Når astronauter igjen skal reise til månen, kan det kanskje bli med en norsk sensor i romdrakten. Sensoren, som er laget av silisium, er kapslet inn i et biologisk materiale som etterligner menneskelig vev, Her er astronaut Harrison Schmitt på månen for nærmere 50 år siden. Foto: NASA

Astronauter på måneferd får hjelp av norsk sensor

Astronauter på romferd kan bli utsatt for helseskadelig stråling tilsvarende tusenvis av røntgenbilder. Når den neste måneferden blir en realitet, skal en norskutviklet mikrosensor måle effekten strålingen har på astronautenes helse.

Den europeiske romfartsorganisasjonen ESA ruster opp og søker for tiden etter nye astronauter. Romferder til månen står nemlig igjen på planen.

Og når romhistorien skal skrives har ESA invitert norske forskere fra SINTEF med på laget. Sammen med kolleger fra Universitetet i Wollongong i Australia har forskerteamet utviklet en helt unik sensor som ikke bare kan måle strålingen astronauter blir utsatt for på romferder, men også effekten strålene har på kroppen.

Sensoren, som er laget av silisium, er kapslet inn i et biologisk materiale som etterligner menneskelig vev, sier forsker Angela Kok, som har utviklet sensorens måleteknologi sammen med forskerkollega Marco Povoli ved SINTEF MiNaLab.

Dette gjør at sensoren vil oppfatte strålene på samme måte som cellene gjør. Ved hjelp av bestemte algoritmer kan man helt nøyaktig beregne hvilken skade strålingen påfører kroppen helt ned på cellenivå, legger hun til.

Sensoren er laget med et såkalt mikrosystem, som gjør at den kan bli på størrelse med et kredittkort og dermed integreres i romdrakten. Der vil mikrosensoren, eller mikrodosimeteret som det kalles i denne sammenhengen, kontinuerlig måle strålingen astronauten blir eksponert for på romferder.

Hånd holder mikrosensor som kan måle strålingen astronauter utsettes for.

Denne lille sensoren har SINTEF utviklet i samarbeid med forskere på Universitetet i Wollongong i Australia. Den vil både måle hvilke stråler astronautene blir utsatt for, hvor store strålingsdosene er og beregne skadene de har på kroppen. Foto: SINTEF


Helseskadelige strålingsdoser

Ingen er vel i tvil om at en romferd er en risikofylt affære, men visste du at bare strålingen astronautene kan bli utsatt i verdensrommet kan være helseskadelig og i verste fall dødelig?

Strålingen er uforutsigbar og i løpet av en seks måneder lang romferdsekspedisjon kan en astronaut ifølge NASA bli utsatt for alt fra 50-2000 millisievert (mSv) stråling, der Sievert er måleenheten som brukes. Dette tilsvarer 150-6000 røntgenbilder av brystet. Til sammenligning skal ikke stråledosen for den vanlige befolkningen i Norge overstige 1 mSv ioniserende stråling (se faktaboks) i året, ifølge Strålevernforskriften.

Fakta om stråling i verdensrommet:

Kosmisk stråling er ioniserende stråling som består av høyenergipartikler. Hoveddelen av partiklene kommer fra det dype verdensrommet utenfor vårt solsystem og kalles galaktisk kosmisk stråling. Den andre delen av partiklene kommer fra solen og kalles solar kosmisk stråling.

Høyenergetiske partikler fra verdensrommet og solen går tvers gjennom romfartøy og kan gi stråleskader på mennesker – på samme måte som når vi kommer i kontakt med radioaktive kilder. Astronautene på den internasjonale romstasjonen (ISS) er delvis beskyttet av jordens magnetfelt, men kan risikere å motta så mye stråling under en solstorm at de blir syke.

Enkelte ganger akselereres det store mengder høyenergetiske protoner ut fra solen. Protonskurene stanses av magnetfeltet og skader derfor ikke mennesker på jorden, men kan være svært farlige for mennesker som oppholder seg i verdensrommet. Dette utgjør en stor utfordring på lange romekspedisjoner utenfor jordens magnetfelt, som for eksempel til Mars og månen. Da kan slike stormer i verste fall være dødelige – selv inni romfartøyet.

Ioniserende stråling skiller seg fra ikke-ioniserende stråling ved at den har mye høyere energi og fører til at det dannes ioner når strålingen passerer gjennom materie. Når en slik ionisasjon skjer i cellene, kan dette føre til både direkte og indirekte skader. Konsekvensene kan bli celledød eller celleforandringer som blant annet kan gi utvikling av kreft.

