WENN SIE JEMALS EIN HAUS AUF DEM MARS NEHMEN WOLLEN

Der Mensch war schon immer ein neugieriges Wesen, und sein Interesse, das ihn umgebende Universum zu erforschen und zu verstehen, hat seinen Blick schon vor Tausenden von Jahren in den Himmel gelenkt. Doch heute beobachten wir die Himmelskörper nicht nur mit Interesse und Bewunderung, sondern auch mit dem Wunsch, sie zu erobern. Die Besiedlung anderer Planeten ist zu einem der interessantesten und dringendsten Themen unserer Zeit geworden. Nach vielen Jahrzehnten der Weltraumforschung und fantastischen Visionen von der menschlichen Expansion im Universum stehen wir nun an der Schwelle zur Realität und sind bereit, den Traum von der Kolonisierung anderer Welten zu verwirklichen.

Fast 50 Jahre nachdem das letzte Mal ein Astronaut die Mondoberfläche betreten hat, startete die NASA in Zusammenarbeit mit der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), der Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), der Canadian Space Agency (CSA) und einer Reihe privater Unternehmen die Artemis-Mission mit dem Ziel, nicht nur den Mond erneut zu besuchen, sondern den ersten menschlichen Außenposten außerhalb der Erdumlaufbahn zu errichten^[1] .

Die Artemis-Mission hat die Aufgabe, eine langfristige Präsenz von Menschen und Robotern auf dem Mond und seiner Umlaufbahn zu gewährleisten und im Erfolgsfall ein Zwischenschritt vor der Entsendung von Astronauten zum Mars zu sein^[2] . Zu diesem Zweck wird die NASA SLS (Space Launch System) einsetzen, ein Weltraumträgersystem in Form einer superschweren modularen Rakete. Es handelt sich um die leistungsstärkste Rakete der Menschheit, die in der Lage ist, das Orion-Raumschiff, vier Astronauten und eine große Nutzlast in einer einzigen Mission direkt zum Mond zu befördern^[3] .

Angesichts des Umfangs des Projekts ist die Mission in Phasen unterteilt. Der erste unbemannte Start fand im November 2022 statt und Artemis I kehrte im Dezember 2022 nach einem fast einmonatigen Flug über den Mond erfolgreich zur Erde zurück und demonstrierte die Fähigkeiten der Orion-Kapsel, ihres Servicemoduls und der riesigen SLS-Rakete^[4] .

Ein vollständiger Überblick über Gateway, einschließlich der Elemente der internationalen Partner. Das mit kommerziellen und internationalen Partnern gebaute Gateway ist entscheidend für die nachhaltige Erforschung des Mondes und wird als Modell für künftige Marsmissionen dienen^{^[5]}

Der NASA-Plan sieht den nächsten Start von Artemis II mit vier Astronauten an Bord im Jahr 2024 vor, mit dem Ziel, den Mond zu umrunden. Darauf folgt 2025 Artemis III, das auf dem Mond landen und dort etwa eine Woche verbleiben soll^[6] , sowie 2027 und 2028 die Missionen Artemis IV und V, die in zwei Anflügen Gateway, eine kleine, von Menschen betriebene Raumstation, in eine Umlaufbahn um den Mond bringen sollen^[7] .

Hinter all diesen Aktionen stehen viele Fragen zur Bewohnbarkeit und zur Versorgung der Menschen in einer solchen Entfernung von der Erde, denn der Mond ist nicht der am besten geeignete Ort zum Leben und etwa tausendmal weiter entfernt als die Internationale Raumstation. Die Suche nach einer Alternative zur Nutzung der Ressourcen vor Ort geht weiter.

Ein Zuhause auf einem anderen Planeten

Das Projekt für ein Stahlwerk auf dem Mars[8]

Bisher wurden für die Mondstation versiegelte Wohnräume entworfen, in denen die Astronauten während ihres Aufenthalts auf dem Außenposten leben und forschen können. Das Unterkunftsmodul basiert auf dem Raumschiff, das derzeit für den Transport von Fracht zur Internationalen Raumstation^[9] verwendet wird. Was die Unterkunftsbasis der Astronauten auf unserem Trabanten betrifft, so hat die NASA einen Auftrag in Höhe von 57,2 Millionen Dollar an Icon, Texas, USA, vergeben, um die Technologie zu entwickeln, die für den Bau von Straßen, Wegen und möglicherweise Häusern auf dem Mond unter Verwendung von 3D-Druck und Mondboden als Material erforderlich ist^[10] .

Im Rahmen des NextSTEP-Programms der NASA schlagen andere Unternehmen Alternativen vor. Lockheed Martin entwickelt aufblasbare Habitat-Konzepte, die die Möglichkeit bieten, Weltraumobjekte mit weniger Gewicht, mehr Volumen und Mobilität sowie geringeren Installationskosten zu bauen als klassische Vollwandstrukturen^[11] .

