Einst schien die Idee, Menschen zum Mars zu schicken, entweder eine ferne Aussicht oder etwas aus der Science-Fiction. Aber da mehrere Weltraumagenturen und sogar kommerzielle Raumfahrtunternehmen planen, im kommenden Jahrzehnt Missionen durchzuführen, nähert sich der Tag, an dem Menschen zum Mars fliegen werden, schnell dem Zeitpunkt der Verwirklichung. Bevor dies geschehen kann, müssen zunächst mehrere Probleme gelöst werden, darunter eine Vielzahl technischer und menschlicher Faktoren.
In jeder Diskussion über bemannte Missionen zum Mars tauchen immer wieder Fragen auf, ob wir die Bedrohung durch Strahlung mindern können oder nicht. In einem neue Studie , ging ein internationales Team von Weltraumwissenschaftlern der Frage nach, ob die Teilchenstrahlung eine zu große Bedrohung darstellt und ob die Strahlung durch sorgfältiges Timing gemildert werden könnte. Am Ende stellten sie fest, dass eine Mission zum Mars machbar ist, aber eine Dauer von vier Jahren nicht überschreiten darf.
Die Forschung wurde von Mikhail Dobynde geleitet, einem Forscher der Skolkovo Institut für Wissenschaft und Technologie und der Russische Akademie der Wissenschaften In Moskau. Er wurde von Mitgliedern aus der Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ am Helmholtz-Zentrum Potsdam in Deutschland, der University of California Los Angeles (UCLA) und dem Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Für ihre Studie betrachtete das Team die Bedrohung durch die beiden Hauptarten von Strahlungsquellen: Solarenergetische Partikel (SEP) und Galaktische kosmische Strahlung (GCR). Ersteres besteht aus sich schnell bewegenden Protonen, Elektronen und hochenergetischen Atomkernen, die sich negativ auf Elektronik und lebendes Gewebe auswirken können. Letztere bestehen aus der gleichen Reihe energiereicher Teilchen, stammen jedoch außerhalb des Sonnensystems und werden Supernovae zugeschrieben.
Die Intensität dieser beiden Strahlungsquellen hängt von der Sonnenaktivität ab, wobei die SEP-Spiegel während eines Sonnenminimums am geringsten sind, die GCR-Aktivität jedoch am stärksten erhöht ist. Das Gegenteil ist auch der Fall, wo die GCR-Aktivität während des Sonnenmaximums am niedrigsten ist, aber SEP erhöht ist. Um die Bedrohung durch diese Quellen abzuschätzen, kombinierte das Team geophysikalische Modelle, die untersuchten, wie sich die Partikelstrahlung während des 11-jährigen Sonnenzyklus verändert.
Diese wurden mit Modellen kombiniert, wie sich die Strahlung auf menschliche Passagiere (einschließlich verschiedener Körperorgane) und ihre Raumfahrzeuge auswirkt. Das Team führte dann eine Reihe von Monte-Carlo-Simulationen der Strahlungsausbreitung, die 10 verschiedene Arten von SEP-Strahlung und 28 Arten von vollständig ionisierten GCR-Elementen berücksichtigt. Daraus ermittelten sie, dass der beste Zeitpunkt für eine Mission auf dem Mars in den sechs bis zwölf Monaten nach den Spitzen der Sonnenaktivität (auch bekannt als Sonnenmaximum) ist.
An diesem Punkt ist die GCR-Aktivität am niedrigsten und SEP beginnt von seiner höchsten Intensität aus abzunehmen. Die Situation kehrt sich während der nächsten sechseinhalb Jahre langsam um, wobei die GCR-Aktivität langsam zunimmt, bis sie ihre maximale Intensität erreicht (die mit einem solaren Minimum zusammenfällt). Da die durchschnittliche Flugzeit zum Mars etwa neun Monate beträgt, könnte eine bemannte Rückkehr zum Mars in weniger als zwei Jahren durchgeführt werden.
