Ein Kraftfeld für Astronauten?

30.06.2005 - Forscher beleben eine alte Idee neu, um Astronauten vor Weltraumstrahlung zu schützen. 

NASA's Vision for Space Exploration arbeitet an einer Rückkehr zum Mond, die als Vorbereitung für noch längere Reisen zum Mars und darüber hinaus dienen soll. Aber es gibt eine potenzielle Bremse für die Show: Strahlung.

Der Raum ist schon in geringen Höhen über die Erdumlaufbahn hinaus mit intensiver Strahlung überflutet, die von der Sonne und galaktischen Quellen, wie Supernovae, stammt. Astronauten, die sich auf dem Weg zum Mond und Mars befinden, werden dieser Strahlung ausgesetzt sein und dadurch steigt ihr Risiko, an Krebs zu erkranken. Ein gutes Schutzschild zu finden ist sehr wichtig.

Die gängigste Art und Weise mit Strahlung umzugehen ist sie einfach zu blockieren, so wie es der Beton um einen Reaktor herum tut. Raumschiffe aus Beton herzustellen ist aber nicht möglich. (Es ist interessant, dass es vielleicht möglich ist, eine Mondbasis aus einer Beton-Mixtur aus Mondstaub und Wasser herzustellen, wenn man Wasser auf dem Mond findet, aber das ist eine andere Geschichte.) NASA Wissenschaftler untersuchen viele Materialien die Strahlung blockieren, wie etwa Aluminium, weiterentwickelte Kunststoffe und flüssigen Wasserstoff. Jedes hat seine eigenen Vor- und Nachteile.

Dies sind alles physikalische Lösungen. Es gibt eine andere Möglichkeit, eine ohne physikalische Substanzen aber einer großen Schutzwirkung: ein Kraftfeld.

Das meiste der gefährlichen Strahlung im Weltraum besteht aus elektrisch geladenen Teilchen: schnellen Elektronen und Protonen von der Sonne und schweren, positiv geladenen Atomkernen von entfernten Supernovae.

Gleiche Ladungen stoßen sich ab. Warum nicht Astronauten durch ein sie umgebendes, starkes Feld schützen, das die gleiche Ladung hat, wie die einfallende Strahlung und sie so reflektieren würde?

Viele Experten sind sich nicht sicher, dass elektrische Felder produziert werden können, die Astronauten schützen würden. Aber Charles Buhler und John Lane, beide Wissenschaftler an NASA's Kennedy Space Center, glauben, dass man es so machen könnte. Sie haben vom NASA Institute for Advanced Concepts Unterstützung erhalten, dessen Aufgabe es ist Ideen zu fördern, die sehr innovativ sind, die Möglichkeit elektrischer Schilde für Mondbasen zu untersuchen.

"Die Benutzung von elektrischen Feldern um Strahlung abzuwehren war eine der ersten Ideen in den 1950er Jahren, als Wissenschaftler anfingen sich dem Problem zu widmen, Astronauten vor Strahlung zu schützen," sagt Buhler. "Sie ließen die Idee schnell wieder fallen, weil sie aufgrund des ungeschickten Designs und den angenommenen, sehr hohen Ladungen (zum Beispiel, zwei Astronauten innerhalb von 2 konzentrischen Metallkugeln zu platzieren) nicht umsetzbar erschien." 

Buhler und Lane's Herangehensweise ist anders. In ihrem Konzept wären etwa ein halbes Dutzend aufblasbare, leitende Kugeln, etwa 5 Meter oberhalb der Basis platziert. Die Kugeln würden dann geladen bis sie eine sehr hohes elektrostatisches Potenzial hätten: 100 Megavolt oder mehr. Diese Ladung ist sehr hoch aber da nur wenig Strom fließen würde (die Ladung würde statisch auf den Kugeln liegen) wäre nicht viel Energie erforderlich um diese Ladung aufrecht zu erhalten.

Die Kugeln würden aus dünnen, festen Fasern (wie etwa dem Material aus dem die Lande-Ballons der Mars Exploration Rovers waren; Vectran) bestehen und mit einer sehr dünnen Schicht eines Leiters, wie etwa Gold, überzogen sein. Die Faser-Kugeln könnten für den Transport gefaltet werden und dann einfach durch Aufladung aufgeblasen werden; die gleichen Ladungen der Elektronen in den Goldschichten stoßen sich gegenseitig ab und bringen die Kugel dazu sich nach außen auszudehnen.

Eine Platzierung der Kugeln weit oben würde das Risiko minimieren, dass die Astronauten sie berühren. Durch eine sorgfältige Anordnung der Kugeln können Wissenschaftler ihre Effektivität auf abstoßende Strahlung maximieren und gleichzeitig ihren Einfluss auf Astronauten und Ausrüstung am Boden minimieren. In einigen Plänen ist das resultierende elektrische Feld am Boden praktisch null, was folglich jedes potenzielle Gesundheitsrisiko solch starker Felder eliminiert. 

Buhler und Lane suchen noch nach der besten Anordnung: Teil der Herausforderung ist es, dass Strahlung sowohl durch negativ als auch positiv geladene Teilchen hervorgerufen wird. Die Kugeln müssen so angeordnet werden, dass sie weit über dem Boden negativ geladen (und somit negativ geladene Teilchen abgestoßen werden) und näher am Boden positiv geladen sind (um positiv geladene Teilchen abzuwehren). "Wir haben bereits drei Geometrien simuliert, die vielleicht funktionieren," sagt Buhler. 

Tragbare Designs könnten vielleicht sogar auf Mondfahrzeugen angebracht werden, um Schutz für Astronauten zu bieten, während sie die Oberfläche erforschen, stellt sich Buhler vor.

Es hört sich wundervoll an, gibt aber noch viele wissenschaftliche und technische Probleme, die erst gelöst werden müssen. Zum Beispiel sagen Skeptiker, dass ein elektrostatisches Feld auf dem Mond anfällig für Kurzschlüsse, verursacht durch Mondstaub, ist, der durch ultraviolette Strahlung selbst geladen ist. Sonnenwinde, die über den Schild blasen, könnten ebenfalls Probleme verursachen. Elektronen und Protonen in den Winden könnten durch das Labyrinth der Kräfte, die den Schild aufbauen, eingefangen werden, was genau über den Köpfen der Astronauten zu starken, nicht beabsichtigten, elektrischen Ladungen führen würde.

Die Forschung ist bisher noch vorläufig, gibt Buhler an. Mondstaub, Sonnenwind und andere Probleme werden noch untersucht. Es könnte vielleicht sein, dass eine andere Art Schild besser funktioniert, zum Beispiel ein supraleitendes, magnetisches Feld. All diese Ideen müssen sich selbst noch sortieren und bewähren.

Aber wer weiß, vielleicht werden Astronauten auf dem Mond eines Tages sicher arbeiten, geschützt durch einfache Grundlagen des Elektromagnetismus die sogar ein Kind versteht.

Autor: Frank Erhardt
Science@NASA - Deutsche Version