Im Zusammenhang mit der Besiedlung anderer Planeten hat sich der Begriff “In-situ-Ressourcennutzung” (ISRU) herausgebildet, d. h. die Praxis des Sammelns, Verarbeitens, Lagerns und Nutzens von Materialien, die auf anderen astronomischen Objekten (Mond, Mars, Asteroiden usw.) gefunden oder hergestellt werden, um Materialien zu ersetzen, die andernfalls von der Erde gebracht werden müssten^[12] . Diese Richtung entwickelt sich aktiv im Rahmen der Erforschung der Eigenschaften von Mond- und Marserde und ihrer Eignung als Baumaterial. Wissenschaftler haben gezeigt, dass Mond- und Marserde zu Geopolymerbeton verarbeitet werden kann, der auf unserem Planeten eine hervorragende ökologische Alternative zu herkömmlichem Zement darstellt^[13] . Es muss jedoch betont werden, dass die Forschung an modellierten Mond- und Marserden durchgeführt wurde^[14] .

Wissenschaftliche Herausforderungen führen manchmal zu nicht-trivialen Lösungen. Britische Wissenschaftler haben ein neues Material entwickelt, das stärker als Beton ist und auf Kartoffelstärke, außerirdischem Staub und Salz basiert^[15] . Bei diesem Experiment handelt es sich um eine verbesserte Version der früheren Arbeit des Teams, bei der sie Blut und Urin von Astronauten als Bindemittel verwendeten. Der Nachteil dieser Methode war der ständige Bedarf an Blut. In der neuen Version der Studie wird bereits Stärke als Nahrung für Astronauten verwendet, und das Salz, Magnesiumchlorid, kann von der Marsoberfläche oder aus den Tränen der Astronauten gewonnen werden^[16] . Tatsächlich sind die Tränen der Astronauten im Weltraum ein viel leichter verfügbares Material als ihr Blut.

Lockheed Martins aufblasbare Struktur-Bruchprüfung ^{^[17]}

Jeder Lebensraum, ganz gleich, wie er aussieht, braucht Strom, um zu funktionieren. Das Fehlen einer Atmosphäre spielt in diesem Fall eine positive Rolle und macht Sonnenkollektoren zu einer der naheliegendsten und vorrangigen Lösungen^[18] . Eine mögliche Option wäre ein 18 Meter hohes vertikales Solarpanel, das am Südpol des Mondes angebracht wird. Die vertikale Position wird durch die Position der Sonne bestimmt, die in dieser Region kaum über den Horizont schaut. Die Paneele wären mit mehreren Kilometern langen Kabeln verbunden und an Fahrzeugen befestigt, die sie zu verschiedenen Orten transportieren könnten^[19] .

Essen, trinken, atmen… kolonisieren

Grafische Darstellung von mobilen Solarzellen^{^[20]}

Auf der Internationalen Raumstation ist die Ausgabe von Luft und Wasser wie folgt organisiert: Sauerstoff wird durch Elektrolyse erzeugt, wenn ein elektrischer Strom durch das Wasser geleitet wird und die Flüssigkeit in Sauerstoff- und Wasserstoffmoleküle zerfällt. Das System ist seit der Errichtung der Station in Betrieb. Etwa 1 Liter Wasser wird benötigt, um eine Person mit einer Tagesdosis Sauerstoff zu versorgen. Für Notfälle befinden sich Sauerstoffflaschen an Bord. Wasserstoff wird auf der ISS nicht verwendet und in den Weltraum entlassen. Wasser hingegen wird gelegentlich mit Frachtschiffen angeliefert und dank der Reinigungssysteme mehrfach wiederverwendet. Etwa 93 % der verbrauchten oder ausgestoßenen Flüssigkeiten, wie Waschwasser, Abfälle der Besatzung (Urin) und überschüssige Luftfeuchtigkeit, werden aufgefangen, gefiltert und wiederverwendet^[21] . Wir sollten jedoch nicht vergessen, dass sich die Internationale Raumstation in einer durchschnittlichen Höhe von 420 Kilometern befindet. Je nach verwendetem Raumfahrzeug und den Parametern der Mission können die Astronauten zwischen 4 Stunden und 3 Tagen brauchen, um sie zu erreichen^[22] .

Die Dauer und Reichweite von bemannten Weltraummissionen wird in Kürze rapide zunehmen, und an die Lebenserhaltungssysteme werden hohe Anforderungen gestellt und Autonomie angestrebt. Um das Grundbedürfnis des Menschen nach Atmung zu befriedigen, testet die NASA bereits ein Hightech-System an Bord der Raumstation, das mithilfe einer Chemikalie auf Aminbasis in Verbindung mit dem Vakuum des Weltraums Kohlendioxid (CO₂ ) und Feuchtigkeit aus dem Inneren des Orion entfernen wird. Das Amin-Swingbed-System soll der Besatzung sichere Luft zum Atmen bieten, die Kondensation kontrollieren und empfindliche Geräte schützen^[23] .