Die Orion-Raumsonde der NASA wird Astronauten mit einem auf Europas Automated Transfer Vehicles (ATV) basierenden Modul weiter in den Weltraum befördern als je zuvor. Bildnachweis: NASA
Nach ihren Erkenntnissen stellten Dobynde und seine Kollegen fest, dass die Mission auf diese Weise nach Hause gelangen würde, bevor die Strahlungsumgebung zu gefährlich wurde. Aber eine Mission, die bis zu vier Jahre dauerte, würde sie vorantreiben, da sie gezwungen wären, inmitten einer höheren Aktivität der GCR nach Hause zurückzukehren. Daher zeigte ihre Modellierung auch, dass die Abschirmung des Raumfahrzeugs relativ dick sein müsste, um die Gesundheit der Besatzung zu gewährleisten.
Dieselben Ergebnisse zeigten jedoch auch, dass eine zu dicke Abschirmung tatsächlich die Menge an Sekundärstrahlung erhöhen könnte, der die Besatzung ausgesetzt ist. Dieses Phänomen, bei dem hochenergetische Teilchen mit der Abschirmung kollidieren, um eine Kaskade von Sekundärteilchen (auch bekannt als „Partikelschauer“) zu erzeugen, wurde an Bord der Internationale Raumstation (ISS).
Laut Yuri Shprits, dem Leiter der Abteilung Weltraumphysik und Weltraumwetter am GFZ-Forschungszentrum für Geowissenschaften (und Co-Autor des Papiers), könnten diese Ergebnisse für zukünftige Missionsplaner von großem Wert sein. „Diese Studie zeigt, dass die Weltraumstrahlung zwar strenge Beschränkungen hinsichtlich der Schwere des Raumfahrzeugs und des Startzeitpunkts auferlegt und technologische Schwierigkeiten für bemannte Missionen zum Mars mit sich bringt, eine solche Mission jedoch machbar ist“, sagte er.
Diese Überlegungen sind von entscheidender Bedeutung, da es mehrere Pläne gibt, in naher Zukunft regelmäßige Missionen zum Mars durchzuführen. Dazu gehören die NASA und ihre Mond zum Mars Missionsarchitektur, Chinas Pläne, Besatzungen zu entsenden Mars bis 2033 (und dort einen permanenten Forschungsaußenposten bauen) und Elon Musks Plan, alle zwei Jahre Nutzlasten und Besatzungsmitglieder mit dem SpaceX zu entsenden RaumschiffundSehr schwer Startfahrzeug.
Künstlerische Darstellung des Mars-Basislagers im Orbit um den Mars. Wenn Missionen zum Mars beginnen, wird eines der größten Risiken die Weltraumstrahlung sein. Bildnachweis: Lockheed Martin
Dies sind nur einige der Visionen für die Erforschung (und Besiedlung) des Mars, die in letzter Zeit artikuliert wurden. Mit all den Robotermissionen, die derzeit den Planeten erkunden, und der Möglichkeit der menschlichen Erforschung am Horizont, taucht der Mars wieder in der öffentlichen Vorstellung auf. Seit der Apollo-Ära gilt der Mars als der „nächste große Sprung“, der zu einer neuen Ära, einem wiederbelebten Weltraumzeitalter, führen könnte!
Die Tatsache, dass der Mars der bewohnbarste Himmelskörper jenseits der Erde ist, war auch eine Quelle der Inspiration für Wissenschaftler, Missionsplaner, Astronauten und Zukunftsforscher gleichermaßen. Trotz der Herausforderungen, die der Weg dorthin mit sich bringen würde, mangelt es derzeit nicht an Menschen, die bereit sind, sich für eine einfache Fahrt anzumelden. Für diese abenteuerlustigen Seelen hat die Aussicht auf den ersten Spatenstich auf dem Mars – der nächsten großen „Grenze“ – eine gewisse Romantik.
Besonders spannend ist es jedoch, wenn realistische Einschätzungen zeigen, dass diese abenteuerlichen Vorstellungen mit den richtigen Vorbereitungen, Technologien und Minderungsstrategien tatsächlich umsetzbar sind. Wenn wissenschaftliche Fakten und Romantik zusammenkommen, um Pläne für die Zukunft zu schmieden, können großartige Dinge passieren!
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