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In jedem Aufsatz in dieser Reihe will ich ein Argument der sogenannten "Moon Hoaxer", Anhänger der Theorie die Mondlandung während des Apollo-Programms wäre im Studio gedreht worden, entkräften, bzw. die mangelnde Sachkenntnis der Verschwörungstheoretiker bloßstellen. Dabei will ich mich auf die beschränken die auch ein bisschen Erklärung oder Rechnungen brauchen und nicht einfache Klassiker wie die fehlenden Sterne die man mit ein, zwei Sätzen erklären kann. Heute geht es um die Strahlenbelastung der Astronauten.
Die Strahlenbelastung durch die Astronauten hat prinzipiell zwei Aspekte. Das eine ist die, das die Astronauten auf dem Weg zum Mond den Van-Allen Strahlungsgürtel durchqueren müssen. Hier ist eine der Behauptungen, dass die Strahlung so hoch sei, dass sie tödlich wäre. Ein amerikanischer Kritiker sprach sogar davon, dass die Astronauten "gegrillt" würden.
Passieren die Astronauten dann den Van Allen Gürtel, so befinden sie sich außerhalb des Erdmagnetfeldes und sind dem Sonnenwind, einem stetigen Strom von Protonen und Heliumkernen der Sonne ausgesetzt. Hier ist die Behauptung, dass die Astronauten auf der Mondoberfläche, nur geschützt durch ihre Raumanzüge daran sterben würden.
Eine Grundregel bei dem Nachrechnen von Behauptungen der Mondlandungsverschwörer ist es, niemals die Zahlen eines Moon Hoaxer zu übernehmen, da sie in der überwiegenden Zahl der Fälle nicht stimmen, zudem recherchieren diese nur nachlässig und übernehmen gerne die veröffentlichten Zahlen anderer Mondlandungskritiker ohne diese zu überprüfen.
Bei diesem Aspekt der Mission ist es besonders schwierig, weil das Thema Strahlung ein zeitlich variables ist und es viele Parameter gibt die man technisch bestimmen kann, aber nicht so einfach berechnen, wie z.B. die Dosis hinter einem Raumanzug oder der Wand eines Raumschiffs. Doch fangen wir mit den Grundlagen an.
Die Erde wird laufend von Strahlen bombardiert. Sie haben verschiedene Quellen. Die primäre Hauptquelle ist die Sonne. Sie fusioniert Wasserstoff zu Helium und gibt dabei einen stetigen Strom der Kerne dieser beiden Atomen sowie die Elektronen ab, damit das Plasma elektrisch neutral bleibt. Der Sonnenwind besteht also aus Protonen, Alphateilchen (zwei Protonen und zwei Neutronen) und Elektronen.
Der Sonnenwind hat eine schützende Funktion denn er verhindert das Eindringen anderer Teilchen die zuerst bis sie auf der Erde ankommen mit den Teilchen des Sonnenwindes zusammenstoßen und so Energie verlieren. Die meisten Teilchen der kosmischen Strahlung werden so stark abgebremst.
Die nicht von der Sonne stammende Strahlung besteht aus galaktischer und extragalaktischer Strahlung. Aus unserer Galaxis stammt die Strahlung z.B. aus der bei der Explosion eines Sterns. Diese Strahlung ist viel energiereicher als die Sonnenstrahlung, enthält auch schwere Kerne und das Magnetfeld der Erde kann sie kaum ablenken. Die Supernova in der Magellanschen Wolke, einer Schwestergalaxie wurde zuerst von Teilchendetektoren nachgewiesen, bevor sie visuell beobachtet wurde. Extragalaktische Ereignisse sind sehr selten, damit Strahlung bei uns noch in nennenswerter Menge ankommt muss das Ereignis sehr viel Energie freisetzen, wie die Fusion von großen schwarzen Löchern in Galaxienkernen. Die Strahlung ist sehr durchdringend, aber die Teilchendichte ist auch sehr gering. Eine Supernova als Hauptquelle der galaktischen Strahlung ereignet sich alle 100 Jahre, galaktische Ereignisse die wirklich große Strahlenmengen freisetzen sind noch seltener und werden als Kandidaten für einige Epochenschnitte gehandelt bei denen Arten ausstarben. So wurde das Ausstreben am Ende des Ordovizium auf die Bildung einer Hypernova mit einem Gammastrahlenausbruch in weniger als 3000 Lichtjahren Entfernung zurückgeführt. Beweise gibt es aber für diese Hypothese noch keine.