Luft ist natürlich ein lebenswichtiges Element für das menschliche Leben, aber sie ist auch ein wichtiger Bestandteil von Raketentreibstoff. Bei einer Reise zum Mars müssen die Astronauten neben dem eigentlichen Treibstoff auch das Doppelte ihres Gewichts an Sauerstoff mitführen, da es sich sonst um eine “Einbahnstraße” handeln könnte. Um beispielsweise vier Astronauten vom Mars zur Erde zurückzubringen, wären etwa 7 Tonnen Raketentreibstoff und 25 Tonnen Sauerstoff erforderlich, wobei der zum Atmen benötigte Sauerstoff noch nicht mitgerechnet ist. Daher ist die Aufgabe, Sauerstoff “vor Ort” zu produzieren, für die Wissenschaftler eine große Herausforderung^[24] .

Im Februar 2021 landete der NASA-Rover Perseverance auf dem Roten Planeten. An ihm befestigt war ein toastergroßer Block MOXIE, was für “Mars Oxygen Resource Utilisation Experiment” steht, dessen Aufgabe es war, auf dem Mars Sauerstoff zu produzieren. Ein Molekül Kohlendioxid in der dünnen Marsatmosphäre besteht aus einem Kohlenstoff- und zwei Sauerstoffatomen, und MOXIE extrahierte die Sauerstoffmoleküle einfach unter dem Einfluss von hohen Temperaturen, etwa 800 Grad Celsius^[25] . Am 6. September 2023 wurde die MOXIE-Mission abgeschlossen und es gelang ihr, insgesamt 122 Gramm Marssauerstoff zu produzieren – etwa so viel, wie ein kleiner Hund in 10 Stunden einatmet^[26] .

Die Einzelteile des MOXIE-Fahrzeugs[27]

Die Produktion und das Recycling von Sauerstoff, Kohlendioxid (CO₂ ) und Treibstoff sind für die Besiedlungspläne von entscheidender Bedeutung, da die Wiederauffüllung der Ressourcen schwierig und teuer oder unmöglich sein wird. Im Rahmen des Übergangs zu sauberer Energie auf der Erde werden photoelektrochemische (PEC) Geräte untersucht, die mit Hilfe von Sonnenlicht aus CO₂ Wasserstoff und kohlenstoffbasierte Brennstoffe erzeugen können. Sie stellen im Wesentlichen die künstliche Photosynthese nach dem Vorbild von Pflanzen nach, allerdings unter dem Einfluss elektromagnetischer Strahlung. Ihr monolithischer Aufbau und ihre extreme Abhängigkeit von der Sonnenenergie machen sie für Weltraumanwendungen interessant^[28] .

In einer neuen von der ESA geförderten Studie haben Wissenschaftler aus dem Vereinigten Königreich und Europa die theoretische Machbarkeit dieser Geräte auf der Grundlage der zu erwartenden Umweltbedingungen auf Mond und Mars modelliert^[29] . Sie untersuchten insbesondere die Auswirkungen von Mondstaub in Verbindung mit Sonnenwind, der elektrostatische Aufladungen im entstehenden Staub verursacht, und die häufigen Staubstürme auf dem Mars auf die Leistung der Geräte. Als Lösung für dieses Problem wurden selbstreinigende Beschichtungen vorgeschlagen.

Eine der Technologien, die in solarbetriebenen Geräten zur Sauerstoff- und Kraftstofferzeugung auf Mond und Mars eingesetzt werden könnten, sind Solarkonzentratoren, die Geräte mit höherer Leistung und größerer Leistungsdichte ermöglichen. Dank dieser Maschine haben die Wissenschaftler gezeigt, dass photoelektrochemische Geräte eine vielversprechende Option für terrestrische, mond- und marsnahe Umgebungen sind, wenn es darum geht, die realistische Effizienz der Umwandlung von Sonnenenergie in chemische Energie auf lange Sicht zu untersuchen; Allerdings bleiben sowohl aus experimenteller als auch aus theoretischer Sicht Herausforderungen und Fragen in Bezug auf die Anwendung der Geräte auf Mond und Mars bestehen, da nicht alle umweltbedingten Herausforderungen berücksichtigt werden, denen ein Gerät im Weltraum ausgesetzt ist, wie kosmische Strahlung, extreme Strahlung und andere Umweltprobleme^[30] .

