Das Konzept des Künstlers vom Menschen machte sich auf den Weg zum Mars. Bildnachweis: NASA Zum Vergrößern anklicken
Nachdem Sie diesen Artikel gelesen haben, werden Sie Müllsäcke möglicherweise nie wieder auf die gleiche Weise betrachten.
Wir alle benutzen Plastikmüllsäcke. Sie sind so häufig, dass wir ihnen kaum einen zweiten Gedanken machen. Wer hätte gedacht, dass ein niedriger Müllsack den Schlüssel zum Senden von Menschen zum Mars enthalten könnte?
Die meisten Haushaltsmüllsäcke bestehen aus einem Polymer namens Polyethylen. Varianten dieses Moleküls erweisen sich als hervorragend geeignet, um die gefährlichsten Formen der Weltraumstrahlung abzuschirmen. Wissenschaftler wissen das schon lange. Das Problem war, ein Raumschiff aus dem fadenscheinigen Zeug zu bauen.
Jetzt haben NASA-Wissenschaftler ein bahnbrechendes Material auf Polyethylenbasis namens RXF1 erfunden, das noch stärker und leichter als Aluminium ist. "Dieses neue Material ist eine Premiere in dem Sinne, dass es überlegene strukturelle Eigenschaften mit überlegenen Abschirmungseigenschaften kombiniert", sagt Nasser Barghouty, Projektwissenschaftler für das Space Radiation Shielding Project der NASA am Marshall Space Flight Center.
Zum Mars in einem Plastikraumschiff? So dumm es auch 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 Hin- und Rückfahrt könnte bis zu 30 Monate dauern und würde das Verlassen der Schutzblase 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 unzureichend wären.
Barghouty ist einer der Skeptiker: „Es ist nicht möglich, jetzt mit einem Aluminium-Raumschiff zum Mars zu gehen“, glaubt er.
Kunststoff ist eine ansprechende Alternative: Im Vergleich zu Aluminium schützt Polyethylen Sonneneruptionen 50% besser und kosmische Strahlen 15% besser.
Der Vorteil von kunststoffähnlichen Materialien besteht darin, dass sie weit weniger „Sekundärstrahlung“ erzeugen als schwerere Materialien wie Aluminium oder Blei. Sekundärstrahlung kommt vom Abschirmmaterial selbst. Wenn Teilchen der Weltraumstrahlung in Atome innerhalb des Schildes einschlagen, lösen sie winzige Kernreaktionen aus. Diese Reaktionen erzeugen einen Schauer nuklearer Nebenprodukte - Neutronen und andere Teilchen -, die in das Raumschiff gelangen. Es ist ein bisschen so, als würde man versuchen, sich vor einer fliegenden Bowlingkugel zu schützen, indem man eine Wand aus Stecknadeln errichtet. Sie meiden den Ball, werden aber von Stiften beworfen. "Secondaries" können für die Gesundheit von Astronauten schlechter sein als die ursprüngliche Weltraumstrahlung!
Ironischerweise erzeugen schwerere Elemente wie Blei, von denen die Menschen oft annehmen, dass sie die beste Strahlenabschirmung sind, viel mehr Sekundärstrahlung als leichtere Elemente wie Kohlenstoff und Wasserstoff. Deshalb ist Polyethylen eine gute Abschirmung: Es besteht vollständig aus leichten Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen, wodurch Sekundäratome minimiert werden.
Diese leichteren Elemente können die Weltraumstrahlung nicht vollständig stoppen. Sie können jedoch die einfallenden Strahlungsteilchen fragmentieren und die schädlichen Auswirkungen erheblich verringern. Stellen Sie sich vor, Sie verstecken sich hinter einem Maschendrahtzaun, um sich in einer Schneeballschlacht zu schützen: Sie werden immer noch etwas Schnee haben, wenn winzige Schneeballstücke durch den Zaun platzen, aber Sie werden nicht den Stich eines direkten Treffers von einem harten treffen -packed Whopper. Polyethylen ist wie dieser Maschendrahtzaun.
"Das können wir tun. Durch Fragmentierung - ohne viel Sekundärstrahlung zu erzeugen - wird der Kampf tatsächlich gewonnen oder verloren “, sagt Barghouty.
Auf Bestellung
Trotz ihrer Abschirmkraft reichen gewöhnliche Müllsäcke offensichtlich nicht für den Bau eines Raumschiffs. Deshalb haben Barghouty und seine Kollegen versucht, Polyethylen für die Luft- und Raumfahrt zu verbessern.
So hat der Forscher des Shielding-Projekts, Raj Kaul, in Zusammenarbeit mit Barghouty RXF1 erfunden. RXF1 ist bemerkenswert stark und leicht: Es hat die dreifache Zugfestigkeit von Aluminium und ist dennoch 2,6-mal leichter - selbst für Luft- und Raumfahrtstandards beeindruckend.
„Da es sich um einen ballistischen Schild handelt, lenkt er auch Mikrometeoriten ab“, sagt Kaul, der zuvor bei der Entwicklung von Hubschrauberpanzerungen mit ähnlichen Materialien gearbeitet hatte. "Da es sich um einen Stoff handelt, kann er um Formen gelegt und zu bestimmten Komponenten des Raumfahrzeugs 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 für das Material angemeldet ist.
Stärke ist nur eine der Eigenschaften, die die Wände eines Raumschiffs haben müssen, bemerkt Barghouty. Entflammbarkeit und Temperaturtoleranz sind ebenfalls wichtig: Es spielt keine Rolle, wie stark die Wände eines Raumschiffs sind, wenn sie im direkten Sonnenlicht schmelzen oder leicht Feuer fangen. Reines Polyethylen ist sehr entflammbar. Laut Barghouty sind weitere Arbeiten erforderlich, um RXF1 noch weiter anzupassen, damit es auch flamm- und temperaturbeständig ist.
Das Fazit
Die große Frage ist natürlich das Fazit: Kann RXF1 Menschen sicher zum Mars bringen? Zu diesem Zeitpunkt weiß niemand genau.
Einige "galaktische kosmische Strahlen sind so energisch, dass keine angemessene Abschirmung sie aufhalten kann", warnt Frank Cucinotta, Chief Radiation Health Officer der NASA. "Alle Materialien haben dieses Problem, einschließlich Polyethylen."
Cucinotta und Kollegen haben Computersimulationen durchgeführt, um das Krebsrisiko eines Marsschiffs 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 von Weltraumstrahlung beeinflusst wird - und darin liegt die Reibung. Nach Jahrzehnten der Raumfahrt verstehen Wissenschaftler immer noch nicht ganz, wie der menschliche Körper auf kosmische Strahlung reagiert. Wenn ihr Modell korrekt ist, könnte die zusätzliche Abschirmung aus Polyethylen jedoch wenig praktischen Nutzen bringen. Dies ist eine Frage der laufenden Forschung.
Aufgrund der vielen Unsicherheiten wurden keine Dosisgrenzwerte für Astronauten auf einer Marsmission festgelegt, bemerkt Barghouty. Unter der Annahme, dass diese Dosisgrenzwerte den für Shuttle- und Raumstationsflüge festgelegten Grenzwerten ähnlich sind, glaubt er, dass RXF1 hypothetisch eine angemessene Abschirmung für eine 30-monatige Mission zum Mars bieten könnte.
Heute auf die Müllkippe. Morgen zu den Sternen? Polyethylen könnte Sie weiter bringen, als Sie es sich jemals vorgestellt haben.
Originalquelle: NASA-Pressemitteilung