Kilder: Store norske leksikon, Direktoratet for strålevern og atomsikkerhet, International Commission on Radiological Protection (ICRP), Norsk Romsenter og SINTEF

På romferder til den internasjonale romstasjonen (ISS) er astronautene delvis beskyttet av jordens magnetfelt, men på ekspedisjoner til Mars og månen er stråledosene langt høyere.

Mens astronautene på ISS blir utsatt for rundt 0,5 millisievert hver dag, vil en astronaut på månen bli utsatt for en daglig stråledose på minimum 1,4 millisievert, ifølge en kinesisk studie forskning.no refererer til. Altså mer enn en vanlig norsk borger vil bli utsatt for i løpet av et helt år. Nå ønsker ESA å få utviklet bedre systemer for å få mer kunnskap om strålingsmiljøet på månen og initierte et nytt prosjekt.

Nytt målesystem for måneferder

Kok og Povoli har samarbeidet med ESA om sensoren i to tidligere prosjekter, og ble invitert inn i det nye, toårige prosjektet. Der skal de videreutvikle den til å kunne måle alle typer stråler ESA mener astronauter kan bli utsatt for på en måneferd.

Mikrodosimeteret er bare én del av prosjektet, hvor målet er å lage et større strålingsmålesystem for ekspedisjoner til månen, forklarer Kok. National and Kapodistrian University of Athens, som er prosjektleder, skal sammen med selskapet ADVEOS utvikle et system som skal settes igjen på overflaten og måle stråling på månen.

– Sammen med Universitetet i Wollongong har vi ansvaret for å videreutvikle mikrosensoren med riktig elektronikk, programvare og brukergrensesnitt. Målet er at vi sammen kan sørge for mye mer kunnskap rundt stråling på månen, legger SINTEF-forskeren til.

Dette er de fire forskerne bak sensoren som nå skal passe på helsa til astronauter

Forskerne Angela Kok (foran) og Marco Povoli (til venstre) ved SINTEF MiNaLab har utviklet mikrodosimeteret sammen med research fellow Linh Tran (i midten bak) og Distinguished Professor Anatoly Rosenfeld ved Universitetet i Wollongong i Australia. Foto: SINTEF

Norsk astronaut og teknologi på månen?

Norsk Romsenter ser med stor interesse på prosjektet og mener behovet for bedre målesystem øker sterkt nå som ESA sikter mot både månen og etter hvert mot Mars. Den nye romstasjonen Lunar Gateway, som skal gå i bane rundt månen og der ESA har ansvaret for en egen modul, er under planlegging. Da står strålingsproblematikk og sikkerhet for bemanningen helt sentralt.

ESA er en viktig partner i NASAs ARTEMIS-program med ambisjon om å lande den «første kvinne og neste mann» på månen om få år. Bemannet romfart er inne i en ny og spennende periode, sier fagsjef for Bemannet romfart og utforskning, Arvid Bertheau Johannessen, ved Norsk Romsenter.

Astronautenes sikkerhet, ikke minst med tanke på stråling, er viktigere enn noensinne, legger han til.

Også hans kollega Pål Brekke, som er fagsjef for Romforskning ved Norsk Romsenter, mener SINTEFs forskning er viktig.

Dette er veldig spennende. Vi ønsker jo at flere institutter og industri skal bidra inn mot romteknologi og ikke minst bemannet romfart. Dette er jo ekstra aktuelt nå i disse dager da vi nylig annonserte at ESA søker etter nye astronauter – og vi håper jo at denne gangen får vi en norsk astronaut som da vil kunne få mulighet til å dra til månen, sier Brekke. Kanskje blir det også med en norsk sensor på innerlommen.

Les også om at SINTEF, Norsk Romsenter og ESA nå ønsker å støtte norske selskaper som har teknologi som er egnet for eller kan videreutvikles til bruk i rommet.

Vil bidra til bedre beskyttelse av astronauter

Forskerne utviklet opprinnelig sensoren til bruk i protonstrålebehandling av kreft, før ESA fattet interesse for den. SINTEF-forskerne skal i løpet av de to neste årene utvikle en prototype og teste den i strålingslaber. Blant annet skal forskerne teste hva som skjer med strålene når de bryter gjennom materialer som finnes i et romfartøy og til slutt treffer utstyr og astronauter.

Vi ønsker å bidra til å forstå mer om stråling i verdensrommet og komme opp med et instrument som kan bidra til bedre beskyttelse av de som skal reise på ekspedisjoner i rommet, sier Kok.

Astronauter bruker i dag dosimetre for å måle stråledosene, men de kan ikke beregne skadene på cellene slik man kan med mikrodosimeteret som SINTEF jobber med. Mikrodosimeteret vil også bruke mindre strøm og kunne måle langt flere typer stråler.