Nyt laboratorium forbedrer astronauters sikkerhed

Europæiske forskere har udviklet den hidtil mest præcise metode til at kunne forudsige mængden af radioaktiv stråling, som astronauterne kan udsættes for ombord på den europæiske rumlaboratorium Columbus, der i sidste uge blev koblet på den Internationale Rumstation.

Den nye teknologi kan simulere præcist, hvordan de radioaktive partikler passerer gennem rumfartøjets vægge og astronauternes kroppe. Det er afgørende for at kunne beregne mængden af stråling, som astronauterne modtager på fremtidige ekspeditioner til Månen og til Mars. For at kunne forudsige strålingsfaren for astronauterne helt nøjagtigt, må forskere og ingeniører løse tre forskellige problemer: Hvor meget radioaktiv stråling rammer rumfartøjet? Hvor meget radioaktiv stråling forhindres ved hjælp af afskærmning? Og hvad er de biologiske effekter af den radioaktive stråling for astronauterne?

Dette projekt, der er oprettet af ESA's generelle studieprogram og den svenske nationale rumfartsstyrelse, fokuserer hovedsagligt på spørgsmålet om, hvor meget stråling der forhindres gennem afskærmning. Det blev indledt af Christer Fuglesang fra ESA's astronautkorps. Ombord på rumstationen i december 2006 oplevede han selv denne rumstråling.

”Du kan se lysglimt, når du lukker øjnene, som resultat af interaktionen med dine øjne”, fortæller han.

Frekvensen af disse lysglimt afhænger af, hvor den Internationale Rumstation befinder sig i sit kredsløb og niveauet af solaktivitet. Der var en solstorm, mens Christer Fuglsang var med i rummet.

”Den nat fik vi besked på at sove i den afskærmede del af rumstationen”, fortæller han.

ESA-simulatoren kaldes ”Dose Estimation by Simulation of the International Space Station (ISS) Radiation Environment (DESIRE).

”Projektet blev designet til at give en europæisk mulighed for at forudsige mængden af stråling ombord på Columbus” siger Petteri Nieminen, ESA 's tekniske tilsynshavende på opgaven.

Første skridt i projektet var at lave et program, der nøjagtigt kunne simulere den fysiske radioaktive stråling, der passerer gennem et rumfartøj og en menneskekrop. For at gøre dette arbejdede Tore Ersmark fra Kungliga Tekniska Högskolen i Stockholm i Sverige med adskillige allerede eksisterende software-programmer. Heriblandt en software-pakke kendt som Geant4, der simulerer udbredelsen af radioaktive partikler. Geant4 er blevet anvendt succesfuldt i projekter omhandlende rummet, lægevidenskab og højenergifysik. Det er blevet udviklet i et stort, internationalt samarbejde med ESA, CERN og mange andre institutter og universiteter.

Ersmark byggede en computermodel af den Internationale Rumstation fra bunden. Formen og orienteringen af ISS er afgørende i spørgsmålet om, hvor stor en mængde stof, den radioaktive stråling passerer gennem. Columbus-modulet er det hidtil mest ambitiøse og avancerede europæiske bidrag til bemandet rumfart. Det er udstyret med strålings-monitorer, som kan teste DESIRE's vurderinger.

”Vi er meget tilfredse med DESIRE's resultater og ser frem til at kunne sammenligne dem med de faktiske målinger”, siger Petteri.

Udover at blive anvendt til Columbus kan udstyret fra DESIRE udvikles til en europæisk software-pakke, der kan benyttes til at forudsige strålingsfare for andre bemandede rumekspeditioner, både tæt ved Jorden og udenfor dens magnetiske beskyttelsesområde.

Strålingsmiljøet tæt ved Jordens består af tre hovedkomponenter: Partikler fanget i Jordens magnetiske felt; partikler der kommer fra det fjerne rum kaldet kosmisk stråling og partikler udsprunget fra Solen gennem soludbrud. Disse komponenter varierer alle i tid, hovedsagelig på grund af Solens uforudsigelige aktivitet, som påvirker Jordens magnetiske felt. Jordens felt afgør så igen mængden af fangede partikler og, hvor godt Jorden er afskærmet fra den kosmiske stråling.

Udenfor Jordens magnetiske felt vil rumfartøjer og deres bemanding blive eksponeret fuldt ud for denne stråling og Solens udbrud. Ekspeditioner til Månen og Mars vil bringe dem ud til den hårde og uforudsigelige strålingsmiljø i perioder på mange måneder eller år.

Under Apollo-ekspeditionerne i 1960-70'erne var det rent held, at astronauterne ikke befandt sig i et rumfartøj under store soludbrud, som kunne have givet fartøjet dødelig stråling. For den type af lange ekspeditioner, der tales om i dag, er det nødvendigt med et langt mere robust system til at forudsige strålingsfaren.

”De største uforudsigeligheder i disse beregninger er vores viden om rumstrålingsmiljøet udenfor Jordens magnetiske felt og den biologiske reaktion på denne stråling” siger Ersmark.

For at give den miljømæssige information har ESA en strålingsmonitor på flere af sine fartøjer som bla. Proba-1, Integral, Rosetta, GIOVE-b, Herschel og Planck. Den er kendt som en standard strålingsmiljø monitor (Standard Radiarion Envirronment Monitor, SREM), og måler højenergi strålingspartikler. Den blev udviklet og lavet af Oerlikon Space i samarbejde med Paul Scherrer instituttet under en udviklingskontrakt fra ESA.

Det er afgørende at udvikle de rette strategier og måleredskaber for at kunne arbejde med rummets strålingsfare. På nuværende tidspunkt er det en af de største udfordringer i forhold til vores udforskning af Solsystem. Med DESIRE har Europa taget skridt mod at kunne lave fartøjer, der i fremtiden kan beskytte mod denne strålingsfare.