Künstlerisches Menschenbild macht sich auf den Weg zum Mars. Bildnachweis: NASA Zum Vergrößern anklicken
Nachdem Sie diesen Artikel gelesen haben, werden Sie Müllsäcke möglicherweise nie wieder auf dieselbe Weise betrachten.
Wir alle benutzen Plastikmüllsäcke; Sie sind so häufig, dass wir kaum darüber nachdenken. Wer hätte also gedacht, dass ein bescheidener Müllsack der Schlüssel zum Senden von Menschen zum Mars sein könnte?
Die meisten Haushaltsmüllsäcke bestehen aus einem Polymer namens Polyethylen. Varianten dieses Moleküls erweisen sich als hervorragend, um die gefährlichsten Formen der Weltraumstrahlung abzuschirmen. Das wissen Wissenschaftler schon lange. Das Problem besteht darin, aus dem fadenscheinigen Zeug ein Raumschiff zu bauen.
Aber jetzt haben NASA-Wissenschaftler ein bahnbrechendes Material auf Polyethylenbasis namens RXF1 erfunden, das noch stärker und leichter als Aluminium ist. „Dieses neue Material ist insofern einzigartig, als es überlegene strukturelle Eigenschaften mit überlegenen Abschirmeigenschaften kombiniert“, sagt Nasser Barghouty, Projektwissenschaftler für das Space Radiation Shielding Project der NASA am Marshall Space Flight Center.
Zum Mars in einem Plastikraumschiff? So bescheuert es klingen mag, es könnte der sicherste Weg sein.
Weniger ist mehr
Der Schutz von Astronauten vor Weltraumstrahlung ist ein großes ungelöstes Problem. Stellen Sie sich eine bemannte Mission zum Mars vor: Die Rundreise könnte bis zu 30 Monate dauern und würde das Verlassen der schützenden Blase des Erdmagnetfelds erfordern. Einige Wissenschaftler glauben, dass Materialien wie Aluminium, die eine ausreichende Abschirmung in der Erdumlaufbahn oder für kurze Reisen zum Mond bieten, für die Reise zum Mars nicht ausreichen würden.
Barghouty gehört zu den Skeptikern: „Jetzt mit einem Aluminium-Raumschiff zum Mars zu fliegen, ist nicht mehr machbar“, findet er.
Kunststoff ist eine attraktive Alternative: Im Vergleich zu Aluminium schirmt Polyethylen 50 % besser Sonneneruptionen ab und 15 % besser gegen kosmische Strahlung.
Kunststoffähnliche Materialien haben den Vorteil, dass sie weit weniger „Sekundärstrahlung“ produzieren als schwerere Materialien wie Aluminium oder Blei. Sekundärstrahlung kommt vom Abschirmmaterial selbst. Wenn Teilchen der Weltraumstrahlung auf Atome innerhalb des Schildes prallen, lösen sie winzige Kernreaktionen aus. Diese Reaktionen erzeugen einen Schauer nuklearer Nebenprodukte – Neutronen und andere Teilchen – die in das Raumfahrzeug gelangen. Es ist ein bisschen so, als würde man versuchen, sich vor einer fliegenden Bowlingkugel zu schützen, indem man eine Wand aus Pins errichtet. Sie vermeiden den Ball, werden aber von Pins beworfen. „Secondaries“ können für die Gesundheit von Astronauten schlimmer sein als die ursprüngliche Weltraumstrahlung!
Ironischerweise produzieren schwerere Elemente wie Blei, von denen die Leute oft annehmen, dass sie den besten Strahlenschutz bieten, viel mehr Sekundärstrahlung als leichtere Elemente wie Kohlenstoff und Wasserstoff. Deshalb bietet Polyethylen eine gute Abschirmung: Es besteht vollständig aus leichten Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen, wodurch Sekundärteile minimiert werden.
Diese leichteren Elemente können die Weltraumstrahlung nicht vollständig stoppen. Sie können jedoch die einfallenden Strahlungspartikel fragmentieren, wodurch die schädlichen Auswirkungen stark reduziert werden. Stellen Sie sich vor, Sie verstecken sich hinter einem Maschendrahtzaun, um sich bei einer Schneeballschlacht zu schützen: Sie bekommen immer noch etwas Schnee, wenn kleine Schneebälle durch den Zaun brechen, aber Sie werden den Stich eines direkten Treffers von einem harten nicht spüren -verpackter Whopper. Polyethylen ist wie dieser Maschendrahtzaun.
