Tizenkét év – harminc bevetés az űrben

Visszatekintés az MTA Energiatudományi Kutatóközpont passzív szilárdtest detektorokkal végzett űrdozimetriai tevékenységére. Az első, általános rész.

A Magyar Tudományos Akadémia (MTA) Energiatudományi Kutatóközpontja (EK, korábban Atomenergia Kutatóintézet, AEKI) hosszú ideje folytat űrkutatási tevékenységet. Az első lépés az orosz Vertyikal-1 kísérletben való részvétel volt 1970-ben, melynek során mikrometeoritokat gyűjtöttek be földi vizsgálatra a Tánya nevű eszközzel. Az első termolumineszcens doziméter, a Pille őse 1979-ben debütált a Szaljut-6 űrállomáson. Ezt követte még további sok, ezekhez hasonló eszköz feljuttatása különböző űrjárművekre, műholdakra, többek között a Mir űrállomásra is.

A Nemzetközi Űrállomás (ISS) felépítésének kezdetekor, 1998-ban az EK Űrdozimetriai Kutatócsoportja már fejlett, áramellátással rendelkező (ún. aktív) és áramellátást nem igénylő (ún. passzív) dozimetriai rendszereket fejlesztett a kozmikus sugárzás különböző komponenseitől származó dózisterhelés vizsgálatára és a majdani űrállomáson belüli dózistérképezésre.

A passzív rendszerek – melyekről a továbbiakban szó lesz – fejlesztésében és alkalmazásában az EK első és azóta is meghatározó partnere az orosz Orvosbiológiai Problémák Intézete (IMBP) volt, majd 2004-től az Európai Űrügynökség (ESA) programjaihoz is csatlakoztak.

Az első űrhajósok, Bill Shepherd, Jurij Gidzenko és Szergej Krikaljov 2000. október 31-én, 13 évvel ezelőtt léptek a még akkor csak két orosz egységből álló űrállomás fedélzetére. De már ők telepítették az EK első, passzív detektorrendszereit a Zvezda modul hat pontjában, 2001 februárjában. Ezek aztán 2001. október 31-én, az egy éves évforduló napján ereszkedtek vissza a Földre. Azóta az EK 30 különféle összeállításban és kutatási céllal küldött fel ilyen detektorokat nemzetközi programok keretében. A vizsgálati tevékenység egy teljes napciklust ölelt át. Ahogy az űrállomás bővült, úgy jelentek meg az EK újabb és újabb detektoregységei az egyes modulokban A jelenlegi állapot szerinti orosz modulokat az első ábrán mutatjuk be, ahol a mérési pontjainkra nyilak mutatnak.

A Nemzetközi Űrállomás orosz moduljai 2013-ban. A Pirsz modult az év végén eltávolítják és helyére egy új egység, a Nauka (tudomány), egy többcélú laboratórium modul (MLM) kerül. Ebben a sugárzásméréseket az EK 2014-ben kezdi el.

A dózistérképezés és az űrállomás falai védelmi képességének vizsgálata három orosz szegmensben (Zvezda: szervizmodul, Pirsz: dokkolómodul, Poiszk: kutatómodul, más néven MRM2) és az európai Columbusban a kezdetektől folynak a BRADOS, SPD, DOSIS és TriTel programok keretében. Ezek feltehetően 2015 végéig eltartanak a meglévő egyezmények szerint. Az összesített eredmények egy mindenki által a világhálón elérehető adatbázisba kerülnek.

Az emberi testben a kozmikus sugárzás dóziseloszlásának vizsgálata a MATROSHKA program keretében zajlott 2004-2011-ben, két orosz (Zvezda, Pirsz) és a japán (Kibo) modulokban. Ennek eredményei már bárki számára hozzáférhetőek a www.fp7-hamlet.hu honlapot böngészve. Második ábránk a MATROSHKA fantomot mutatja be a japán Kibo modulba érkezésekor.

A MATROSHKA fantom érkezése a Kibo modulba 2010. április 28-án.

Biológiai minták (növényi szaporító anyagok, mikroorganizmusok, stb.) kozmikus sugárállóságának vizsgálatához nélkülözhetetlen sugárzásmérések a BioTrack programban történtek a Pirsz modulban, 2010-2013-ban. A BioTrack program a 24. napciklus növekvő naptevékenységének idejére esett. Ez kisebb-nagyobb napkitörésekben nyilvánult meg, melyek az űrállomást bombázó protonok számának hirtelen megugrásait eredményezték.

