Quelle: ESA/Enabling&Support/PreparingForTheFuture/DiscoveryAndPreparation, 11. Februar 2026

Bioregenerative Lebenserhaltungssysteme (BLSS) sind auf lebende Organismen angewiesen, um menschliche Besatzungen während längerer Missionen zu versorgen. Höhere Pflanzen und Mikroalgen wurden bereits umfassend untersucht, weisen jedoch jeweils Einschränkungen auf. Höhere Pflanzen erfordern große und komplexe Kultivierungssysteme, während Mikroalgen mit Herausforderungen wie Biofilmbildung, Kontamination und ungleichmäßiger Lichtverteilung in Photobioreaktoren konfrontiert sind.

Wassermoose stellen eine interessante Alternative dar. Diese nicht-vaskulären Pflanzen haben einfache Strukturen, erfordern nur minimale Pflege und sind bereits als wirksame Biofilter bekannt. Ihr Potenzial für Weltraumanwendungen wurde jedoch noch nie systematisch untersucht.

Ein neuer Ansatz
Im Rahmen des Projekts „Moose an Mars“ wurden drei aquatische Moosarten, Taxiphyllum barbieri, Leptodictyum riparium und Vesicularia montagnei, unter kontrollierten Umweltbedingungen untersucht, die denen in Weltraumhabitaten nachempfunden sind.

„Dieses Projekt umfasste zwei wichtige neue Elemente“, erklärt die leitende Forscherin Dr. Chiara Amitrano, Wissenschaftlerin an der Universität Neapel Federico II. „Das erste ist die Untersuchung der Möglichkeit, Wassermoose als Biofilter und Bioregeneratoren in die Weltraumforschung zu integrieren. Und das zweite ist die Untersuchung des physiologischen Apparats, des Photosystems II dieser Moose. Alle veröffentlichten Arbeiten über Wassermoose befassen sich mit Biofiltration und Phytosanierung.“

Das Team verglich alle drei Arten unter zwei Umweltbedingungen und bewertete dabei die Photosyntheseleistung, die Pigmentkonzentrationen, die antioxidative Aktivität und die Biofiltrationseffizienz sowohl für Schwermetalle als auch für Stickstoffverbindungen.

Sowohl T. barbieri als auch L. riparium zeigten eine effektive Biofiltration und entfernten erfolgreich Kupfer, Blei und Zink aus kontaminiertem Wasser. T. barbieri erwies sich jedoch als klarer Spitzenreiter und wies die höchsten Raten an Nettophotosynthese und Pigmentakkumulation auf.

Strahlungsresistenz
Auf Grundlage dieser Ergebnisse wählte das Team T. barbieri für weitere Tests aus, um dessen Reaktionen auf ionisierende Strahlung zu untersuchen, eine zentrale Herausforderung für alle im Weltraum lebenden Organismen.

„Die Untersuchung der Auswirkungen ionisierender Strahlung auf Wassermoose war für uns und auch in der Literatur eine Premiere“, bemerkt Amitrano. Die Forscher setzten Moosproben drei verschiedenen Röntgendosen aus – 1, 10 und 30 Gray (Gy) – und beobachteten dann 63 Tage lang ihre Erholung mit Hilfe einer speziellen Anlage mit kontinuierlichen Kohlendioxid- und Sauerstoffsensoren.

Die Ergebnisse waren überraschend. Anstatt Schäden zu zeigen, übertrafen Moose, die einer Strahlung von 1 Gy ausgesetzt waren, die nicht bestrahlten Kontrollgruppen und wiesen eine höhere Nettophotosynthese, größere Elektronentransportraten und erhöhte Chlorophyllkonzentrationen auf. Dieses als Strahlenhormese bekannte Phänomen deutet darauf hin, dass niedrig dosierte Strahlung positive physiologische Reaktionen stimulieren kann.

Selbst bei höheren Dosen zeigten die Moose Widerstandsfähigkeit. Die Strahlung veränderte die Morphologie der Moose, wodurch dichtere Verzweigungen entstanden und gleichzeitig die Zweiglänge reduziert wurde – Veränderungen, die möglicherweise die Oberfläche für den Gasaustausch und die Filtration vergrößern könnten.