Der Südpol des Mondes, der von der Erde aus nicht einmal sichtbar ist, zieht die Aufmerksamkeit der Forscher auf sich. Aufgrund der Neigung unseres Trabanten befindet sich die Sonne immer in der Nähe des Horizonts, und am Pol werden nur die hohen Gipfel beleuchtet, während sich die niedrigen Bereiche in den sogenannten Dauerschattenregionen befinden. Die Temperatur in dieser Region kann bis auf -250 Grad Celsius sinken, kälter als die des Pluto, während sich der von der Sonne beleuchtete Teil auf bis zu 120 Grad Celsius erwärmt (aufgrund der fehlenden Atmosphäre). Wassermoleküle, die in diese Region der Dunkelheit eindringen, werden sofort gefroren, ohne die Möglichkeit der Verdunstung, fallen auf die Oberfläche und vermischen sich mit dem Mondboden. Dieser Prozess führt zur Bildung großer Wassereisvorkommen und macht diese Region unter dem Gesichtspunkt der möglichen Gewinnung von Wasserressourcen auf dem Mond äußerst interessant^[31] .

Mögliche Eisvorkommen auf dem Mond[32]

Obwohl der Mond optisch wie ein trockener Staubball aussieht, bestätigen Forschungsergebnisse, dass es auf dem Trabanten unseres Planeten mehr Wasser gibt als bisher angenommen. Die Ergebnisse stammen aus der Analyse von Einschlagglas in Mondgesteinsproben, die von einem chinesischen Rover während der Mission Chang’e-5 gesammelt wurden. Nach vorsichtigen Schätzungen könnten bis zu 297,6 Milliarden Tonnen Wasser in den geschmolzenen Mineralresten gespeichert sein, die durch den Meteoriteneinschlag von der Mondoberfläche verdampft sind^[33] .

Während Wissenschaftler hier auf der Erde damit beschäftigt sind, die Wasservorkommen des Mondes zu bewerten, ist der Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER) der NASA auf einer Mission zur Kartierung der Wasservorkommen am Südpol des Mondes. Der golfwagengroße, solarbetriebene Rover wird mit verschiedenen wissenschaftlichen Instrumenten und einem Bohrer mit einem Durchmesser von einem Meter an von Experten ausgewählten Stellen Proben sammeln und diese vor Ort analysieren^[34] . Die Forscher spekulieren, dass das Wassereis in Trinkwasser und Raketentreibstoff umgewandelt werden könnte^[35] . Der VIPER sollte eigentlich im Dezember 2022 starten, wurde aber verschoben. Er wird der erste Rover sein, der mit Baken ausgestattet ist und Orte aufsuchen muss, die immer im Schatten liegen und in 100 Tagen 20 Kilometer zurücklegen^[36] .

Aber auch wenn die Quelle des Wassers keine Rolle spielt, ob es aus dem Eis gewonnen oder mitgebracht wird, ist es wichtig, dass es sofort nutzbar ist. Das von der Europäischen Kommission geleitete Projekt BIOWYSE will eine Lösung für das Problem der Langzeitspeicherung von Wasser finden, d. h. seine Verunreinigung durch Mikroorganismen kontrollieren, es bei Bedarf mit ultraviolettem Licht anstelle von Chemikalien desinfizieren und “in einem Becher” voll nutzbares Trinkwasser bereitstellen. Bei dem Prototyp handelt es sich um ein Gerät von etwa einem Meter Länge, das jedoch für den Einsatz im Weltraum verkleinert werden könnte. Die Wissenschaftler glauben, dass das System selbst für künftige Missionen nützlich sein könnte, bei denen das Wasser bis zur Ankunft der Astronauten monatelang ungenutzt bleiben könnte^[37] .

Schematischer Überblick über den CROP®-Zyklus

Die Praktikanten der Europäischen Weltraumorganisation konzentrieren sich auf das Projekt CROP® des DLR, das die Zersetzung organischer Abfälle mit einem hydroponischen System für den Gemüseanbau kombinieren will. Bei diesem System wird keine Erde verwendet und die Wurzeln der Pflanzen sind in einem künstlichen Substrat verankert oder baumeln direkt in einer Nährstofflösung. Diese Nährlösung wird durch einen Biofilter erzeugt, in dem Mikroorganismen biologische Abfälle wie Harnstoff oder Speisereste verarbeiten und als Dünger für den Gemüseanbau ohne Erde verwendet werden können. Da alle Zersetzungsprozesse in einer wässrigen Umgebung stattfinden, kann der Filter als flüssiger Komposthaufen^[38] bezeichnet werden.

Im Rahmen langer Weltraumexpeditionen ist es sinnvoll, dass die Besatzung Zugang zu frischen Lebensmitteln hat. Ein Gewächshaussystem, das vor Ort frische Lebensmittel produziert, ist notwendig, um eine kontinuierliche Versorgung mit Lebensmitteln zu gewährleisten, ohne dass Vorräte von der Erde zum Mond oder Mars transportiert werden müssen, und es gibt viele Projekte, die sich diesem Thema widmen. Seit mehreren Jahren nutzen die Astronauten auf der ISS Geräte wie das 2006 gestartete European Modular Cultivation System (EMCS), um das Wachstum von Pflanzen wie Brunnenkresse zu untersuchen. Im Jahr 2018 wurde das ECMS durch ein ähnliches Gerät namens Biolab ersetzt, aber diese Projekte dienten nicht der Versorgung der Astronauten mit Lebensmitteln, sondern der Erforschung des Pflanzenwachstums in der Erdumlaufbahn und der Demonstration der Machbarkeit von Landwirtschaft im Weltraum.

