Der Weltraum ist eine extreme Umgebung mit vielen Gefahren, zu denen auch die Strahlung gehört. Bei Weltraummissionen sind die Astronauten sowie ihre Ausrüstung einer viel höheren Strahlung ausgesetzt als auf der Erde. Ohne geeigneten Schutz könnten die Geräte Fehlfunktionen erleiden. Für die Astronauten selbst könnte eine längere Exposition gegenüber der Weltraumstrahlung schwerwiegende Folgen für ihre Gesundheit haben. Daher ist der Schutz vor der Strahlung eine wichtige Herausforderung für die Weltraumforschung.
Angesichts der Herausforderung der Weltraumstrahlung untersuchen Forscher der Universität Gent in Belgien eine Lösung: 3D-gedruckte Hydrogele. Diese Materialien, die für ihre Fähigkeit, große Mengen Wasser zu binden, bekannt sind, könnten zu starken Schutzschilden gegen kosmische Strahlung werden. Doch woraus bestehen diese Hydrogele? Wie können sie die Strahlung blockieren?
Ein Astronaut und ein Space Shuttle und Astronaut aus 3D-gedrucktem Hydrogel.
Astronauten vor Weltraumstrahlung schützen
Wenn man vom Weltraum spricht, stellt man sich oft ein völliges Vakuum vor, aber das ist nicht der Fall. In Wirklichkeit ist der Weltraum mit energiereichen Teilchen gefüllt, die sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegen. Diese Teilchen stammen hauptsächlich von der Sonne. Neuere Studien haben ergeben, dass Wasser aufgrund seiner Fähigkeit, die Strahlungspartikel zu verlangsamen, einen wirksamen Schutz vor Strahlung bieten könnte. Aufgrund seiner Dichte und seiner Wasserstoffkonzentration ist es dafür besonders geeignet. Die Einrichtung eines Systems, das Wasser zur Abschirmung dieser Strahlung nutzt, ist jedoch mit einigen Herausforderungen verbunden. So könnten große Wassertanks in den Raumanzügen die Bewegungen der Astronauten behindern. Außerdem wäre der Schutz unzureichend, wenn das Wasser nicht gleichmäßig verteilt ist, und wenn es ausläuft, könnte es elektronische Geräte beschädigen.
Daher arbeiten Forscher an der Universität Gent in Belgien an einem neuen Ansatz zum Schutz vor Strahlung. Sie untersuchen superabsorbierende Polymere (SAP), die Wasser ersetzen könnten und somit eine sicherere und effektivere Lösung für die Schaffung von Schutzschilden bieten. SAP ist ein Material, das eine Flüssigkeitsmenge aufnehmen kann, die weit über seinem Gewicht liegt. Wenn es sich mit Wasser vollsaugt, verwandelt es sich in ein Gel, das als Hydrogel bezeichnet wird. Der Forscher Lenny Van Daele erläutert: „Hydrogele sind in vielen Dingen enthalten, die wir täglich benutzen, von Kontaktlinsen über Windeln bis hin zu Hygieneprodukten. Unsere Forschungsgruppe hat Erfahrung mit Anwendungen im medizinischen Bereich, indem sie Hydrogele als flexibles implantierbares Material zur Reparatur von beschädigtem Gewebe und Organen verwendet.“
Das Aufquellen eines Hydrogels.
3D-gedruckte Hydrogele – ein Durchbruch für den Schutz im Weltraum
Hydrogele sind ideal für den Schutz vor Weltraumstrahlung im, sei es in Stationen oder in Raumanzügen. Das von ihnen eingeschlossene Wasser bleibt stabil und läuft nicht aus, wodurch ein gleichmäßiger Schutz gewährleistet wird. Im Falle eines Lecks tritt das Wasser nicht sofort aus, so dass die Astronauten zu ihrer eigenen Sicherheit schnell handeln können. Manon Minsard von der Universität Gent fügt hinzu: „Das superabsorbierende Polymer, das wir verwenden, kann mit vielen verschiedenen Techniken verarbeitet werden, was eine seltene und vorteilhafte Eigenschaft unter Polymeren ist. Unsere bevorzugte Methode ist der 3D-Druck, mit dem wir ein Hydrogel in fast jeder von uns gewünschten Form herstellen können.“
Nachdem die Forscher bewiesen haben, dass Hydrogele für die Weltraumumgebung geeignet sind, konzentrieren sie sich nun auf die Verbesserung ihrer Herstellung. Ihr Ziel ist es, 3D-Strukturen aus diesen Materialien herzustellen und ihre Produktion effizienter zu gestalten, um eine mögliche Serienproduktion zu ermöglichen.
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*Bildnachweise: The European Space Agency