Für die Betrachtung der Gefahr durch die Strahlung konzentriert man sich daher auf den Sonnenwind. Dieser hat zum einen einen konstanten Anteil, der nur wenig fluktuiert. Bedingt dadurch dass die Sonne aber ein Magnetfeld hat und differentiell rotiert (der Äquator schneller als die höheren breiten) werden auf der Sonne Magnetfeldlinien verdrillt und diese können Materie mitreisen. Diese als Coronala Masse Auswürfe (CME) bekannten Phänomene emittieren dann über kurze Zeit viel mehr Materie als sonst und sie ist auch noch schneller unterwegs (bis zu 2000 km/h, normal sind beim Sonnenwind 300-600 m/s) und so energiereicher.
Heute überwacht man die Sonne mit Satelliten. Die CME sind assoziiert mit einer Riehe von beobachtbaren Phänomenen auf der Sonne wir Protuberanzen und Flares. Da die Magnetfeldlinien an der Oberfläche den Materietransport verhindern und diese so abkühlen ist ein grobes Maß für die Gesamtaktivität der Sonne die Zahl der Sonnenflecken. Sie schwankt in einem 11-Jährigen Rhythmus. Satelliten machen zum einen Beobachtungen im Visuellen, dreht sich ein Flare z.B. in Richtung Erde so kann man warnen. Selbst bei höchster Geschwindigkeit brauchen die Teilchen noch knapp einen Tag um die Erde zu erreichen. Betroffen von solchen Sonnenstürmen sind nicht nur Satelliten, die ausfallen können, sondern auch Regionen nahe des Nordpols, wo die Teilchen tiefer in die Atmosphären gelangen. Sie können so Stromnetze schädigen. Daneben gibt es Satelliten in der Verbindunglinie Sonne-Erde die 1,5 Millionen km näher an der Sonne sind. Detektieren ihre Teilchendetektoren eine CME die auf die Erde zurast so schlagen sie Alarm. Die Vorwarnzeit beträgt dann aber nur noch etwa eine viertel bis halbe Stunde. Die CME sind räumlich begrenzt, anders als der Sonnenwind. Wir können einen Flare beobachten, aber wenn sein Auswurf ist nicht auf die Erde gerichtet und wir sind nicht betroffen umgekehrt kann uns ein CME erreichen, der freigesetzt wurde als der Flare noch für uns nicht beobachtbar am Sonnenrand war, da selbst bei schnellen Flares die Ausbrüche zwei Tage bis zur Erde brauchen.
1969 zur Zeit der Mondlandungen war die Vorhersagetechnik für solche Ereignisse noch in den Kinderschuhen. Der Sonnenwind war zwar schon früher postuliert worden, aber erst 1961 von der Raumsonde Mariner 1 nachgewiesen worden. Die NASA hatte einige Kleinsatelliten zur Untersuchung und Vorwarnung die Interplanetar Magnetc Explorers (IMP) gestartet. Sie konnten aber nicht vorwarnen sondern nur eine Gefahr bestimmen. In den Notfallplänen hätte man dann die Mission entweder vor der Landung abbrechen müssen oder wenn die Astronauten auf dem Mond gelandet sind sollten sie im Lunar Module bleiben bis der Sturm vorüber ist. Ein Sonnensturm dauet normalerweise nur einige Stunden.
Auf dem Erdboden sind wir recht gut vor Strahlung geschützt. Die Hauptschutzschicht ist unsere Atmosphäre. Unsere Atmosphäre hat am Boden einen Druck von 100.000 N pro qm². Würde man diesen Druck durch eine Wassersäule erzeugen so wäre dies eine 10 m dicke Schicht. Die Abschirmleistung unserer Atmosphäre entspricht also in etwa einem Schutzschild von 10 m Wasser. "In etwa", weil es natürlich eine Eisschicht mit anderer Zusammensetzung und Ausdehnung ist. Die wenigsten Teilchen erreichen die Erdoberfläche. Die meisten treffen auf Teilchen der Atmosphäre ionisieren diese und verlieren an Energie. Es entsteht ein Strom von Sekundärteilchen, die in größerer Höhe z.B. auf Bergen oder in Ballonexperimenten auch nachweisbar sind. Diese haben zum einen oft nur eine kurze Lebenszeit wie Myonen, zum andern prallen auch sie auf die Atmosphäre und werden so abgebremst. Die Strahlenbelastung steigt so an, wenn man sich von der Erdoberfläche entfernt z.B. beim Flug in einem Passagierflugzeug in 11-12 km Höhe. Die Erdatmosphäre ist auch unser wirksamster Schutz vor energiereicher nicht ionisierender Strahlung wie Gamma- und Röntgenstrahlung sie kann die Atmosphäre nicht passieren, aber den Strahlungsgürtel der Erde. Passieren kann nur die ans Licht angrenzende UV-Strahlung, die energiereichere UV-Strahlung wird von der Ozonschicht absorbiert.