Das von der EU finanzierte Projekt EDEN ISS baut ein echtes planetarisches Gewächshaus auf der Grundlage des analogen Prototyps “Mobile Test Facility”, der seit Februar 2018 in der Antarktis getestet wird. Die Gewächshausmodule sind separate und vom Habitat getrennte Elemente, die jedoch in das Lebenserhaltungssystem der Basis integriert werden können und nicht nur den Anbau von Nahrungsmitteln, sondern auch die Wiederbelebung der Luft und die Reinigung von Wasser ermöglichen. Aber egal wie detailliert ein Projekt ist, es wird immer Teil einer größeren Infrastruktur sein, und es ist notwendig zu verstehen, in welche Missionsarchitektur es integriert werden soll, und eine solche Infrastruktur/Architektur existiert derzeit nicht. Darüber hinaus sind die mikrobiologische Umgebung und die Reaktion der Pflanzen auf das Raumfahrzeugsystem mit seiner besonderen Umgebung und seinen Verunreinigungen noch unbekannt^[39] .

Ein Test der Stärke

Erste Dreharbeiten auf der Internationalen Raumstation[40]

Stellen Sie sich vor, Sie befinden sich in einer Art Atmosphärenblase, die von anderen Fremden bewohnt wird und in der Sie jeden Tag eine Reihe von monotonen Handlungen ausführen, die mehr als zwei Jahre dauern. Das klingt wie der Prolog zu einem Psychothriller. Aber wenn man zu dieser Fantasie noch die physiologischen Veränderungen hinzufügt, die mit der Schwerkraft und der Isolation, der Strahlenbelastung und der Veränderung des zirkadianen Rhythmus verbunden sind, und dazu noch das Gefühl eines enormen Risikos, dann haben wir es mit der Perspektive von Astronauten zu tun, die zum Mars fliegen.

Die NASA führt ein strenges Auswahlverfahren für Astronauten durch: Nur 60 von mehr als 18.000 Kandidaten dürfen ins All fliegen. Viele Kandidaten kommen aus Bereichen mit hohem Risiko und hoher Verantwortung (Kampfpiloten, Ärzte). Selbstbeherrschung und die Fähigkeit, “kalte” Entscheidungen zu treffen, sind entscheidend. Und selbst nach zahllosen psychologischen Tests und Überprüfungen wurden mehr als 50 Prozent der medizinischen Zwischenfälle bei Astronauten auf der erdnahen ISS mit psychologischen Problemen in Verbindung gebracht^[41] .

Angesichts der ehrgeizigen Ziele der nächsten bemannten Weltraummissionen und auf der Grundlage von Forschungen und Erfahrungen, die auf der ISS und bei suborbitalen Missionen gesammelt wurden, sowie von Simulationsstudien und Beobachtungen unter erdnahen Bedingungen haben die Europäische Weltraumorganisation und ihre Partner ein Weißbuch erstellt, das von unabhängigen europäischen Experten ausgearbeitet wurde und die noch bestehenden Forschungslücken in Bezug auf die Psychologie der Weltraumforschung aufzeigt.

Das Papier befasst sich mit den Themen Anpassung, Teamarbeit, Erfahrungen vor, während und nach dem Einsatz, kritische Marker für psychophysische Zustände, Stressfaktoren, individuelle und Teameigenschaften und mögliche Gegenmaßnahmen, die entwickelt und getestet werden sollen^[42] . Man kann jedoch mit Fug und Recht behaupten, dass die zu behandelnden Probleme weitaus größer sind als die zu entwickelnden Präventivmaßnahmen. Es ist schwierig, Vorhersagen zu treffen und eine Lösung für ein Problem zu finden, mit dem noch nie jemand konfrontiert wurde, insbesondere wenn es sich um ein so empfindliches und komplexes System wie die menschliche Psyche handelt. Es kann keine Modelle geben; Menschen sind keine Roboter.

Einfluss der Mikrogravitation auf die menschliche Physiologie

Scott Kelly, der amerikanische Astronaut, an dem die fortschrittlichsten Studien über durch das Leben im Weltraum verursachte Hirnschäden durchgeführt wurden[43]

Der Mensch ist die anpassungsfähigste Spezies auf unserem Planeten, die in der Lage ist, in ganz anderen Umgebungen als auf der Erde zu leben. Der Weltraum stellt jedoch eine echte Herausforderung für die menschliche Anpassungsfähigkeit dar. Da sich der Mensch in der Schwerkraft der Erde entwickelt hat und unser gesamter Körper nach deren Gesetzen funktioniert, fordert das Fehlen der Schwerkraft einen hohen Tribut von allen Körpersystemen. Obwohl unser Körper in der Lage ist, sich an alle Bedingungen und wechselnde Gravitationsverhältnisse anzupassen, kann dies pathologische Folgen haben.

