Schutzweste AstroRad kann Strahlenbelastung von Menschen im All deutlich senken
13. August 2026 | Gesundheitsschutz im All – DLR-geführtes Artemis-I-Experiment MARE
Schutzweste AstroRad kann Strahlenbelastung von Menschen im All deutlich senken
Ready for Takeoff – Helga und Zohar im Cockpit der Orion
Helga und Zohar auf den Crewplätzen drei und vier im Orion-Raumschiff, bereit für ihren Flug zum Mond. Das Experiment MARE untersuchte mittels der zwei baugleichen DLR-Strahlungsmesspuppen die Strahlenbelastung während des gesamten Fluges. Die „Mond-Zwillinge“ sind weiblichen Körpern nachempfunden. Eine von ihnen – Helga – flog Ende 2022 ungeschützt zum Mond, die andere – Zohar – trug die neu entwickelte Strahlenschutzweste AstroRad. Im Vergleich der beiden Datensätze untersuchte das MARE-Team nach dem Flug, in welchem Ausmaß die Weste eine Astronautin vor schädlicher Strahlenbelastung schützen würde. Das DLR leitete das Experiment. Hauptprojektpartner waren die israelische Raumfahrtagentur ISA, der israelische Industriepartner StemRad, der AstroRad entwickelt hat, sowie Lockheed Martin und die NASA.
Bild: 1/4, Credit:
NASA/Frank Michaux
Die „Crew“ der Artemis-I-Mission zum Mond (künstlerische Darstellung)
Helga und Zohar, die beiden Messpuppen des Experiments MARE (Matroshka AstroRad Radiation Experiment), die mit der ersten Mission Artemis I der NASA zum Mond flogen, nahmen die zwei Passagiersitze drei und vier in der Orion-Kapsel ein. Auf ihnen sind schematisch die Strahlungsverteilungen zu sehen.
Bild: 2/4, Credit:
Science Advances/NASA/Lockheed Martin/DLR/StemRad
MARE-Logo
Logo des Experiments MARE (Matroshka AstroRad Radiation Experiment), bei dem zwei Messpuppen auf der ersten Mission im Artemis-Programm der NASA Ende 2022 zum Mond geschickt wurden.
Die auf Artemis I mitgeflogene Weste AstroRad könnte die effektive Strahlendosis bei starken Sonnenstürmen um bis zu 60 Prozent reduzieren.
Bei der 25,5-tägigen Mondmission des Orion-Raumschiffs Ende 2022 flogen die Phantome Helga und Zohar, die vom DLR und von der ISA bereitgestellt wurden. Zohar trug die Schutzweste. Mit den Vergleichsmessungen ließ sich ihre Schutzwirkung bewerten.
Das vom DLR geleitete MARE-Experiment war das erste, bei dem an Bord einer Artemis-Mission ein kontinuierlicher Verlauf der Strahlungsexposition gemessen wurde. Der Schwerpunkt lag dabei speziell auf weiblichen Körpermodellen.
Die Ergebnisse sind ein wichtiger Baustein für sichere astronautische Langzeitmissionen zum Mond oder perspektivisch zum Mars.
Schwerpunkte: Raumfahrt, Raumfahrtmedizin, astronautische Exploration, Weltraumstrahlung, Mond
Mit dem Artemis-Programm der NASA kehrt die Menschheit zum Mond zurück. Ende 2022 fand mit Artemis I der erste Testflug statt. Bei diesem startete das Orion-Raumschiff noch ohne Besatzung, dafür war es vollgepackt mit wissenschaftlichen Experimenten. Eines davon war das vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) geleitete Strahlungsexperiment MARE (Matroshka AstroRad Radiation Experiment): Auf zwei der Passagierplätze flogen die beiden Messpuppen Helga und Zohar zum Mond und wieder zurück. Beide waren mit Strahlungsdetektoren ausgestattet, Zohar trug die neu entwickelte Schutzweste AstroRad, Helga flog ohne Schutz. Am 12. August 2026 wurden die Ergebnisse im Fachmagazin Science Advances veröffentlicht. Eine zentrale Erkenntnis nach Auswertung und Vergleich der Datensätze der „Mond-Zwillinge“: Ein tragbarer Strahlenschutz wie AstroRad kann einen wirksamen Beitrag leisten, um das Gesundheitsrisiko von Menschen im All während strahlungsintensiver Sonnenaktivitäten zu senken. MARE entstand in Zusammenarbeit mit der US-amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA, Lockheed Martin und StemRad, die die Weste entwickelt haben.