A BioTrack program négy, egymáshoz csatlakozó részből állt (BT-1 – BT-4). A napkitörésekből származó, 10 MeV és 100 MeV energiáknál nagyobb energiájú protonok számának változása a vizsgálatok 917 napja alatt a GOES-13 műhold mérései alapján. Az ábra alján három SPD vizsgálat időtartama szerepel. Ezek részben átfedik a BioTrack vizsgálatok idejét.

Ugyanakkor az űrállomás is magasabb pályára került. A két hatás eredményeként a mért napi átlag dózisok is megnövekedtek, amint ez az EK mérései alapján az alábbi táblázatban látható.

Az űrállomás pályamagasságának változása a BioTrack vizsgálatok alatt.

A napi átlagdózisok változása a BioTrack vizsgálatok alatt a naptevékenység és az űrállomás magasságának együttes hatására a Pirsz modulban.

Összehasonlításul: az első BRADOS program szintén intenzív naptevékenység idejére esett a 23. napciklusban, és a pályaadatok is közel azonosak voltak 2001-ben. Ekkor a Zvezda szervizmodul különböző pontjaiban mért dózisteljesítmények 440–540 μSv/nap tartományba estek. Ez mintegy harmada a Pirsz modulban most a leggyengébb védelemmel ellátott pozícióban mért értékeknek. A nagy különbség a modulok eltérő sugárvédő képességét mutatja. Az SPD program vizsgálati eredményeivel való részletesebb összevetést rövidesen, cikkünk következő, második részben mutatjuk be.

És még valami: földi körülmények között a sugárveszélyes munkahelyen dolgozók maximálisan 55 μSv/nap dózist kaphatnak a nemzetközi szabályozás szerint.

Harminc után a 31. bevetés következik

Az ősz mindig eseménydús időszak volt az EK életében az űrállomás környékén. Most szeptember 11-én érkezett vissza Földre a DOSIS-3D projekt 3. ütemének passzív detektorokból álló mérőrendszere. Az EK a Columbus modul 11 pontján 24 detektort állomásoztatott. Ezek pótlására a 4. ütem detektorai szeptember 25-én indultak az űrállomásra és október 6-án kerültek a mérőpontokba. Ugyancsak ezzel a járattal, a Szojuz TMA-10M (36S) űrhajóval utaztak a következő, SPD-10-es vizsgálatokhoz készített, hat egységből álló detektorcsomagok is. Ezek 3 orosz szegmensbe kerültek. A TriTel-RS projekt első passzív detektoregysége szintén szeptember 11-én landolt a Szojuz TMA-08M (34S) fedélzetén. A második passzív, TriTel-RS 3D-s detektorcsomag társult az új SPD és DOSIS detektorokhoz. Ezt már a helyén, az aktív mérőrendszerrel összetársítva a következő ábrán mutatjuk be.

A TriTel-RS mérési öszzeállítás a Zvezda modulban. A piros nomex anyagból készült tok tartalmazza a termolumineszcens és szilárdtest nyomdetektorokból álló, a kozmikus sugárzás irányfüggését vizsgáló, passzív detektorrendszert, mely az aktív szilícium félvezető alapú 3D-s részecskedetektáló teleszkópokkal azonos orientáltságú (felső fekete doboz). Az alsó doboz az aktív mérőrendszer mérési adatait automatikus feldolgozás után saját kijelzőjén megtekinthetővé teszi.

A BioTrack és SPD vizsgálatok részben a Nemzeti Fejlesztési Ügynökség támogatásával, az URKUT_10-1-2011-0013 szerződés keretében folytak.

Pálfalvi József
MTA EK, Űrdozimetriai Kutatócsoport

Kapcsolódó cikkek:
Magyar detektorok útja az ISS-en (1. rész)
Magyar detektorok útja az ISS-en (2. rész)
Újra AEKI-hegemónia a Nemzetközi Űrállomáson
Magyar jelenlét 2009-ben a Nemzetközi Űrállomáson – Újra Matrjoska-vonulás
Megújult BRADOS program nemzetközi összefogással
Dózismérő műszer fejlesztése a Nemzetközi Űrállomás orosz szegmensére
TRITEL a Columbus modulban
Újabb TRITEL dózismérő rendszer indul ma a Nemzetközi Űrállomásra
DOSIS-3D