2024 年 9 月 18 日

 

• 阿耳忒彌斯一號任務期間的測量：測量模型赫爾加和佐哈爾在阿耳忒彌斯一號任務期間首次連續記錄了地球和月球之間的輻射數據，以便分析獵戶座太空艙內的輻射狀況以及太空船的適用性未來的任務 評估任務。
• 太空輻射帶來的健康風險：在長期的航太任務中，太空輻射可能導致癌症和退化性疾病，因此需要採取適當的保護措施來保護太空人。
• 焦點：太空旅行、太空輻射防護

 

在長期的航太任務中，太空輻射會對人體造成健康風險。它可引起癌症和多種器官的退化性疾病。為了在未來越來越長的太空停留期間最好地保護太空人，找到合適的保護措施非常重要。這需要有關地球磁場外太空飛行期間輻射暴露的詳細測量數據。 2022 年底，作為德國航空航天中心 (DLR) 領導的 MARE 計畫的一部分，兩個測量假人 Helga 和 Zohar 在 NASA 的獵戶座飛船上發射升空。在阿耳忒彌斯一號任務中，他們進行了為期 25 天的月球往返旅程。首次獲得了地球與其距離近50萬公里的衛星之間輻射水平的連續測量數據。來自德國航太中心、歐洲太空總署和美國太空總署的研究小組現已在科學期刊《自然》上發表了他們的第一份成果。

博士。科隆DLR 航空航天醫學研究所的輻射物理學家兼MARE 實驗負責人托馬斯·伯傑(Thomas Berger) 解釋說：「對我們來說，阿爾忒彌斯I 號任務有兩個主要目標：我們希望首次獲得全面、連貫的結果關於月球飛行輻射條件的數據集，目前正在進行評估。我們與 NASA 和 ESA 一起，想要描述獵戶座太空船內輻射差異的特徵，目前結果已經出來。事先，我們在太空船內的各個固定位置以及我們的兩個真人大小的 MARE 測量模型 Helga 和 Zohar 中放置了大量的輻射探測器，即所謂的劑量計。德馬丁公司和以色列太空總署ISA。

 

獵戶座太空船內的顯著輻射差異

現在發表在《自然》雜誌上的測量結果顯示：在穿過地球質子帶（即所謂的內範艾倫帶）的飛行過程中，太空船內的輻射劑量根據探測器的位置而有非常明顯的差異：最佳劑量率之間的劑量率太空艙內最不受保護的區域相差四倍。這些巨大的差異證實了太空艙的設計和屏蔽概念。在太空艙屏蔽程度較高的區域（風暴避難所），在發生大型太陽粒子事件時，乘員受到的總劑量可限制在最大 150 毫西弗。在此劑量下預計不會出現急性放射病症狀。

 

獵戶座太空艙對於航太飛行的適用性

數據還表明，太空船在通過質子帶期間的方向對太空艙內的輻射水平有顯著影響：在通過內部質子帶結束時，獵戶座進行了 90 度轉彎，這導致了輻射劑量出乎意料地大幅減少了50%。 「這向我們表明，這種飛行機動可以顯著減少太空船內乘員的輻射暴露。這也是一個好兆頭，證實了獵戶座對於未來載人太空飛行的基本適用性。我們的測量數據是未來任務設計的寶貴資訊來源。

最後但並非最不重要的一點是，現在發表的研究表明，現代電腦對輻射環境的模擬已經得到改進，因為實驗測量數據與預測的模型計算基本一致。這些也是以時間和成本效益方式進一步發展獵戶座概念的重要因素。

總體而言，科學團隊在《自然》雜誌上指出，未來阿耳忒彌斯任務的輻射暴露只會持續幾天到幾週，如果滿足類似的任務條件，不太可能超過美國宇航局目前對宇航員的限制。然而，輻射風險仍然是航太旅行的關鍵挑戰。

 