Der zweite Schutz vor der Strahlung ist unser Magnetfeld. Die kosmische Strahlung von der wir hier reden, besteht aus geladenen Teilchen. Nicht geladene Strahlung wie Röntgen- und Gammastrahlung wird weder vom Sonnenwind, noch vom Magnetfeld beeinflusst. Sie wird nur durch Materie abgeschwächt. Sie ist aber auch kalkulierbarer, da die Hauptquelle die Sonne ist und ihre Abgabe an Röntgenstrahlung ist weitestgehend konstant. Geladene Teilchen folgen aber den Magnetfeldlinien. Sie werden so von unserem Magnetfeld abgelenkt und treten entlang den Magnetfeldlinien an den Polen auf die Erdatmosphäre. Dort verursachen sie die Aurora, das Polarlicht.
Schon vor dem Weltraumzeitalter wurde aber postuliert, dass entlang der Pole die Teilchen aber auch vom Erdmagnetfeld eingefangen werden können. Sie wären dann in einem Strahlungsgürtel gefangen, in dem sie die Erde umrunden bis sie einmal in Polnähe wieder auf die Erdatmosphäre treffen. Dieser postulierte Gürtel wurde von Explorer 1 zuerst indirekt beobachtet (die Strahlenmeßgeräte maßen bei Erreichen des Gürtels gar nichts mehr, weil sie übersättigt waren) und dann mit späteren Satelliten und nicht so empfindlichen Detektoren nachgewiesen.
Der Van Allen Gürtel erstreckt sich am stärksten am Äquator bis hinaus in einen Breitengrad von 65 Grad. Nördlich oder südlich davon schützt uns vor allem die Atmosphäre. Der Aufbau unterscheidet sich zwischen Elektronen und Protonen. Die Elektronen befinden sich in zwei enger begrenzten Gürteln in 3000 bis 6000 km und bei 25.000 km Höhe. Protonen sind über einen größeren Bereich verteilt, aber näher der erde zwischen 1000 und 6000 km Höhe. Die Ausdehnung ist je nach Sonnenaktivität variabel und kann sich bis auf 65.000 km von der Erde entfernt erstrecken.
Unser Magnetfeld erstreckt sich weit in den Raum und bildet die Magnetosphäre. Sie erstreckt sich in Sonnenrichtung bis 10 Erdradien (64.000 km Entfernung) und beginnt mit dem Bugschock, der Grenze an der der Sonnenwind auf das Magnetfeld trifft und es zusammendrückt und dabei abgebremst wird. Auf der anderen Seite läuft das Magnetfeld in einer langen Fahne aus, die noch in 200 Erdradien (1,2 Millionen km) Entfernung nachweisbar ist. In dieser Region ist man genauso vor dem Sonnenwind geschützt wie auf der anderen Seite der Sonne.
Wie schon erwähnt gibt es zwei primäre Quellen für die Strahlenbelastung. Das eine sind die durchquerten Van Allen Gürtel, das zweite der Aufenthalt am Mond.
Eine Grundbehauptung, der Van Allen Gürtel wäre tödlich für Menschen, auch bei nur kurzer Passage erscheint schon nach kurzer Recherche unglaubwürdig. Schließlich gibt es auch Satelliten die den Van Allen Gürtel durchqueren. Zuerst natürlich Satelliten die diesen Gürtel erforschen. Die ESA Cluster Satelliten wurden im Jahr 2000 gestartet und arbeiten 2016 immer noch. Ihre Bahn zwischen 19.000 und 119.000 km führt sie alle zweieinhalb Tage durch den äußeren Van Allen Gürtel. Das bedeutet es gab schon 2300 Passsagen und sie leben noch immer.
Russland betrieb lange Zeit das Molnija Nachrichtensystem, bei dem die Satelliten eine Umlaufbahn zwischen 600 und 40.000 km, später 66.000 km einnahmen. Bei dieser Umlaufbahn passiert ein Satellit vier bzw. zweimal pro Tag beide Van allen Gürtel. Die Satelliten arbeiteten über mehrere Jahre.
Der wohl beste Nachweis ist der Hipparcos Satellit. der Satellit zur Vermessung von Sternpositionen strandete in einem GTO-Orbit da sein Apogäumsmotor versagte. Bedingt durch den Start von Korou aus durchquert er dabei den polaren Teil des Van Allen Gürtels inklusive der Südtalantikanomalie die besonders hohe Strahlenlastungen aufweist und dies zweieinhalb Mal pro Tag. Der Satellit arbeitete fast genau vier Jahre, in denen er den Van Allen Gürtel über 7000-mal durchquerte. Dann fiel er tatsächlich durch Elektronikschäden aus. Damit gibt es einen Fall an dem man die durchschnittliche Strahlungsbelastung wirklich berechnen kann.
