Magyar dózismérők a fedélzeten
(Rovat: Hazai kutatóhelyek és űripar, Artemis , Orion, Ares, SLS - 2022.08.29 15:30.)

Az Artemis-1 startját ugyan máról legkorábban péntekre halasztották, azért érdemes megismerni a Holdhoz hamarosan induló küldetés magyar tudományos vonatkozásait.

Az ELKH Energiatudományi Kutatóközpont (EK) Űrkutatási Laboratóriumának dózismérői is jelentős szerepet kapnak a NASA Artemis programjának első küldetésében, amely kulcsfontosságú adatokkal szolgál majd a kozmikus sugárzási térről a későbbi emberi személyzetet szállító űrhajók, a Hold körüli pályán keringő űrállomás és a holdbázis létrehozásához. A NASA Space Launch System (SLS) hordozórakétájának startját itthoni idő szerint ma a 14:33 és 16:33 között tervezték a NASA floridai Kennedy Űrközpontjából, de műszaki okok miatt leghamarabb pénteken próbálkozhatnak vele újra (szeptember 2-án az indítási ablak magyar idő szerint 18:48-kor nyílik meg). A rakéta orrkúpjában szállítja a Hold körüli útra induló Orion űrhajót az EK dózismérőivel a fedélzetén.

Az emberes űrutazások új korszakába lépve egyre közelebb kerülünk ahhoz, hogy ismét űrhajósok sétálhassanak a Hold felszínén, és a megszerzett tapasztalatokat felhasználva komoly előrelépést tegyünk egy biztonságosan kivitelezhető marsi utazás felé. Hosszú évek előkészületei, megannyi elhalasztott start, meghosszabbított határidő és a költségvetési terv többszöri újragondolása után készen áll az a rendszer, amely lehetővé teszi az első tesztrepülést (Exploration Mission-1) az Orion számára. Mivel a Földtől távoli kozmikus környezetben dolgozó űrhajósok egészsége elsődleges fontosságú, ezért a tesztek során kiemelt figyelmet kap a sugárvédelem. Miként a korábbi Matroshka-küldetésekben, a cél ez esetben is a különböző szövettípusokban elnyelt sugárzás mennyiségének és minőségének megállapítása, és ezáltal az űrhajóban utazó személyzetet érő sugárterhelés felmérése.

A kozmikus sugárzás detektálásában való négy évtizedes tapasztalatának köszönhetően az EK Űrkutatási Laboratóriuma több szempontból is részese lehet az emberiség következő „nagy ugrásának”. A laboratórium úgynevezett „passzív”, energiaellátást nem igénylő dózismérőkkel foglalkozó csoportját például a program első komoly lépcsőjének számító küldetésben, az Orion űrhajó Hold körüli repülésében való részvételre hívták meg, amelynek során az űrhajósok helyét sugárzásmérő eszközökkel gazdagon ellátott tesztbábuk, úgynevezett fantomok foglalják el.

Helga és Zohar már az Orion kabinban. (Kép: ESA / DLR)

Az optimális sugárvédelmi árnyékolás, a megfelelő dóziskorlátok kidolgozása, a bőrt, valamint a belső szerveket érő sugárterhelés összefüggéseinek megértése kulcskérdés az emberes küldetések tervezése során. Nem új keletű ötlet, hogy az űrhajósokat kívül-belül érő ionizáló sugárzást a valóságot jól modellező bábu segítségével vizsgálják. Emberi koponyát imitáló fantommal már a 90-es években is végeztek méréseket a NASA űrrepülőgépein, majd a Mir űrállomáson.

Az EK kutatói is részt vettek abban a lényegesen részletgazdagabb fantomot használó kísérletsorozatban, amelyet az Európai Űrügynökség (ESA) megbízásából a Német Repülési és Űrrepülési Hivatal (DLR) koordinált. A Matroshka-program fantomjának lágy szövetei és tüdeje testszövetazonos, kis sűrűségű poliuretánból készültek, és a bábu valódi emberi csontokat is tartalmazott. A kutatók több száz mérési pozíciót alakítottak ki rajta aktív (energiaellátást igénylő) és passzív (utólagos kiértékeléssel elemezhető) detektorok számára, majd 2004 és 2011 között a Nemzetközi Űrállomáson kívül, valamint – különböző modulokban – belül is végeztek méréseket. Hasonló modelleket alkalmaznak a radioterápiás besugárzóberendezések tesztelése, kalibrálása során is.