Auf der Erde arbeitet das Herz-Kreislauf-System gegen die Schwerkraft, um zu verhindern, dass sich das Blut in den unteren Extremitäten sammelt, während die Mikrogravitation eine drastische Umverteilung von Flüssigkeiten von den Beinen in den Oberkörper bewirkt und den Hirndruck drastisch erhöht. Im Laufe der Wochen und Monate nehmen das Plasmavolumen, die Anzahl der roten Blutkörperchen und die Herzleistung ab, da das Herz-Kreislauf-System weniger gefordert ist, um der Schwerkraft entgegenzuwirken. Wenn der Astronaut zur Erde zurückkehrt, reicht das geringe Blutvolumen nicht aus, um den zerebralen Blutfluss in orthostatischer Position aufrechtzuerhalten.

Die Auswirkungen des Weltraums auf den Blutkreislauf treten nach folgendem Muster auf: a) normale Schwerkraft (Erde); b) akute Exposition in der Schwerelosigkeit (erste 24 Stunden im Weltraum); c) längere Exposition in der Schwerelosigkeit; d) Rückkehr zur Erde. Der Bewegungsapparat eines Astronauten befindet sich fast in der gleichen Lage wie der eines bettlägerigen Patienten; die Mikrogravitation führt zu einer tiefgreifenden Muskelatrophie, der prozentuale Verlust an Muskelmasse kann bis zu 50 % betragen.

Leider ist dieses Problem nach der Rückkehr zur Erde nicht immer vollständig gelöst, und viele Astronauten haben Probleme mit den grundlegenden motorischen Funktionen und damit, den Körper aufrecht zu halten. Die Belastung der Knochen ist im Weltraum stark reduziert und die gesamte Struktur leidet darunter, was zu einer Demineralisierung des Skeletts und einer geringeren Knochendichte führt. Kalzium und andere Knochenmineralien werden in größeren Mengen mit dem Urin ausgeschieden, wodurch das Risiko von Knochenbrüchen steigt.

Darüber hinaus wirkt sich der Weltraumflug in gewissem Maße auf fast alle Teile des Gehirns aus^[44] . Kürzlich wurde ein interessantes Experiment durchgeführt, bei dem Experten die Gesundheit von Zwillingen beobachteten, von denen sich einer, der Astronaut Scott Kelly, auf der ISS und sein Bruder auf der Erde befand. Eines der Ergebnisse war, dass Scott Kelly verkürzte Telomere hatte, die Endabschnitte der Chromosomen, die sie vor Schäden schützen. Normalerweise kommt es im Rahmen des Alterungsprozesses zu einer Verkürzung dieser Teile der Chromosomen. Im Orbit wird dieser Effekt wahrscheinlich durch die erhöhte Hintergrundstrahlung^[45] verursacht.

Die Auswirkungen einer Langzeit-Weltraumreise auf einen Astronauten können sehr schwerwiegend sein, und dies erfordert neue Disziplinen, die sich mit der Anpassung des Menschen an Bedingungen befassen, die wir nicht ertragen sollen. Häufige Bewegung, richtige Ernährung, ein integriertes Netz von Biosensoren zur frühzeitigen Erkennung von Gesundheitsmarkern und medikamentöse Therapien zur Unterstützung aller empfindlichen Körpersysteme sind Strategien zur Bekämpfung der Auswirkungen der Raumfahrt, aber einige Veränderungen der physischen Bedingungen sind unvermeidlich und unumkehrbar, und die Schaffung einer künstlichen Schwerkraft auf einem Raumschiff oder einer Basis ist mit den uns heute bekannten physikalischen Gesetzen fast unmöglich.

Die unsichtbare Gefahr

Auf der Erde ist das Leben durch die Atmosphäre und ein Magnetfeld vor ionisierender Strahlung geschützt, das auch die Astronauten der Internationalen Raumstation schützt, aber trotzdem erhalten sie tagsüber eine Strahlendosis, die der auf der Erde für ein Jahr entspricht^[46] . Die Standard-Strahlendosis für einen Menschen auf der Erde beträgt etwa 0,0036 Sv/Jahr (0,36 rad); die Apollo-Astronauten erhielten während ihrer kurzen Mission von nur 12 Tagen eine durchschnittliche Strahlendosis auf der Haut von 0,38 rad (die höchste aufgezeichnete Dosis betrug 1,14 rad) – das ist vergleichbar mit zwei CT-Untersuchungen des Kopfes^[47] . Die tägliche Strahlendosis auf der Mondoberfläche wird wesentlich höher sein, insbesondere wenn man die Dauer der Mission berücksichtigt, und kann von der Erde aus nicht quantifiziert werden.