Satellitenelektronik wird meist auf eine Maxmaldosis von 200 krad ausgelegt. 15 Jahre im GEO-Orbit, da sollte Hipparcos eigentlich hin, entsprechen20-30 krad. Für einen Menschen sind 5-10 krad tödlich. Hippacos bekam eine Dosis ab, die 5-10 mal höher war Das sind also bis zu 300 krad. Das ist zwar die 60-fache Dosis die einen Menschen tötet, aber pro Durchflug nur 1/120 stel der tödlichen Dosis.
Vor allem gilt diese Betrachtung für einen Satelliten. Diese haben nur eine dünne Hülle aus Aluminium. Die bemannten Raumkapseln bestehen dagegen aus einer dicken Hülle, die die Atmosphäre innen halten muss und auch den Belastungen beim Wiedereintritt standhält. Eine Apollokapsel wog etwa 5,5 t bei einer Gesamtoberfläche von etwa 26 m². Von dieser Masse entfielen 1367 kg auf die Struktur. Das ist ein Flächengewicht von 52,6 kg/m². Das entspricht der Abschirmleistung von 19 mm Aluminium. die angegebenen Dosen werden aber nach 3 mm Aluminium bestimmt. Das bedeutet das diese geringe Dosis noch deutlich abgeschwächt bei der Besatzung ankommt.
Es gibt von mir vier Bücher zum Thema bemannte Raumfahrt. Alle Bücher beschäftigen vor allem mit der Technik, die Missionen kommen nicht zu kurz, stehen aber nicht wie bei anderen Büchern über bemannte Raumfahrt im Vordergrund.
Das erste bemannte Raumfahrtprogramm der USA, das Mercuryprogramm begann schon vor Gründung der NASA und jährt sich 2018 zum 60-sten Mal. Das war für mich der Anlass, ein umfangreiches (368 Seiten) langes Buch zu schreiben, das alle Aspekte dieses Programms abdeckt. Der Bogen ist daher breit gestreut. Es beginnt mit der Geschichte der bemannten Raumfahrt in den USA nach dem Zweiten Weltkrieg. Es kommt dann eine ausführliche technische Beschreibung des Raumschiffs (vor 1962: Kapsel). Dem schließt sich ein analoges Kapitel über die Technik der eingesetzten Träger Redstone, Little Joe und Atlas an. Ein Blick auf Wostok und ein Vergleich Mercury bildet das dritte Kapitel. Der menschliche Faktor - die Astronautenauswahl, das Training aber auch das Schicksal nach den Mercurymissionen bildet das fünfte Kapitel. Das sechs befasst sich mit der Infrastruktur wie Mercurykontrollzentrum, Tracking-Netzwerk und Trainern. Das umfangreichste Kapitel, das fast ein Drittel des Buchs ausmacht sind natürlich die Missionsbeschreibungen. Abgeschlossen wird das Buch durch eine Nachbetrachtung und einen Vergleich mit dem laufenden CCDev Programm. Dazu kommt wie in jedem meiner Bücher ein Abkürzungsverzeichnis, Literaturverzeichnis und empfehlenswerte Literatur. Mit 368 Seiten, rund 50 Tabellen und 120 Abbildungen ist es das bisher umfangreichste Buch von mir über bemannte Raumfahrt.
Mein erstes Buch,
Das Gemini Programm: Technik und Geschichte
Mein zweites Buch,
Das ATV und die Versorgung der ISS: Die Versorgungssysteme der Raumstation
Das Buch
Die ISS: Geschichte und Technik der Internationalen Raumstation
Durch die Beschränkung auf den Technischen und geschichtlichen Aspekt ist ein Buch entstanden, das kompakt und trotzdem kompetent über die ISS informiert und einen preiswerten Einstieg in die Materie. Zusammen mit dem Buch über das ATV gewinnt der Leser einen guten Überblick über die heutige Situation der ISS vor allem im Hinblick auf die noch offene Versorgungsproblematik.
Die zweite Auflage ist rund 80 Seiten dicker als die erste und enthält eine kurze Geschichte der Raumstationen, die wesentlichen Ereignisse von 2010 bis 2015, eine eingehendere Diskussion über die Forschung und Sinn und Zweck der Raumstation sowie ein ausführliches Kapitel über die Versorgungsraumschiffe zusätzlich.
Das bisher letzte Buch
Skylab: Amerikas einzige Raumstation
Mehr über diese und andere Bücher von mir zum Thema Raumfahrt finden sie auf der Website Raumfahrtbücher.de. Dort werden sie auch über Neuerscheinungen informiert. Die Bücher kann man auch direkt beim Verlag bestellen. Der Versand ist kostenlos und wenn sie dies tun erhält der Autor auch noch eine etwas höhere Marge. Sie erhalten dort auch die jeweils aktuelle Version, Bei Amazon und Co tummeln sich auch die Vorauflagen.
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