochdichtem Polyethylen (HDPE) mit extrem hoher Wasserstoffatomdichte. Im Vergleich zu Wassertanks besteht keine Auslaufgefahr, während eine Wabengewebestruktur die Flexibilität wahrt, sodass Astronauten trotz des Gewichts von 26 kg beweglich bleiben.
Simulation historischer Stürme: Arbeiten unter Strahlenschutz
Da die Sonnenaktivität während der Artemis-I-Mission vergleichsweise ruhig war, speisten Wissenschaftler die gemessenen Spektren in numerische Modelle ein, um zwei historische Sonnenstürme zu simulieren. Bei der Rekonstruktion des potenziell tödlichen Sonnensturms vom August 1972 senkte die Weste die effektive Strahlungsdosis im Phantom von 222 Millisievert (mSv) auf 87,5 mSv – eine Reduktion um 60 %. Beim Sturm vom Oktober 1989 mit höherer Teilchenenergie und Durchschlagskraft reduzierte die Weste die effektive Dosis immer noch um 40 %. Damit wurde die Dosis eines lebensgefährlichen Sturms auf ein Niveau gesenkt, das vom Selbstreparaturmechanismus des Knochenmarks bewältigt werden kann.
Gemessen am Karriere-Grenzwert der NASA von 600 mSv für Astronauten verlängert das Tragen der Weste während eines schweren Sonnensturms die mögliche Einsatzdauer im Tiefraum um 40 bis 193 Tage. Das Orion-Raumschiff verfügt zwar über einen behelfsmäßigen Schutzraum aus gestapelten Wasser- und Versorgungsbehältern, doch können Astronauten in der Enge dieses Unterschlupfs keine Wartungsarbeiten durchführen. Die Schutzweste ermöglicht es der Besatzung, auch in kritischen Strahlungsphasen geschützt zu bleiben und gleichzeitig Inspektionen und Ausrüstungsbedienungen in der Kapsel fortzusetzen.
Keine Universallösung: Grenzen der selektiven Abschirmung
Die Technologie weist jedoch klare technische Grenzen auf. AstroRad richtet sich primär gegen zeitlich begrenzte solare Partikelereignisse (SPE) mit hohem Teilchenfluss, bietet jedoch nur begrenzten Schutz gegen die hochenergetische galaktische kosmische Strahlung (GCR). Da GCR aus hochenergetischen schweren Ionen besteht, kann eine 26 kg schwere Polymerschicht ihr Durchdringen nicht verhindern; ein exzessives Aufdicken der Weste würde durch Sekundärstrahlung (Spallation) die Gewebeschädigung sogar noch verstärken.
Historisch gesehen lag der schwere Sonnensturm vom August 1972 genau zwischen den Missionen Apollo 16 und Apollo 17. Hätten sich damals Astronauten auf der Mondoberfläche befunden, wären die Folgen verheerend gewesen. AstroRad versteht sich als dynamische Ergänzungsebene im Strahlenschutzsystem, die mit den Sturmunterständen des Raumschiffs zusammenwirkt. Dieser Wandel in der Schutzphilosophie zeigt, dass die Raumfahrttechnik von der bloßen Panzerungsdicke zu einer präzisen Massenverteilung auf Organebene übergeht.
Eine Schutzarchitektur zum Anziehen
Die Messdaten von Artemis I belegen den Paradigmenwechsel im Strahlenschutz für die Tiefraumfahrt. Da jedes Gramm Nutzlast enorme Startkosten verursacht, ist der Bau überschwerer Metallabschirmungen langfristig nicht tragfähig.
Vom Bau schwererer Raumschiffhüllen hin zum Tragen intelligenter Strahlenschutzbekleidung demonstriert AstroRad das Potenzial asymmetrischen Schutzes. Indem die Sicherheitsgrenze von der äußeren Hülle auf die anatomischen Schlüsselorgane verengt wird, können Raumfahrzeuge wertvolles Massebudget für Triebwerke und wissenschaftliche Instrumente einsparen. Auf der künftigen langen Reise zum Mars wird diese 26 kg schwere Weste den Astronauten als verlässliche persönliche Schutzlinie bei Sonnenstürmen dienen.
Referenzlinks:
- Ars Technica Bericht
- Offizielle Übersicht des DLR MARE-Projekts
- Science Advances Studie
- Hacker News-Community-Diskussion (item?id=49297150)