Zukünftige Anwendungen
„Wir sind fest davon überzeugt, dass wir diese Wassermoose in die Weltraumumgebung integrieren können“, sagt Amitrano. „Sie sind strahlungsresistente Biofilter. Sie können das Recycling von Ressourcen unterstützen und benötigen nur wenig Aufwand, um zu wachsen. Außerdem verfügen sie über einen guten Photosyntheseapparat, produzieren Sauerstoff und entfernen Kohlendioxid.“

„Die Universität Neapel hat im Rahmen ihrer Discovery Aktivitäten gezeigt, dass Moose dazu beitragen könnten, Astronauten auf dem Mars am Leben zu erhalten, indem sie ihr Wasser filtern, ihre Luft auffrischen und dabei Strahlung abwehren“, sagt Moritz Fontaine, Discovery & Preparation Officer und ESA-Projektleiter. „Diese Erkenntnisse sind ein wichtiges Puzzleteil für die zukünftige bemannte Raumfahrt.“

Die Unterstützung der ESA durch das Discovery-Programm erwies sich als unverzichtbar. „Die Finanzierung war für uns von grundlegender Bedeutung, um das Experiment durchzuführen, zunächst mit den drei Arten und dann mit der ionisierenden Strahlung dieser Moose“, erklärt Amitrano.

Die Idee entstand im Rahmen der Open Space Innovation Platform (OSIP) der ESA, die vielversprechende neue Konzepte für die Weltraumforschung sucht, und wurde durch das Discovery Element der ESA finanziert.

Das Projekt hat bereits eine begutachtete Veröffentlichung in Frontiers in Plant Science hervorgebracht, ein zweiter Artikel über die Strahlungsexperimente ist in Vorbereitung. Für die Zukunft sieht das Team Anwendungsmöglichkeiten, die von Biofiltern in Wasserrecyclingsystemen bis hin zu Biomaterialien und potenziellen Strahlenschutzvorrichtungen reichen.

Obwohl noch viel Arbeit vor uns liegt, zeigt dieses Projekt das Potenzial von Wassermoosen als vielseitige, pflegeleichte Organismen, die in ressourcenarmen Umgebungen – sowohl im Weltraum als auch bei der Wasseraufbereitung auf der Erde – mehrere ökologische Funktionen erfüllen können.

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• Lebenserhaltungssysteme

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Quelle: NASA International Space Station, 21. November 2025

Forscher haben die einzigartige Mikrogravitationsumgebung genutzt, um Experimente durchzuführen, die auf der Erde nicht möglich sind, und damit die Forschung in verschiedenen Disziplinen verändert. Mehr als 4.000 Experimente haben die Grenzen der Wissenschaft erweitert, Entdeckungen angestoßen und wissenschaftliche Durchbrüche vorangetrieben.
„Vor 25 Jahren war die Expedition 1 die erste Besatzung, die die Internationale Raumstation ihr Zuhause nannte, und damit begann eine Phase kontinuierlicher menschlicher Präsenz im Weltraum, die bis heute andauert“, sagte Sean Duffy, amtierender Administrator der NASA. „Dieser historische Meilenstein wäre ohne die NASA und ihre Partner sowie alle Astronauten und Ingenieure, die dafür sorgen, dass in der erdnahen Umlaufbahn die Lichter nicht ausgehen, nicht möglich gewesen.“
Um ein Vierteljahrhundert Innovation in der Mikrogravitation zu feiern, stellt die NASA 25 wissenschaftliche Durchbrüche vor, die den nachhaltigen Einfluss der Station auf Wissenschaft, Technologie und Forschung veranschaulichen.

Den Weg zum Mond und Mars ebnen

Die NASA nutzt die Raumstation als Testgelände für die Entwicklung neuer Systeme und Technologien für Missionen außerhalb der erdnahen Umlaufbahn.

• Navigations-, Kommunikations- und Strahlenschutztechnologien, die sich an Bord der Raumstation bewährt haben, werden in Raumfahrzeuge und Missionen zum Mond und Mars integriert.
• Robotersysteme, beispielsweise ein Roboterchirurg und autonome Assistenten, werden das Spektrum der verfügbaren medizinischen Verfahren erweitern und es Astronauten ermöglichen, sich während Missionen fernab der Erde wichtigeren Aufgaben zu widmen.
• Astronauten haben recycelten Kunststoff und Edelstahl verwendet, um Werkzeuge und Teile im 3D-Druck herzustellen. Die Möglichkeit des 3D-Drucks im Weltraum schafft die Grundlage für Reparaturen und Fertigungen auf Abruf während zukünftiger Weltraummissionen, bei denen Nachschub nicht ohne Weiteres verfügbar ist.
• Vom Einsatz des ersten Holzsatelliten über Laserkommunikation bis hin zu selbstheilender Quantenkommunikation ist die Raumstation ein Testfeld für modernste Weltraumtechnologien.