Eine der elementaren Herausforderungen für die Raumfahrt ist unsichtbar: die Weltraumstrahlung. Außerhalb des schützenden Erdmagnetfelds werden Mensch und Technik bei einer Mission deutlich höheren Strahlendosen ausgesetzt als auf der Erde oder im erdnahen Orbit auf der Internationalen Raumstation ISS. Besonders kritisch sind starke solare Teilchenereignisse – umgangssprachlich Sonnenstürme –, bei denen innerhalb kurzer Zeit große Mengen energiereicher Teilchen freigesetzt werden. Für Astronautinnen und Astronauten können diese eine erhebliche Gefahr für ihre Gesundheit bedeuten; insbesondere, wenn keine Gegenmaßnahmen ergriffen werden oder keine ausreichende Abschirmung vorhanden ist. Diese Ereignisse können zur akuten Strahlenkrankheit führen und das strahlungsinduzierte Krebsrisiko erhöhen.
MARE ist die Titelgeschichte der aktuellen Ausgabe von Science Advances
Credit:
Science Advances
„Mit dem MARE-Experiment konnten wir auf eine lange Forschungslinie aufbauen. Bereits seit vielen Jahren untersuchen wir die Strahlenbelastung von Astronautinnen und Astronauten, unter anderem auf der ISS. Mit dem früheren MATROSHKA-Experiment wurde dort zum Beispiel die Dosisbelastung in einem menschenähnlichen Phantom im erdnahen Orbit erfasst“, sagt Dr. Anke Pagels-Kerp, DLR-Bereichsvorständin Raumfahrt. „Mit MARE führte unser Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin diese Arbeiten auf der ersten Artemis-Mission erfolgreich zwischen Erde und Mond fort. Nach Artemis I im Jahr 2022 haben wir uns sehr gefreut, dass es für unsere Strahlungsforschung an Bord der Orion auf der zweiten Artemis-Mission im April 2026 erneut Richtung Mond ging. Dabei kam mit dem M-42 EXT eine weiterentwickelte Generation aus der Familie der weltraumerprobten DLR-Strahlungsdetektoren zum Einsatz.“
Deutsche Hardware unterstützt die Messung der Weltraumstrahlung zwischen Erde und Mond erstmals kontinuierlich
Bei MARE ging es um die Strahlungsbelastung auf realistische Nachbildungen des weiblichen Körpers. Sie war damit im Bereich der Weltraumstrahlungsforschung die erste Studie dieser Art jenseits der erdnahen Umlaufbahn. Diese ist besonders für die astronautische Raumfahrt bedeutend, da Frauen statistisch ein höheres strahlungsinduziertes Krebsrisiko haben und Krebs neben der Strahlenkrankheit zu den größten gesundheitlichen Gefahren von Strahlungsexposition im Weltraum gehört.
Die Messpuppen-Zwillinge Helga und Zohar bestehen aus Kunststoffmaterialien, die Knochen, Weichteile und Organe im Torso einer erwachsenen Frau nachbilden. Die Zwillinge wurden jeweils aus 38 einzelnen Scheiben aufgebaut. Auf und in ihnen integrierte das Team mehrere tausend passive Dosimeter sowie 16 der vom DLR entwickelten aktiven Strahlungsmessgeräte M-42. 18 weitere aktive Strahlungsdetektoren (CAD) sowie tausende Thermolumineszenz-Dosimeter zur gezielten Messung ionisierter Strahlung wurden von der NASA zur Verfügung gestellt. Während Helga ungeschützt flog, trug Zohar die von StemRad aus Israel entwickelte Strahlenschutzweste AstroRad. So brach die Orion zu ihrer Mondreise auf und in den besonders strahlungsempfindlichen Bereichen eines menschlichen Körpers sammelten die DLR-Detektoren in den „Mond-Zwillingen“ gezielt die jeweiligen Strahlungsdosen.
