DLR 为 NASA Artemis I 任务提供女性测量人体模型

MARE 人体模型 Helga 和 Zohar 准备好运输。 信用:DLR(CC BY-NC-ND 3.0)

2022 年,美国宇航局的阿尔忒弥斯一号任务将近 50 年来首次向月球发射一艘能够支持人类机组人员的航天器。 在这次无人试飞中,猎户座太空舱上将搭载双胞胎测量人体模型 Helga 和 Zohar。 由德国航空航天中心 (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt; DLR) 设计的 MARE 实验将使用两个相同的代表女性身体的“幻影”来调查整个飞行过程中的辐射暴露情况,这可能会持续长达六周。 鉴于美国宇航局计划在阿尔忒弥斯计划期间将第一位女性送上月球,这项任务至关重要。 科隆 DLR 航空航天医学研究所的研究人员开发了该实验,现已将其交付给 NASA 肯尼迪航天中心 (KSC) 进行安装。 新的辐射防护背心也是实验的一部分,并将进行测试。 Artemis I 现在计划于 2022 年夏季发射。测量人体模型的组装和安装计划在发射前大约 4 周进行。

在地球的保护磁场之外,人体所受到的辐射要高得多。 女性身体对这种辐射比男性身体在乳房等器官中更敏感。 总体而言,辐射是进入深空(例如火星)的长期航天任务所带来的最大挑战之一。 “通过 MARE,有史以来最大的在近地轨道以外飞行的辐射实验,我们正在寻找在整个飞往月球的过程中辐射水平怎样影响女性宇航员,以及哪些保护措施可能有助于抵消这一点” DLR 航空航天医学研究所放射生物学系生物物理学工作组负责人 Thomas Berger 说。 “在过去的几个月里,在科隆和不来梅的 DLR 站点,我们一直在彻底研究幻影——Helga 和 Zohar,包括进行测试以确定它们在 Artemis 发射期间将受到的振动影响我执行任务。目的是确保肯尼迪航天中心以后一切顺利。”

双胞胎模特以女性身体为蓝本。 一般来说,女性患癌症的风险更大,因此女性宇航员的辐射边界值总是比男性宇航员的不同。 然而,到目前为止,还没有在太空中使用体模进行性别特异性测量。 “更具体地说,两个人体模型均由模仿成年女性的人体骨骼、软组织和器官的材料制成。构成人体模型的 38 个切片中集成了超过 10,000 个无源传感器和 34 个有源辐射探测器,”MARE 项目解释说经理托马斯·伯杰。 两个模型都高 95 厘米,重 36 公斤。 其中一个 – Helga – 将不受保护地飞向月球,而另一个 – Zohar – 将穿着新开发的辐射防护背心,称为 AstroRad。 通过比较这两组数据,将有可能确定 DLR 的以色列合作伙伴开发的背心能够保护宇航员免受有害辐射照射的程度。


测量人体模型 Helga。 信用:DLR(CC BY-NC-ND 3.0)

太空中的宇宙辐射

地球的大气层及其磁场的屏蔽作用保护我们免受宇宙中的大部分辐射,包括来自太阳的辐射。 当宇航员离开地球时,他们会暴露在太空中发现的全光谱辐射中。 猎户座宇宙飞船在飞过范艾伦带时将经历两次强烈的辐射——一次是在发射后的最初几个小时内,一次是在返回地球时——其中包含被地球磁场捕获的带电粒子。

除了地球磁场的保护外,猎户座将面临比国际空间站工作人员更恶劣的辐射环境,国际空间站处于近地轨道。 在范艾伦带之外,空间辐射环境包括太阳耀斑中产生的高能粒子以及源自太阳系外的银河系和银河系外宇宙线粒子。 DLR 航空航天医学研究所放射生物学系主任 Christine Hellweg 解释说:“宇宙射线对于开放空间中的长期任务来说是一项特殊的挑战,因为它们会提供连续水平的高能电离粒子。” “宇宙射线中的粒子范围从氢到铁和铀。”

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    在去月球的路上。 图片来源:NASA,构图:DLR
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    阿尔忒弥斯一号登月任务的“机组人员”。 图片来源:NASA/洛克希德马丁/DLR

拟人化模型测量辐射

Helga 和 Zohar 是拟人化的模型——以人体躯干为模型测量身体。 DLR 在这一领域拥有丰富的经验:由 DLR 科隆航空航天医学研究所开发的名为 Matroshka 的模型在 2004 年至 2011 年间部署在国际空间站上。安装在国际空间站外部,模型收集代表的辐射读数宇航员进行太空行走的经历。 体模也被放置在空间站的不同部分以测量辐射暴露。 “国际空间站上的宇航员所暴露的辐射水平大约是地球上人类所受辐射水平的 250 倍。在远离地球磁场或行星际空间的探索任务期间,辐射暴露可能要高得多——事实上,我们的估计预测高出 700 倍,”Berger 说。