Warum das wichtig ist:

Der Vorstoß der Menschheit zum Mond und zum Mars beginnt mit Entdeckungen in der erdnahen Umlaufbahn. Von der Demonstration, wie Astronauten außerhalb der Erde leben, arbeiten und Geräte reparieren können, bis hin zum Testen von Lebenserhaltungssystemen und fortschrittlichen Materialien – jede Innovation an Bord der Station trägt dazu bei, die Artemis-Mission der NASA und andere Erkundungsinitiativen voranzutreiben und die Menschheit ihrem Ziel näher zu bringen, außerhalb unseres Planeten zu gedeihen.

Leben außerhalb der Erde erhalten

Da die NASA sich darauf vorbereitet, im Rahmen des Artemis-Programms Menschen zum Mond zurückzubringen und weiter zum Mars vorzustoßen, ist die Aufrechterhaltung des Lebens außerhalb der Erde wichtiger denn je.

• Astronauten haben im Weltraum mehr als 50 Pflanzenarten angebaut, darunter Tomaten, Bok Choi, Römersalat und Chilischoten.
• Fortschrittliche Lebenserhaltungssysteme sind in der Lage, bis zu 98 % des Wassers im US-Segment der Raumstation zu recyceln – das ideale Niveau für Erkundungsmissionen.
• Die Gesundheitsdaten der Besatzung zeigen, wie sich der Weltraum auf das Gehirn, das Sehvermögen, das Gleichgewicht und die Kontrolle sowie die Muskel- und Knochendichte auswirkt, und dienen als Grundlage für Strategien zur Aufrechterhaltung der Leistungsfähigkeit von Astronauten während längerer Missionen und zur Verbesserung der Gesundheit auf der Erde.
• Forscher haben DNA im Orbit sequenziert und entwickeln Techniken zur Echtzeit-Bewertung des mikrobiellen Lebens im Weltraum, was für die Erhaltung der Gesundheit von Astronauten unerlässlich ist.

Warum das wichtig ist:

Durch den Anbau von Nahrungsmitteln, das Recycling von Wasser und die Verbesserung der medizinischen Versorgung im Weltraum ebnet die NASA den Weg für zukünftige Langzeitmissionen zum Mond und zum Mars und revolutioniert gleichzeitig die Landwirtschaft und Medizin auf der Erde.

Hilfe für die Menschheit auf der Erde

Die Forschung an Bord des umlaufenden Labors bringt die Menschheit nicht nur weiter in den Kosmos voran, sondern kann auch dazu beitragen, komplexe Probleme der menschlichen Gesundheit auf der Erde anzugehen. Durch die Bereitstellung einer Plattform für langfristige Mikrogravitationsforschung fördert die Raumstation Durchbrüche, die den Menschen auf der Erde direkte Vorteile bringen.

• Die Forschung an Bord der Raumstation liefert neue Erkenntnisse für die Entwicklung von Therapien für Krankheiten wie Krebs, Alzheimer, Parkinson und Herzerkrankungen, indem sie aufzeigt, wie die Mikrogravitation die Zellfunktionen verändert.
• Neue Entwicklungen in der Medizin für Krebs, Muskeldystrophie und neurodegenerative Erkrankungen sind aus der Züchtung von Proteinkristallen in der Mikrogravitation mit größeren, besser organisierten Strukturen hervorgegangen.
• Im Weltraum können hochwertige Stammzellen in größeren Mengen gezüchtet werden, was zur Entwicklung neuer regenerativer Therapien für neurologische, kardiovaskuläre und immunologische Erkrankungen beiträgt.
• Pionierarbeit im Bereich des 3D-Bioprintings, bei dem Zellen, Proteine und Nährstoffe als Ausgangsmaterial verwendet werden, hat zur Herstellung menschlicher Gewebestrukturen wie Knie-Menisken und Herzgewebe geführt – ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Herstellung von Organen im Weltraum für Transplantationspatienten auf der Erde.
• Forscher verwenden miniaturisierte Gewebemodelle, um zu beobachten, wie sich der Weltraum auf Gewebe und Organsysteme auswirkt. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für die Entwicklung und Erprobung von Medikamenten zum Schutz von Astronauten bei zukünftigen Missionen und zur Verbesserung von Behandlungen auf der Erde.
• Fotos, die von Astronauten aufgenommen wurden, haben mit gezielten Aufnahmen aus dem Weltraum die Notfallmaßnahmen bei Naturkatastrophen wie Hurrikanen unterstützt.
• Auf der Raumstation montierte Instrumente schützen wichtige Weltrauminfrastrukturen und liefern Daten über die natürlichen Muster des Planeten, indem sie die Ressourcen der Erde und das Weltraumwetter messen.

