As crewed lunar exploration advances, protecting humans from hazardous ionizing radiation becomes increasingly vital. While passive shielding approaches provide limited protection, electrostatic shielding has emerged as a promising strategy for reducing exposure. This research employed numerical simulations in COMSOL Multiphysics to model the shielding behavior of high-voltage electrode configurations against intense SPEs (Solar Particle Events) and GCRs (Galactic Cosmic Rays). The study was structured around three sets of research objectives. Firstly, it investigated the shielding behavior of a 3D electrode point design, secondly, it conducted design and operational trade studies, and thirdly, it examined the influence of lunar surface charge-induced electric fields on shielding efficacy. The initial setup demonstrated effective shielding against SPEs, particularly protons, with average particle reductions above 70% and energy deposition reductions above 30%. However, shielding against GCRs was limited. Significant power demands were observed due to charged particle impacts on the electrodes, which could be reduced through design adjustments. The overall power demand was estimated to be in the low kW range, remaining well within the feasibility limits of lunar power capabilities. Further optimization potentials were identified by simplifying the anode stack design and employing asymmetric potentials between anodes and cathodes without sacrificing system effectiveness. Additionally, while lunar surface charging could modify particle velocity distributions, its effect on shielding efficacy was negligible when active electrode shielding was in operation. Overall, this research provides valuable insights into the feasibility of electrostatic shielding for lunar habitats, emphasizing the importance of design optimization and the need for integrated shielding strategies to address the complex radiation environment on the Moon.     «

As crewed lunar exploration advances, protecting humans from hazardous ionizing radiation becomes increasingly vital. While passive shielding approaches provide limited protection, electrostatic shielding has emerged as a promising strategy for reducing exposure. This research employed numerical simulations in COMSOL Multiphysics to model the shielding behavior of high-voltage electrode configurations against intense SPEs (Solar Particle Events) and GCRs (Galactic Cosmic Rays). The study was str...     »

Mit dem Fortschreiten der bemannten Mondexploration wird der Schutz von Astronauten vor schädlicher ionisierender Strahlung zunehmend wichtiger. Während passive Abschirmmethoden nur begrenzten Schutz bieten, hat sich die elektrostatische Abschirmung als vielversprechende Strategie zur Verringerung der Strahlenexposition erwiesen. In dieser Arbeit wurden numerische Simulationen mit COMSOL Multiphysics durchgeführt, um das Abschirmverhalten hochspannungsbetriebener Elektrodenkonfigurationen gegenüber intensiven SPEs (Solar Particle Events) und GCRs (Galactic Cosmic Rays) zu modellieren. Die Studie verfolgte drei übergeordnete Forschungsziele. Erstens wurde das Abschirmverhalten eines dreidimensionalen Elektroden-Punktdesigns untersucht. Zweitens wurden Entwurfs- und Betriebsstudien durchgeführt, um verschiedene Konzeptvarianten zu bewerten. Drittens wurde der Einfluss von durch die Oberflächenladung des Mondes verursachten elektrischen Feldern auf die Wirksamkeit der Abschirmung analysiert. Die anfängliche Konfiguration zeigte eine effektive Abschirmung gegenüber SPEs, insbesondere Protonen, mit durchschnittlichen Teilchenreduktionen von über 70% und Reduktionen der Energiedeposition von über 30%. Die Abschirmwirkung gegenüber GCRs war jedoch begrenzt. Aufgrund der Kollisionen geladener Teilchen mit den Elektroden entstanden erhebliche Leistungsanforderungen, die sich jedoch durch Designanpassungen reduzieren ließen. Der gesamte Leistungsbedarf wurde auf den niedrigen Kilowattbereich geschätzt und liegt damit innerhalb der realistisch zu erwartenden Grenzen der auf dem Mond verfügbaren Energieversorgung. Weitere Optimierungspotenziale ergaben sich durch eine Vereinfachung des Anoden-Stack-Designs sowie durch den Einsatz asymmetrischer Potentiale zwischen Anoden und Kathoden, ohne die Systemeffektivität wesentlich zu beeinträchtigen. Zudem zeigte sich, dass die Ladung der Mondoberfläche zwar die Geschwindigkeitsverteilungen der Teilchen verändern kann, ihr Einfluss auf die Abschirmleistung jedoch vernachlässigbar ist, wenn die elektrostatische Abschirmung aktiv betrieben wird. Insgesamt liefert diese Arbeit wertvolle Erkenntnisse zur Machbarkeit der elektrostatischen Abschirmung für Mondhabitate. Sie hebt die Bedeutung der Designoptimierung sowie die Notwendigkeit integrierter Abschirmstrategien hervor, um der komplexen Strahlungsumgebung auf dem Mond wirksam zu begegnen.     «

Mit dem Fortschreiten der bemannten Mondexploration wird der Schutz von Astronauten vor schädlicher ionisierender Strahlung zunehmend wichtiger. Während passive Abschirmmethoden nur begrenzten Schutz bieten, hat sich die elektrostatische Abschirmung als vielversprechende Strategie zur Verringerung der Strahlenexposition erwiesen. In dieser Arbeit wurden numerische Simulationen mit COMSOL Multiphysics durchgeführt, um das Abschirmverhalten hochspannungsbetriebener Elektrodenkonfigurationen gegenü...     »