Sie haben weder Arme noch Beine, aber sie haben einen Kopf und einen Oberkörper. Die Mannequins Matryoshka und Fred, die einer alten Mumie ähneln, nehmen an langfristigen Orbitalflügen teil, die dabei helfen, die Auswirkungen der kosmischen Strahlung auf den menschlichen Körper zu untersuchen.
Mannequin Matroschka sieht eher aus wie eine altägyptische Mumie
Was Wissenschaftler dank Matroschka und Fred noch lernen konnten und werden, wird unschätzbares Material für die Planung zukünftiger langer bemannter Flüge zum Mars und einer dauerhaft bewohnbaren Basis auf dem Mond sein. Bei Missionen wie dieser wird der Schutz der Astronauten vor Strahlenbelastung zu einer der wichtigsten Aufgaben, wenn wir nur wollen, dass sie an den Ort gelangen und lebend und gesund zurückkehren. Daher ist es notwendig, das Design sowohl der Raumanzüge als auch der Module des Schiffs und der Basis sorgfältig zu prüfen, damit sie alle einen zuverlässigen Schutz vor den Auswirkungen alldurchdringender Strahlen bieten.
Und dazu muss man möglichst viel darüber wissen, auf welche Mengen und welche Art von Strahlung sie treffen und welche Folgen dies haben kann. Dies kann anhand von Computermodellen unter Verwendung der verfügbaren Messdaten erfolgen. Aber es ist viel zuverlässiger, alles in der Praxis zu überprüfen und zu messen – und gleichzeitig herauszufinden, wie diese theoretischen Modelle der Realität entsprechen. Hier kommen die Dummies auf die Bühne.
Ausgestattet mit Hunderten von Strahlungssensoren, die sich auf der Oberfläche ihrer "Körper" und im Inneren in verschiedenen Tiefen befanden, verbrachten die Dummys mehrere Monate im Orbit. Sie zeigten übrigens, dass die im Vorfeld durchgeführten Computerkonstruktionen durchaus korrekt sind: Die Abweichungen von den vorhergesagten Werten betrugen weniger als 10 %.
Unter allen Strahlungsarten, denen man im Weltraum begegnet, ist die kosmische Strahlung die gefährlichste, die aus einzelnen Elementarteilchen und Atomkernen besteht, die frei im Universum umherstreifen. Einige von ihnen sind ziemlich groß (es kann sogar der schwere Kern eines Eisenatoms sein) und können auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigen - zum Beispiel solche, die von Supernova-Explosionen weggeschleudert werden. In Kombination mit einer elektrischen Ladung können solche "Kerne" die lebenden Strukturen der Zelle erheblich schädigen, und die meisten herkömmlichen Strahlenschutzmittel sind eine schwache Barriere.
Tatsache ist, dass Strahlungsteilchen, um die lebenswichtigen Organe zu treffen, viele Hindernisse überwinden müssen, beginnend mit den Wänden des Raumfahrzeugs, der Kleidung des Astronauten, seiner Haut und äußeren Körpergeweben. Ein Teil dieser Partikel wird dadurch gestoppt oder zumindest deutlich verlangsamt. In einigen Fällen führt dies jedoch zu einem noch schlimmeren Ergebnis: Die Kollision eines schweren Teilchens mit den Atomen, aus denen der Bildschirm besteht, kann ihn auch zerbrechen und einen Strom von "sekundären" Strahlungsteilchen erzeugen.
Obwohl Astronauten, die an Bord der ISS arbeiten, ständig Strahlungssensoren am Körper tragen, ist es nicht so einfach, genau zu messen, wie viel Strahlung praktisch ihre inneren Organe erreicht. Hier brauchen wir Mannequins, deren Dichte des „Körpers“der Dichte unserer Körper entspricht. Und Sensoren können sich tief im Inneren befinden.