Auf der Grundlage von Daten, die die Neutronen- und Dosimetrie-Forschungseinrichtung (LND) an Bord der chinesischen Mondlandefähre Chang’e 4 über die Strahlungswerte auf der Mondoberfläche gewonnen hat, schätzen Wissenschaftler, dass Astronauten in Raumanzügen jede Stunde einer Strahlung von etwa 60 Mikrosievert ausgesetzt sein werden. Insgesamt könnte die Strahlenbelastung 150 Mal höher sein als auf der Erde^[48] . Die Strahlenbelastung birgt unvorhersehbare Gefahren und kann zu verschiedenen Auswirkungen führen, wie z. B. Schädigung des Nervensystems, akute/chronische Strahlenkrankheit, Veränderung der DNA-Struktur, erhöhtes Krebsrisiko, Gewebedegeneration und mehr^[49] . Trotz der großen Fortschritte, die in 50 Jahren intensiver Forschung erzielt wurden, ist die Bewertung von Strahlungsrisiken und -schäden nach wie vor ein komplexes Thema, insbesondere weil die Auswirkungen der Strahlenbelastung von vielen Faktoren abhängen und kumulativ wirken.

Um dieses Problem zu lösen, entwickeln und testen Wissenschaftler Westen, die Astronauten während langer Missionen schützen, und starten die Epoxidharz-Attrappen Artemis I, die die Knochen, Weichteile und Organe einer erwachsenen Frau nachbilden und mit einer unglaublichen Anzahl von Sensoren und Messwertgebern ausgestattet sind. Um die Auswirkungen der Strahlung auf die inneren Organe von Frauen zu messen und zu testen, wird bei der ersten bemannten Mission zum Mond eine weibliche Astronautin mitgeschickt, und im Weltraum werden biologische Experimente mit Bäckerhefe (Saccharomyces cerevisiae) durchgeführt, die ein nahezu perfektes Analogon der menschlichen Gene ist, um zu ermitteln, wie sich die Strahlung auf die Struktur der DNA auswirkt^[50] .

Aber im Moment haben die Wissenschaftler noch nicht genug Erfahrung mit der Strahlung aus dem tiefen Weltraum. Noch nicht. Was die Möglichkeiten zur Bewältigung des Problems vor Ort betrifft, so kann man radioaktiv geladenen Teilchen durch den Bau eines gleich großen Teilchenschutzes entgegenwirken. Wasserstoff ist die beste Option, besser als Stahl oder Blei. Ingenieure erforschen die Möglichkeit, Lebensräume in wasserstoffreiche Hüllen zu hüllen oder aufblasbare Strukturen und Raumanzüge aus hydrierten Nanoröhren zu schaffen.

Eine einfachere Möglichkeit wäre die Monderde, deren dicke Schicht Schutz vor kosmischer Strahlung bieten könnte. Wenn wir die Idee, eine Struktur aus 3D-gedruckten Ziegeln aus Mondboden zu bauen, mit Regolith zu füllen und darin ein aufblasbares Habitat einzurichten, kombinieren, könnten wir uns vielleicht nicht nur vor kosmischer Strahlung schützen, sondern auch vor dem ständigen Bombardement von Mikrometeoriten, dem die Mondoberfläche ausgesetzt ist^[51] . Gegenwärtig wird die Bedrohung durch Meteoriten durch Beobachtung von der Erde aus und durch Risikovorhersagen angegangen^[52] . Auf der Erde hängt jedoch alles vom Zufall ab.

Auch Mondstaub kann ein Problem darstellen. Da es keinen Wind gibt, reiben seine Partikel nicht aneinander und behalten ihre scharfen Kanten bei; außerdem ist er elektrisch geladen und wird von buchstäblich allem angezogen. Mondhabitate müssen mit speziellen Filtern ausgestattet sein, um ihn fernzuhalten, aber auch außerhalb kann er für bewegliche Systeme und Mechanismen (Antennen, Solarzellen usw.) ein Problem darstellen. Er kann auch ein Allergen sein, wie die Astronauten der Apollo-Missionen feststellen mussten, obwohl sie nur wenig Zeit auf unserem Satelliten verbrachten^[53] . Die Untersuchung der Eigenschaften von Mondstaub ist problematisch, weil er sich auf der Erde anders verhält als auf dem Mond. Auch der Verwendungszweck ist ein anderer: Anstatt echten Mondstaub für diese wichtige Zukunftsforschung zu verwenden, wird er versteigert^[54] .

Houston, wir sind in Schwierigkeiten

Das ESA-Mondbasisprojekt[55]

Die Entfernung zwischen der Erde und dem Mond beträgt etwa 384.400 Kilometer, und eine Zwei-Wege-Funkverbindung kann diese Entfernung in etwa 2,6 Sekunden zurücklegen^[56] , während die Flugzeit etwa drei Tage beträgt^[57] . Das bedeutet, dass es im Notfall möglich ist, relativ schnell ein Notsignal zu senden, eine Antwort zu erhalten und zu hoffen, dass die Rettungsaktion erfolgreich sein wird.