Auf der 25,5 Tage dauernden Orion-Mission erhoben die Strahlungsdetektoren in den Messkörpern sowie im gesamten Raumschiff kontinuierlich Messdaten. Erstmalig entstand dabei ein diskreter Datensatz der Strahlungssituation zwischen Erde und Mond in einem stark abgeschirmt konzipierten Crewraumschiff. Daraus erstellte das Forschungsteam ein detailliertes dreidimensionales Bild der Strahlenbelastung in unterschiedlichen Organen und Geweben. Der direkte Vergleich der Strahlenbelastung von Helga und Zohar erlaubte es anschließend, die Wirkung der Weste auf die empfindlichen Organe zu bewerten.
Dies geschah allerdings nicht allein auf Basis der Messdaten des Artemis-I-Fluges. Während der Flugzeit kam es nicht zu einer signifikant verstärkten Sonnenaktivität, aber Orion flog durch die Strahlungsgürtel der Erde, die sogenannten Van-Allen-Gürtel. Das MARE-Team extrapolierte im Rahmen der Auswertung und Analyse diese Daten aus dem Strahlungsgürtel auf die Dimensionen bekannter Sonnenstürme aus der Vergangenheit, zu denen ebenfalls Daten vorliegen, um die Schutzwirkung der Weste auch bei starker Sonnenaktivität beurteilen zu können.
Infografik aus DLRmagazin 170 aus 2022: Experiment MARE auf der Mondmission Artemis I
Die Strahlenmesspuppe Helga flog für das Projekt MARE mit ihrer „Zwillingsschwester“ Zohar zur Strahlungsmessung und Evaluierung der Schutzweste AstroRad bei der NASA-Mission Artemis I im Raumschiff Orion zum Mond und zurück.
Hochrechnungen auf Strahlungsbelastung historischer Sonnenstürme: Schutzwirkung der Weste bis fast 60 Prozent
Durch die Hochrechnung der Messdaten auf Werte, wie sie bei extremen Sonnenereignissen wie denen der Jahre 1972 und 1989 auftreten würden, konnte das Studienteam die Schutzwirkung der Weste bewerten. Daraus ergab sich eine der zentralen Erkenntnisse der gesamten MARE-Studie. Die gute Vergleichbarkeit der Messdaten und der hochgerechneten Simulationswerte war eine zentrale Voraussetzung, um die Schutzwirkung der Weste für solare Extremereignisse wie aus den Jahren 1972 und 1989 belastbar einschätzen zu können. Hier ergab sich eine der Kernerkenntnisse der gesamten MARE-Studie.
Bei einem starken Sonnensturm nach dem Vorbild des historischen Ereignisses vom August 1972 könnte die AstroRad-Weste die effektive Strahlendosis eines Menschen im Weltraum um rund 60 Prozent reduzieren. Für ein Ereignis ähnlich dem Sonnensturm vom Oktober 1989, dessen Teilchenspektrum energiereicher war – und damit schwerer abzuschirmen wäre –, ergibt die Hochrechnung eine Reduktion von knapp 40 Prozent. Damit könnte die Schutzweste Astronautinnen und Astronauten im Ernstfall einen erheblichen Teil ihrer zulässigen Lebenszeitdosis ersparen und den Gesundheitsschutz im Weltraum deutlich verbessern.
Die berechnete Schutzwirkung der AstroRad-Weste könnte somit im Umkehrschluss die aktive Zeit im Weltraum für Astronautinnen und Astronauten verlängern. Dies kann für die perspektivisch immer komplexeren und weiter in den Raum vordringenden astronautischen Missionen mehr Planungsspielraum geben. Auch wenn sich die MARE-Studie auf den weiblichen Körper fokussiert hat, gilt die mögliche Schutzwirkung auch für männliche Astronauten.