Warum das wichtig ist:

Die Mikrogravitationsforschung bringt uns der Herstellung menschlicher Organe im Weltraum für Transplantationen näher und eröffnet neue Wege zur Bekämpfung von Krebs, Herzerkrankungen, Osteoporose, neurodegenerativen Erkrankungen und anderen schweren Krankheiten, von denen Millionen Menschen weltweit betroffen sind. Die Station dient auch als Beobachtungsplattform zur Überwachung von Naturkatastrophen, Wetterverhältnissen und den Ressourcen der Erde.

Unser Universum verstehen

Die Raumstation bietet Wissenschaftlern einen unvergleichlichen Beobachtungspunkt, um mehr über das grundlegende Verhalten des Universums zu erfahren. Durch die Untersuchung kosmischer Phänomene, die normalerweise von der Erdatmosphäre blockiert oder absorbiert werden, und durch die Beobachtung der Physik auf atomarer Ebene können Forscher Geheimnisse erforschen, die von der Erde aus nicht untersucht werden können.

• Daten von Röntgenteleskopen an der Außenseite der Raumstation wurden in mehr als 700 Forschungsarbeiten veröffentlicht und haben dazu beigetragen, unser Verständnis von kollabierenden Sternen, Schwarzen Löchern und Wellen in der Raum-Zeit-Struktur zu verbessern.
• Forscher haben Milliarden von kosmischen Ereignissen aufgezeichnet und damit Wissenschaftlern bei der Suche nach Antimaterie und Signaturen dunkler Materie im Weltraum geholfen.
• Wissenschaftler haben auf der Raumstation den fünften Aggregatzustand der Materie erzeugt und untersucht, wodurch Forscher mithilfe der Quantenwissenschaft Technologien wie Weltraumnavigation, Satellitenbetrieb und GPS-Systeme auf der Erde weiterentwickeln können.

Warum das wichtig ist:

Die Forschung an Bord der Raumstation hilft uns dabei, die tiefsten Geheimnisse unseres Universums zu entschlüsseln, von den kleinsten Quantenteilchen bis hin zu den gewaltigsten kosmischen Explosionen. Beobachtungen von kollabierenden Sternen und Schwarzen Löchern könnten neue Navigationsinstrumente inspirieren, die kosmische Signale nutzen, und unser Verständnis von Raum und Zeit erweitern. Studien zu Antimaterie und dunkler Materie bringen uns dem Verständnis der 95 % des Universums näher, die für das menschliche Auge unsichtbar sind. Die Erzeugung des fünften Aggregatzustands im Weltraum eröffnet neue Quantenwege, die die Technologie auf der Erde und im Weltraum verändern könnten.

Neue Physik entdecken

Physikalische Prozesse verhalten sich in der Schwerelosigkeit anders und bieten Wissenschaftlern neue Perspektiven für Entdeckungen.

• Dank der Erforschung von Flüssigkeitssiedeverhalten, -rückhaltung und -strömung können Ingenieure effizientere Treibstoff- und Lebenserhaltungssysteme für zukünftige Raumfahrzeuge entwickeln.
• Die Analyse von Gelen und Flüssigkeiten, die mit winzigen Partikeln im Weltraum vermischt sind, hilft Forschern bei der Feinabstimmung von Materialzusammensetzungen und hat zu neuen Patenten für Konsumgüter geführt.
• Die Entdeckung von kalten Flammen im Weltraum, einem Phänomen, das auf der Erde nur schwer zu untersuchen ist, hat neue Horizonte in der Verbrennungswissenschaft und im Motorenbau eröffnet.

Warum das wichtig ist:

Durchbrüche in der Grundlagenphysik an Bord der Raumstation treiben Innovationen auf der Erde voran und fördern die Entwicklung von Treibstoff-, Temperaturregelungs-, Pflanzenbewässerungs- und Wasseraufbereitungssystemen für Raumfahrzeuge. Die Forschung im Bereich weicher Materialien verbessert Produkte in der Medizin, im Haushalt und im Bereich erneuerbare Energien, während Untersuchungen zu kühlen Flammen zu saubereren und effizienteren Motoren führen könnten.