Az Orion űrhajón tervezett Matroshka AstroRad sugárzási kísérletet (MARE) szintén a DLR vezeti az ESA megbízásából. Dózismérőikkel részt vesznek benne több ország – Ausztria, Belgium, Csehország, Lengyelország, Magyarország, Németország, az Egyesült Államok és Japán – kutatói, akik már tapasztalatot szereztek hasonló típusú mérésekben. Miként a korábbi Matroshka-küldetések során, a cél ez esetben is a különböző szövettípusokban elnyelt sugárzás mennyiségének és minőségének megállapítása, és ezáltal az űrhajóban utazó személyzetet érő sugárterhelés felmérése.

A kísérlet során alkalmazott bábukkal kapcsolatban lényeges különbség, hogy a MARE-fantomok női testet imitálnak. Biológiai és sugárvédelmi szempontból nem elhanyagolható a különbség a két nem szöveti és szervi felépítésében, emiatt az új eredmények hiánypótlók lesznek. Az út során két teljesen azonos – Helga és Zohar névre keresztelt – fantomot helyeznek majd el az egymás melletti ülésekben, melyek közül az egyik (Zohar) az AstroRad elnevezésű sugárvédelmi mellényt is viseli majd. A Nemzetközi Űrállomáson már tesztelték a mellényt, de a Hold körüli térség kitettsége egyedi körülményeket teremt, így a most tervezett kísérlet hasznos új információkkal szolgálhat. A kutatók a fantomok belsejében kialakított 1400 szenzorpozíció mellett a mellény külső felületén is végeznek majd méréseket, így egyértelműen láthatóvá válik, hogy az milyen mennyiségű és minőségű sugárzástól védi meg a viselőjét.

Az Apollo-küldetésekből meglehetősen kevés és kezdetleges szabályozások mellett rögzített dozimetriai adat áll rendelkezésre, ezért igen fontosnak ígérkeznek a MARE kísérlet mérései. A részt vevő kutatócsoportok a DOSIS-3D kísérletsorozat keretében több mint tíz éve végeznek méréseket a Nemzetközi Űrállomás Columbus moduljában. Az együttműködés során felhalmozott tapasztalatok felhasználásával kialakítottak egy olyan mérési összeállítást, amelynek alkalmazásával egyidejűleg több különböző típusú passzív dózismérővel detektálható a kozmikus sugárzás. Többek között ezt a termolumineszcens dózismérőket és szilárdtest-nyomdetektorokat tartalmazó összeállítást fogják alkalmazni az Orion űrhajóban elhelyezett fantomok testfelületén, valamint a sugárvédelmi mellény alatt és felett.

A szilárdtest-nyomdetektorok a nagyobb energia leadásra képes részecskéket – ilyenek a protonok és a szupernóva-robbanások során szétrepülő, közel fénysebességgel száguldó atomok – regisztrálják látható felületi roncsolás formájában, míg a termolumineszcens detektorok a kisebb energialeadású részecskékre – a gamma-sugárzásra, illetve az űrhajó falából kilökött neutronokra – érzékenyek. Ezeket a detektorokat a küldetés végén a földi laboratóriumban értékelik ki a kutatók.

A MARE kísérlethez előkészített termolumineszcens dózismérők a 3D-nyomtatott tartókban (balra) és kalibrációs besugárzások során különböző mértékben roncsolt szilárdtest-nyomdetektor lapkák (jobbra). (Kép: EK)

A 42 napos kísérlet eredményeiből megtudhatjuk majd, hogy milyen sugárzási viszonyok uralkodnak az Orion űrhajóban, és mennyire hatékony az AstroRad sugárvédelmi mellény. Mindezeket az információkat a legmodernebb aktív (elektronikus) dózismérők és több más fedélzeti műszer adataival kiegészítve olyan tudásra tehet szert az emberiség, amely nagyban hozzájárul a további Artemis küldetések biztonságos kivitelezéséhez. Az EK a következő küldetésekben is részt vállal, a Gateway űrállomáson is ott lesznek. (Forrás: ELKH sajtóközlemény)