„Auf dem ersten Orion-Mondflug bei Artemis I mitfliegen zu können, war eine großartige Gelegenheit für uns“, sagt Dr. Thomas Berger, Strahlenphysiker und Leiter der Studie vom DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin. „Die Ergebnisse zeigen jetzt, dass wir mit MARE einen entscheidenden Schritt vom Messen hin zum Bewerten konkreter Schutz- beziehungsweise Gegenmaßnahmen gehen konnten. Für künftige Missionen zum Mond oder auch später weiter zum Mars müssen wir nicht nur wissen, wie hoch die Strahlenbelastung ist. Es gilt auch zu verstehen, welche Schutzkonzepte unter realistischen Missionsbedingungen wirken und zugleich praktikabel sind. Auf dem Weg dahin liefert MARE einzigartige Daten.“
Hintergrundinfo: Schutzweste AstroRad
AstroRad wurde von StemRad aus Israel entwickelt. Ihr Kern besteht aus einem Polymer mit hohem Wasserstoffanteil, was gegen die gesundheitsgefährdende Protonenstrahlung wirksam ist. Einzelne feste Abschirmungselemente sind hexagonal angeordnet, um den Astronautinnen und Astronauten eine komfortable Bewegungsfreiheit beim Tragen zu ermöglichen. Die für MARE eingesetzte Weste wog – auf der Erde – rund 26 Kilogramm. Seit Artemis I entwickelt StemRad die Weste weiter. Das Ziel ist, die Nutzlastmasse zu reduzieren.
Die AstroRad-Weste konzentriert das abschirmende Material auf strahlenempfindliche Organe und Gewebe. Dazu zählen unter anderem Knochenmark, Lunge, Magen, Brust und Eierstöcke. Es ist also ein Konzept, das darauf ausgerichtet ist, ein möglichst ideales Verhältnis aus hohem Gesundheitsschutz und kompakter Bauweise zu finden. Dies ist in zweifacher Hinsicht wichtig: Zum einen sind Masse und Volumen einer Nutzlast in der Raumfahrt generell ein limitierender Faktor. Sie müssen ihrem Nutzen gegenübergestellt und ihr Mitflug stets abgewogen werden. Zum anderen müssen sich Astronautinnen und Astronauten auf begrenztem Raum möglichst gut bewegen können.
Gezielter Schutz effektiver als Ganzkörperschutz
In zusätzlichen Modellrechnungen wurden Helga und Zohar – die nur den menschlichen Torso abbilden – durch virtuelle Ganzkörper-Messphantome ersetzt, um die berechnete Wirkung der AstroRad auch noch mit einem realistischen Ganzkörperschutz gleicher Masse zu vergleichen. Hierbei betrug die durch AstroRad erzielte Dosisreduktion 58,2 Prozent für das Ereignis von 1972 und 36,9 Prozent für das Ereignis von 1989, während die Ganzkörperabschirmung einen um etwa 30 Prozent geringeren Schutz bot. Dies zeigt, dass das gezielt auf den Schutz sensibler Körperpartien ausgelegte Westendesign der AstroRad sogar ein effektiverer Gesundheitsschutz als ein Ganzkörperschutzanzug sein kann, der überall mit gleicher Stärke an abschirmendem Material konzipiert ist. Gleichzeitig bleibt die Beweglichkeit der Crew bei einer kompakten Weste besser erhalten als bei anderen, stärker einschränkenden Schutzkonzepten.
Das Orion-Raumschiff verfügt für den Fall erheblicher Sonnenstürme über einen geschützten Bereich, den sogenannten Storm Shelter, den die Besatzung nach Bedarf innerhalb der Raumkapsel schnell errichten kann. Ein tragbarer Schutz wie AstroRad kann aufgrund seiner kompakten Bauweise solche Konzepte ergänzen, etwa wenn Besatzungsmitglieder sich während eines Strahlungsereignisses bewegen und wichtige Aufgaben nicht nur innerhalb, sondern auch außerhalb des engen Schutzbereichs übernehmen müssen – und währenddessen weiterhin geschützt bleiben. Aber auch für größere, weniger gegen Strahlung abgeschirmte Raumfahrzeuge, Mondhabitate oder spätere Marsmissionen könnten solche tragbaren Systeme in Zukunft eine wichtige Rolle spielen.
