Magyar dózismérőkkel repül a NASA új űrhajója

A Magyar Tudományos Akadémia (MTA) Energiatudományi Kutatóközpont dózismérőit viszi magával a NASA új, Orion nevű űrhajója első, egyelőre ember nélküli Hold körüli próbarepülésére – közölte hétfőn a szervezet. Az űrhajósokat érő sugárzást mérő szerkezetnek szerepe lesz a későbbi, emberes Mars-küldetések előkészítésében is. A próbarepülésre a tervek szerint 2019 végén kerül sor az Orion Exploration Mission 1, röviden Orion EM-1 küldetés keretében.

A NASA Orion űrhajójaFotó: Wikimedia Commons/NASA

A küldetés elsődleges célja, hogy minél többet megtudjunk arról, milyen viszonyoknak vannak kitéve az asztronauták, hiszen a világűrben az embernek a hideg, az oxigén, a víz és a talaj hiánya mellett a még mindig nem eléggé ismert kozmikus sugárzás káros hatásait is el kell viselnie. Ez utóbbi a Föld felszínén mért értéknek akár több százszorosa is lehet. A sugárzási tér, valamint a következtében létrejövő dózis ismerete nagyon fontos az egészségügyi kockázatok felmérése, valamint a minél hatékonyabb védelem kiépítése szempontjából.

A Föld körül keringő űrjárművek, így a Nemzetközi Űrállomás (ISS) fedélzetén is rendkívül összetett sugárzási tér alakul ki. A kozmikus sugárzásnak alacsony földkörüli pályán három fő összetevője van:

  1. a Naprendszeren kívülről érkező galaktikus kozmikus sugárzás (főként protonok, alfa-részecskék, kisebb részben elektronok és nehezebb atommagok),

  2. a Napból érkező szoláris sugárzás (protonok és elektronok),

  3. a Föld mágneses mezeje által befogott töltött részecskék (protonok és elektronok), amelyek sugárzási övekben vannak jelen a Föld körül.

Ezek az elsődleges részecskék az űrjárművet alkotó anyagokkal kölcsönhatásba lépnek, és másodlagos részecskéket generálnak (neutronok, protonok, nehezebb ionok). A fentiek mellett észlelhető a kozmikus sugárzás nem részecskékből álló része is, a gammasugárzás. A kialakult sugárzási tér vizsgálata összetettsége és változékonysága miatt nem egyszerű feladat, ezért általában több, egymást kiegészítő mérési módszer alkalmazását igényli, és nemzetközi együttműködésben, folyamatos monitorozás mellett zajlik.

2001 óta mér az űrben az MTA

Az MTA Energiatudományi Kutatóközpontjának munkatársai először 2001-ben, a Nemzetközi Űrállomás első állandó legénységének felbocsátásakor kaptak meghívást, hogy passzív detektorokkal részt vegyenek az ISS-en zajló sugárzásmérési és űrdozimetriai programokban.

Azóta számos további küldetésben részt vettek, köztük szerepelt az a kettő, melyek megalapozták a mostani, Hold körüli repülésben való részvételt. Az egyik a Német Repülési és Űrkutatási Központ (DLR) vezetésével 2004 és 2011 között zajlott Matroshka nevű kísérlet volt, amelynek célja a dóziseloszlás vizsgálata volt egy űrhajósokat szimuláló emberszerű fantom belsejében. A másik a 2009-ben indult DOSIS program, illetve ennek folytatása, a 2012-ben kezdődött DOSIS-3D ugyancsak a DLR vezetésével, amelynek keretében az ISS európai Columbus moduljának dózistérképezését végzik el.

A Matroshka fantom (középen) a Nemzetközi ŰrállomásonFotó: NASA

Fantomok az űrben

Ezeknek az eredményes együttműködéseknek köszönhetően a napokban az MTA Energiatudományi Kutatóközpont Űrdozimetriai Csoportja meghívást kapott a MARE (Matroshka AstroRad Radiation Experiment) kísérletében való részvételre, amelyet a DLR és az Izraeli Űrügynökség javasolt a NASA Orion EM-1 küldetésére.

Az Orion fedélzetén az ISS-en mérhető sugárzástól eltérő összetételű és mennyiségű sugárzás, valamint nagyobb dózis várható. Az űrjármű egyrészt át fog haladni a Földet körbe vevő sugárzási öveken, másrészt a Hold körüli térségben már nem érvényesül a földi mágneses mező hatása, ami az ISS-t még védi a kozmikus sugarak egy részétől. A MARE kísérletben az űrhajósok helyére 1-1 antropomorf – azaz emberszerű – női fantomot helyeznek el.

A fantomok emberi csontvázra épülő szövetekvivalens anyagból készülnek, és a Matroshka kísérlethez hasonlóan különféle, felszínükre és belsejükbe telepített passzív és aktív dózismérőkkel szerelik fel őket. Így mérhetők a bőrfelszínen és a belső szervek (szem, pajzsmirigy, tüdő, gyomor, máj, vese stb.) helyén kialakuló dózisok, valamint a dóziseloszlás a fantomok belsejében. Az egyik fantom az izraeli StemRad cég által fejlesztett AstroRad sugárvédelmi mellényt fogja viselni, így annak árnyékolási képességeit éles küldetésben is vizsgálhatják.

AstroRad sugárvédelmi mellényt viselő nő az Orion EM-1 előkészületei közbenFotó: NASA

Az MTA EK által összeállított passzív, vagyis energiaellátást nem igénylő detektorcsomagokban kétféle anyagot használnak. Az ún. szilárdtest-nyomdetektorok képesek a nagyobb energialeadással rendelkező részecskék regisztrálására, míg az ún. termolumineszcens detektorok a kisebb energialeadású részecskéket és az egyéb sugárzásokat detektálják. Ezeket a detektorokat a küldetés végén, a földi laboratóriumba való visszaérkezés után lehet kiértékelni, az általuk mért dózisértékeket is csak ekkor lehet majd meghatározni.

A Nemzetközi Űrállomáson repült nyomdetektorról optikai mikroszkóppal készült felvétel. A képen többek között megkülönböztethetünk proton és alfa-részecske (p, α) nyomokat, kis rendszámú (Z) elemek nyomait (C, O, Si, Fe) és egy nagy rendszámú (Z>26) és energiájú részecske nyomát. A nyomok átmérője a becsapódó részecske rendszámával, hossza pedig az energiájával hozható összefüggésbe.

Az Orion EM-1-et a jelenlegi tervek szerint 2019. december 16-án bocsátják fel. A küldetés teljes időtartama még nem tudható pontosan, 26–42 nap a tervezett hosszúsága. Jelenlegi ismereteink szerint a kozmikus sugárzás által okozott dózis egy ilyen út során csak nagy bizonytalansággal becsülhető meg, ehhez hasonló komplex mérés még soha nem történt, így mindenképp jelentős előrelépés várható ezen a területen. A NASA fő célja a MARE kísérlettel, hogy az űrhajósok minél biztonságosabb körülmények között vághassanak neki az űr felfedezésének, amihez ezúttal magyar kutatók is hozzájárulhatnak.

A felkéréssel nem jár közvetlen finanszírozás, de a NASA állja a feljuttatás és a visszahozatal költségeit, ami azért nem elhanyagolható szempont, tekintve, hogy ez a legjelentősebb költségtétel. A detektorokat, azok összeállítását, kalibrálását, repülés utáni kémiai maratásának és kiértékelésének költségeit viszont saját (például hazai pályázati vagy intézeti) forrásból kell biztosítania az MTA-nak.

(MTA)