與 NASA 和 ESA 合作：輻射測量，有效保護未來獵戶座太空人

阿爾忒彌斯一號是美國太空總署阿爾忒彌斯計畫一系列任務中的第一個。它設想50多年後再次將人類送上我們的衛星，與國際合作夥伴一起在那裡建立永久基地，並在月球軌道上建立一個太空站，人們可以從那裡出發前往更遙遠的目的地，包括火星。 2022 年 11 月 16 日，美國太空總署的阿耳忒彌斯一號任務從佛羅里達州甘迺迪太空中心發射升空，繞著地球月球運行。在這次無人任務中，所有新開發的系統都進行了互動測試——獵戶座太空船、歐洲服務模組（ESM）、重型火箭SLS（太空發射系統）和地面系統。

NASA 為獵戶座太空船配備了「混合電子輻射評估器」（HERA）、輻射測量裝置和警告系統。 HERA 由三個輻射感測器組成，安裝在獵戶座區域，這些區域受到不同程度的輻射屏蔽。它的設計目的是當船員在高能量輻射事件（例如太陽耀斑）期間尋求庇護時觸發警報。在這種情況下，機組人員將透過打開地板艙門移動到獵戶座輻射屏蔽程度較高的部分，然後在頭上安裝屏蔽材料以提供額外的保護。

歐空局還在太空艙的不同位置提供了五個移動劑量計 - EAD-MU（歐空局主動劑量計 - 移動單元）來測量輻射。 2016 年至 2017 年，國際太空站國際太空站使用了行動單元的前身系統。阿耳忒彌斯一號任務的月球軌道使得盡可能完整地繪製深空輻射環境圖成為可能。現在將把新值與國際太空站的測量值進行比較，並將評估後續阿耳忒彌斯乘員任務的安全性。隨後，EAD-MU 系統的更先進版本將用於所謂的「月球門戶」——一個計劃在月球軌道上運行的太空站。

分佈在獵戶座太空艙的 ESA 劑量計由科隆 DLR 航空航天醫學研究所與芬蘭 ASRO 共同設計、測試和製造。 Helga 和 Zohar 的 DLR M-42 主動測量裝置和被動感測器由位於科隆的 DLR 航空航天醫學研究所開發和製造。

「探測器測量不同類型的輻射，以便我們可以利用這些值得出有關其生物效應的結論，」托馬斯·伯傑說。 MARE 計畫中的兩個測量模型是專門根據女性解剖結構建模的，以便研究女性在長期停留在太空期間所承受的特殊壓力。

目前在《自然》雜誌上發表的結果是該系列的第一篇。來自德國太空中心、美國太空總署和歐洲太空總署的科學家們正在繼續分析獵戶座飛行的大量輻射測量結果。目前工作博士。 Thomas Berger 和他的 DLR MARE 專案團隊正在比較在沒有防護措施的情況下飛行的測量假人 Helga 和在繞月飛行時穿著 AstroRad 輻射防護背心的 Zohar 的輻射暴露。

 

[照片]

(A) 獵戶座看著地球和月球

獵戶座號從其遙遠的月球軌道捕捉了地球和月球的影像，其中包括這張由太空船太陽能板上的相機於 2022 年 11 月 28 日拍攝的影像。由乘員艙和歐洲服務艙 ESM 組成的仍無人載人的獵戶座太空船在阿耳忒彌斯一號飛行測試中達到了距離地球 434,522 公里的最大距離，然後開始返回地球。

(B) 阿爾忒彌斯一號登月任務的“船員”

在 NASA 首次 Artemis I 任務中飛往月球的兩個 MARE（Matroshka AstroRad 輻射實驗）人體模型佔據了獵戶座太空艙的兩個乘客座位（第 3 號座位和第 4 號座位）。

(C) MARE 娃娃 Helga 和 Zohar 準備運輸

兩個 MARE 娃娃（Helga 在前，Zohar 在後）都在所謂的“把手”中，以便將這兩個娃娃“攜帶”到獵戶座太空艙中。

(D) MARE 團隊和完全組裝的測量假人

來自 DLR 航空航天醫學研究所的 MARE 實驗團隊（左起：Joachim Aeckerlein、Bartos Przybyla、Karel Marsalek 和項目負責人 Thomas Berger 博士）在 NASA 肯尼迪航天中心。兩個測量模型將在阿耳忒彌斯一號任務期間持續測量輻射暴露。