„Das können wir tun. Fragmentierung – ohne viel Sekundärstrahlung zu erzeugen – ist tatsächlich der Punkt, an dem der Kampf gewonnen oder verloren wird“, sagt Barghouty.
Auf Bestellung
Trotz ihrer Abschirmkraft reichen gewöhnliche Müllsäcke offensichtlich nicht aus, um ein Raumschiff zu bauen. Also haben Barghouty und seine Kollegen versucht, Polyethylen für die Luft- und Raumfahrt aufzupeppen.
So kam der Shielding Project-Forscher Raj Kaul zusammen mit Barghouty zur Erfindung von RXF1. RXF1 ist bemerkenswert stark und leicht: Es hat die 3-fache Zugfestigkeit von Aluminium und ist dennoch 2,6-mal leichter – beeindruckend selbst nach Luft- und Raumfahrtstandards.
„Da es sich um einen ballistischen Schild handelt, lenkt er auch Mikrometeoriten ab“, sagt Kaul, der zuvor mit ähnlichen Materialien bei der Entwicklung von Hubschrauberpanzerungen gearbeitet hatte. „Da es sich um ein Gewebe handelt, kann es um Formen drapiert und zu speziellen Raumfahrzeugkomponenten geformt werden.“ Und weil es aus Polyethylen gewonnen wird, ist es auch ein ausgezeichneter Strahlenschutz.
Die Einzelheiten der Herstellung von RXF1 sind geheim, da ein Patent auf das Material angemeldet ist.
Stärke ist nur eine der Eigenschaften, die die Wände eines Raumschiffs haben müssen, bemerkt Barghouty. Auch Brennbarkeit und Temperaturtoleranz sind wichtig: Egal wie stark die Wände eines Raumschiffs sind, wenn sie bei direkter Sonneneinstrahlung schmelzen oder leicht Feuer fangen. Reines Polyethylen ist leicht entzündlich. Es ist noch mehr Arbeit erforderlich, um RXF1 noch weiter anzupassen, um es auch flamm- und temperaturbeständig zu machen, sagt Barghouty.
Die Quintessenz
Die große Frage ist natürlich die Quintessenz: Kann RXF1 Menschen sicher zum Mars bringen? Zu diesem Zeitpunkt weiß niemand genau.
Einige „galaktische kosmische Strahlen sind so energiereich, dass keine angemessene Abschirmung sie aufhalten kann“, warnt Frank Cucinotta, Chief Radiation Health Officer der NASA. „Alle Materialien haben dieses Problem, auch Polyethylen.“
Cucinotta und Kollegen haben Computersimulationen durchgeführt, um das Krebsrisiko bei einem Flug zum Mars in einem Aluminiumschiff mit einem Polyethylenschiff zu vergleichen. Überraschenderweise „gab es keinen signifikanten Unterschied“, sagt er. Diese Schlussfolgerung hängt von einem biologischen Modell ab, das abschätzt, wie menschliches Gewebe durch Weltraumstrahlung beeinflusst wird – und darin liegt der Haken. Nach Jahrzehnten der Raumfahrt verstehen Wissenschaftler immer noch nicht vollständig, wie der menschliche Körper auf kosmische Strahlung reagiert. Wenn ihr Modell jedoch korrekt ist, könnte die zusätzliche Abschirmung von Polyethylen wenig praktischen Nutzen bringen. Dies ist Gegenstand laufender Forschung.
Wegen der vielen Unsicherheiten wurden keine Dosisgrenzen für Astronauten auf einer Mars-Mission festgelegt, bemerkt Barghouty. Unter der Annahme, dass diese Dosisgrenzwerte den Grenzwerten für Shuttle- und Raumstationsflüge ähneln, glaubt er, dass RXF1 hypothetisch eine angemessene Abschirmung für eine 30-monatige Mission zum Mars bieten könnte.
Heute zur Deponie. Morgen zu den Sternen? Polyethylen könnte Sie weiter bringen, als Sie es sich jemals vorgestellt haben.
Originalquelle: NASA-Pressemitteilung