Aber der Mond ist im Zusammenhang mit der Kolonisierung nur ein “Zwischenstopp”, alle Pläne sind auf den Mars gerichtet, dessen minimale Entfernung 55,76 Millionen km (wenn die Erde genau zwischen Sonne und Mars steht) und maximale Entfernung 401 Millionen km (wenn die Sonne genau zwischen Erde und Mars steht) beträgt^[58] . Eine einfache Reise zum Roten Planeten wird etwa acht oder neun Monate dauern, während die Hin- und Rückreise etwa 21 Monate in Anspruch nehmen wird, da die günstige Position beider Planeten abgewartet werden muss^[59] . Wenn die Mission auf dem Mars ankommt, werden die Signale von der Erde bis zu 20 Minuten brauchen, um sie zu erreichen. Rechnet man die Zeit hinzu, die benötigt wird, um eine Antwort zu verfassen und abzuschicken, so ergibt sich eine Verzögerung von mindestens 40 Minuten^[60] .

Dies macht die Kommunikation ungeeignet und impliziert ein hohes Maß an Autonomie, das bei künftigen Missionen anzutreffen sein wird, was bedeutet, dass die Besatzung mehr Verantwortung für die Selbstbedienung und das Selbstmanagement tragen wird. Bei bemannten Missionen im tiefen Weltraum wird die Option von Rettungsmissionen nicht in Betracht gezogen. Es werden neue Strategien für die Selbstversorgung und das Selbstmanagement von Gesundheit und Leistung benötigt, mit denen Einzelpersonen und Besatzungen ihre Funktionen aufrechterhalten können^[61] .

Darüber hinaus sind äußerst zuverlässige Systeme von entscheidender Bedeutung, wenn die abgelegene Besatzung nicht die Möglichkeit hat, von der Erde aus versorgt zu werden, wie im Fall der Raumstation. Auch kleine Systeme sind entscheidend und müssen zuverlässig funktionieren, um das Leben im Weltraum zu unterstützen, von einer funktionierenden Toilette über ein automatisches Feuerlöschsystem bis hin zu Trainingsgeräten, die die Astronauten fit halten^[62] . In diesem Bereich gibt es keine unwichtigen Details.

Dank internationaler Zusammenarbeit, kontinuierlicher Entwicklungen und technologischer Fortschritte rückt der Traum von der Besiedlung anderer Himmelskörper in greifbare Nähe. Doch trotz der erstaunlichen technologischen Fortschritte bei der Erforschung des Weltraums zeichnen sich am Horizont enorme Herausforderungen ab. Die Erforschung des Weltraums durch den Menschen stellt die Anpassungsfähigkeit des Menschen an eine feindliche Umgebung auf die Probe, in der kosmische Strahlung, Mikrogravitation, physische Enge, Vakuum und veränderte Magnetfelder zusammenwirken und die Gesundheit mit Risiken bedrohen, die wir nicht erwarten.

Das ganze Paradoxon des Abenteuers “Kolonisation” besteht darin, dass es von der Sehnsucht nach Wissen angetrieben wird, die Macht des menschlichen Denkens, die Genialität der Idee und ihre technische Umsetzung verherrlicht und gleichzeitig den Menschen zum Versuchskaninchen macht. Wenn wir über die Grenzen des Weltraums nachdenken, müssen wir ehrgeizig und neugierig, aber auch nachdenklich, ethisch und bewusst bleiben. Vielleicht können uns unsere Reisen über viele Millionen von Kilometern daran erinnern, wie glücklich wir uns schätzen können, eine eigene Welt zu haben.

USA028

^[1] https://www.engadget.com/nasa-artemis-program-explained-moon-mars-colonization-video-143013129.html

^[2] https://www.nasa.gov/what-is-artemis

^[3] https://www.nasa.gov/centers/marshall/artemis.html

^[4] https://www.bbc.com/future/article/20230317-the-epic-quest-to-build-a-permanent-moon-base

^[5] https://www.nasa.gov/gateway/overview

^[6] https://www.bbc.com/future/article/20230317-the-epic-quest-to-build-a-permanent-moon-base

^[7] https://www.engadget.com/nasa-artemis-program-explained-moon-mars-colonization-video-143013129.html

[8] https://www.humanmars.net/2021/01/steel-factory-on-mars-by-dmitry-ustinov.html

^[9] https://www.nasa.gov/gateway/overview

^[10] https://www.dailysabah.com/life/science/colonizing-the-moon-nasas-plans-for-lunar-base-under-artemis

^[11] https://www.lockheedmartin.com/en-us/news/features/2022/bursting-the-bubble-with-inflatable-habitats.html