DLR-Video aus 2022: Alles über MARE in unter acht Minuten
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DLR-Video aus 2022: Alles über MARE in unter acht Minuten
Die Weltraumstrahlung bleibt ein wichtiges Forschungsfeld, um in Zukunft mit geeigneten Gegenmaßnahmen den Gesundheitsschutz im All zu verbessern und so ambitionierte astronautische Langzeitmissionen zu ermöglichen. Die MARE-Ergebnisse zeigen aktuell, dass sich die Risiken immer besser erfassen und gezielt verringern lassen. Mit den Messungen auf Artemis I und der Fortsetzung auf Artemis II liefert das DLR als wichtiger Teil der internationalen Strahlungsforschungsgemeinschaft im Mondprogramm der NASA die Grundlagen, um Menschen künftig sicherer zum Mond, in eine Mondumlaufbahn und eines Tages weiter zum Mars zu bringen.
Über MARE (Matroshka AstroRad Radiation Experiment)
Das Experiment MARE wurde vom DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin in Köln geleitet. Hauptpartner waren die Israel Space Agency (ISA), der israelische Industriepartner StemRad, der die Schutzweste entwickelte, Lockheed Martin und die NASA. Das Projekt stellt in seiner Zusammensetzung eines der komplexesten Experimente zum Strahlenschutz im Weltraum dar. Die Phantome Helga und Zohar flogen auf Artemis I vom 16. November bis 11. Dezember 2022 mit dem Orion-Raumschiff zum Mond und zurück.
Die neue Studie „First Evaluation of Wearable Radiation Protection for Human Deep Space 4 Exploration, as Flown on Artemis I“ ist bereits die zweite wissenschaftliche Veröffentlichung zum Thema Weltraumstrahlung auf Artemis I. Im September 2024 erschien in NATURE die Studie „Space Radiation Measurements During the Artemis I Lunar Mission“ mit den ersten Erkenntnissen des MARE-Teams, der ESA und der NASA. Hier wurden die Strahlungsmessungen weiterer Detektoren untersucht, die innerhalb der Orion-Kapsel an verschiedenen Positionen angebracht waren. Es zeigte sich: Während des Durchflugs durch den inneren Van-Allen-Gürtel unterschieden sich die gemessenen Dosen je nach Ort im Raumschiff sehr deutlich. Um das Vierfache waren sie an den am wenigsten geschützten Bereichen höher als an den am besten abgeschirmten.
Mit der aktuellen Veröffentlichung soll die Analyse der fruchtbaren MARE-Daten aus dem Artemis-I-Flug noch nicht abgeschlossen sein. Das Forschungsteam plant noch eine weitere Studie zu allen Daten, die die Messzwillinge Helga und Zohar hergeben.
DLR, Deutschland und Europa: Gesundheitsschutz im All und die international bedeutende Rolle im Artemis-Programm
Die Ergebnisse der aufwändigen MARE-Studie ordnen sich in eine breitere DLR-Beteiligung am Artemis-Programm ein. Nicht nur konnte die DLR-Strahlungsforschung nach Artemis I im Jahr 2022 auf Artemis II 2026 fortgesetzt werden, indem mit vier Flugeinheiten der neusten Version des DLR-Strahlungsdetektors M-42 zum Einsatz kamen: der M-42 EXT (extended) mit noch genauerem Messbereich. Damit stärkte das DLR seine Rolle als international anerkannter Partner in der Raumfahrtmedizin und trägt dazu bei, künftige astronautische Missionen sicherer zu machen.
Neben der Raumfahrtmedizin ist Deutschland und Europa auch mit der Antriebs- und Versorgungseinheit der Orion-Crewkapsel an den Artemis-Missionen entscheidend beteiligt. Das European Service Module ESM wurde unter der industriellen Führung von Airbus Defence and Space in Bremen entwickelt und wird dort auch montiert. Aus elf europäischen Ländern sowie den USA werden dafür Komponenten nach Bremen geliefert und zu dem einzigartigen Raumfahrzeug ESM integriert. Unter den ESA-Mitgliedsstaaten ist Deutschland der wichtigste Projektbeteiligte. Der deutsche Anteil am ESM-Programm beträgt rund 50 Prozent und wird von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR gesteuert.