Die Schaufensterpuppe besteht aus 35 Schichten Spezialkunststoff mit einer Dicke von etwa 2,54 cm. In sie werden insgesamt 416 Dosimeter eingeführt, von denen jedes die Strahlungsdosis misst, die sich während des Experiments in einem genau definierten Bereich des „Körpers“der Puppe ansammelt. Darüber hinaus verfügen sowohl Matryoshka als auch Fred über mehrere zusätzliche Dosimeter, die sich an Stellen befinden, die der Position verschiedener Organe des menschlichen Körpers entsprechen - Gehirn, Schilddrüse, Herz, Magen und Dickdarm. Diese Dosimeter sind in der Lage, Änderungen der Strahlungspegel ständig aufzuzeichnen und ein Bild davon zu geben, wie sie den Körper im Laufe der Zeit durchdringt.
Experimente mit Matroschka und Fred haben also gezeigt, dass wir ein absolut zuverlässiges Computermodell der Auswirkungen der kosmischen Strahlung auf den Körper in unserem Arsenal haben. Welche Auswirkungen hat dies auf die Entwicklung sicherer Missionen zum Mond und Mars?
„Kurzfristige Missionen zum Mond sind ziemlich sicher“, fasst der NASA-Forscher Francis Cucinotta zusammen, „aber das Leben auf dem Mond selbst für 6 Monate ist schon problematisch. Dies erfordert ernsthafte Arbeit, um einen wirksamen Schutz zu schaffen.“(Erinnern Sie sich, dass wir erst neulich darüber gesprochen haben, wie eine Gruppe von Schülern vorgeschlagen hat, dafür eine spezielle „Monddecke“zu verwenden.)
Nun, Mars wird eine noch härtere Nuss zu knacken sein. Höchstwahrscheinlich wird die Mission mindestens 18 Monate dauern. „Bisher haben wir keine Lösungen, um eine sichere Umgebung für einen solchen Flug zu schaffen“, sagt Francis Cacinotta. - Wenn wir das Schiff mit einer ausreichend dicken Schicht Schutzmaterial umgeben, machen wir es zu schwer. Es ist notwendig, neue, leichte Anti-Strahlungsmaterialien zu finden und anscheinend auch neue medizinische Techniken zu entwickeln, um den Schaden zu verringern, der lebenden Zellen zugefügt wird. Aus diesem Grund sind übrigens einige Experten der Meinung, dass wir das Design von Raumschiffen komplett überarbeiten und sie wie eine Komposition aus Früchten und Beeren aussehen lassen sollten (sprich: "Interplanetary Grapefruit").
Francis Cacinotta merkt auch an, dass das Haupthindernis aus medizinischer Sicht unser geringes Wissen darüber ist, welche Art von Schaden kosmische Strahlung genau an der gesamten komplexen Zellstruktur und ihren einzelnen Elementen anrichtet.
Ein weiteres wichtiges Problem betrifft die Strömungen schnell geladener Teilchen, die während Sonneneruptionen ausgestoßen werden. Weder Fred noch Matroschka, die sich im Orbit befanden, schafften es, einen einzigen ausreichend starken Sturm auf der Sonne zu erwischen. Und anscheinend unterscheidet sich das Energiespektrum von Partikeln, die infolge dieses Ereignisses wichtige innere Organe erreichen, erheblich von dem, was wir über kosmische Strahlung wissen.
Wissenschaftler müssen raus: Hier auf der Erde reproduzieren sie die Bedingungen, die an Bord der ISS herrschen, wenn ein Strom dieser Teilchen sie erreicht, und testen diesen Effekt an einem „Freiwilligen“. Die unglückliche Schaufensterpuppe Matryoshka wurde ausgewählt - und bald werden wir definitiv von seinem Schicksal erzählen.
Übrigens sind Fred und Matroschka bei weitem nicht die einzigen Mannequins, die zu Forschungszwecken eingesetzt werden: Nennen wir zumindest einen schwitzenden Roboter SAM (" For theake of science you have to Sweat"). Unsere Redakteure mussten auch einen Dummy verwenden, um eine traumatische Waffe zu testen, über deren Ergebnisse wir im Artikel „Nicht in die Augenbraue, sondern in den Arsch“berichteten.