Weltweiter Zugang zum Weltraum

Seit dem Jahr 2000 hat die Raumstation privaten Unternehmen, Forschern, Studenten und Astronauten aus aller Welt die Möglichkeit eröffnet, sich an der Erforschung des Weltraums zu beteiligen und die Menschheit auf ihrem Weg zum Mond und zum Mars voranzubringen.

• Die Raumstation ist eine Startrampe für die kommerzielle Weltraumwirtschaft, ermöglicht private Astronautenmissionen und beherbergt Hunderte von Experimenten kommerzieller Unternehmen, denen sie die Möglichkeit bietet, ihre Technologien durch Forschung im Orbit, Fertigungsdemonstrationen und Innovationen zu stärken.
• CubeSats, die von der Raumstation aus eingesetzt werden, ermöglichen es Studenten und Innovatoren auf der ganzen Welt, Funkantennen, kleine Teleskope und andere wissenschaftliche Demonstrationen im Weltraum zu testen.
• Mehr als eine Million Schüler haben über Amateurfunkveranstaltungen mit Astronauten kommuniziert, was die nächste Generation dazu inspiriert hat, sich für Naturwissenschaften, Technik, Ingenieurwesen und Mathematik zu begeistern.
• Mehr als 285 Besatzungsmitglieder aus über 25 Ländern haben den am längsten betriebenen Außenposten der Menschheit im Weltraum besucht, was ihn zu einem Symbol für globale Zusammenarbeit macht.

Warum das wichtig ist:

Die Raumstation hat die Weltraumwirtschaft ermöglicht, in der kommerzielle Forschung, Fertigung und Technologiedemonstrationen einen neuen globalen Marktplatz prägen. Die NASA und ihre internationalen Partner haben eine Führungsposition in der erdnahen Umlaufbahn eingenommen, neue Möglichkeiten für die Industrie geschaffen und den Weg für Erkundungsmissionen zum Mond, zum Mars und darüber hinaus geebnet.

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• **ISS** Hauptthema

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Quelle: ZARM 10. August 2022.

10. August 2022 – Die karge Umgebung des roten Planeten scheint auf den ersten Blick wenig nutzbare Ressourcen für ein Lebenserhaltungssystem oder die Produktion von Nahrungsmitteln bereitzuhalten. Doch die kohlenstoffreiche (95 %), stickstoffhaltige Atmosphäre und der rote Regolithboden – reich an Eisen, anderen Metallen und Mineralien – sind für genau solche Bioprozesse geeignet; und der Schlüssel dazu sind Cyanobakterien: Während sie auf der Erde häufig als lästige Blaualgen in Erscheinung treten und uns das Badevergnügen im Sommer verderben, sind sie mit Blick auf den Mars als wahre Lebenskünstler zu bewerten. Gefüttert mit Marsstaub und Marsatmosphäre und durch ihre Fähigkeit zur Photosynthese, sind Cyanobakterien in der Lage, Sauerstoff zu produzieren und Biomasse zu bilden, was in der astronautischen Exploration verschiedensten Zwecken dienen könnte – wie zum Beispiel der Herstellung von Nahrungsmitteln.

„Damit Menschen auf dem Mars überleben können, muss ihnen eine große Menge an Versorgungsgütern zur Verfügung stehen: Nahrungsmittel, Wasser, Sauerstoff, aber auch andere Dinge wie Medikamente. Für einen dauerhaften und nachhaltigen Aufenthalt dort kann der lebenswichtige Nachschub jedoch nicht fortlaufend von der Erde kommen, die Transportkosten und -risiken zum Mars sind einfach zu groß“, so Dr. Cyprien Verseux, Leiter des „Laboratory of Applied Space Microbiology“ am Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation der Universität Bremen.

Was macht das Modellbakterium so besonders?
Der Ansatz, auf Basis von Cyanobakterien ein Lebenserhaltungssystem zu konzipieren, ist in der Explorationsforschung nicht neu. Dennoch stockte der Fortschritt auf dem Gebiet bislang durch das Fehlen eines gemeinsamen Modellbakteriums – der Stamm der Cyanobakterien zählt nämlich viele Tausend Arten. Cyprien Verseux und seinen Wissenschaftskolleg:innen ist es jetzt gelungen, die Cyanobakterien-Art der Anabaena sp. PCC 7938 als vielversprechendste für ein Lebenserhaltungssystem auf dem Mars zu identifizieren. So schlagen sie diese Unterart auch als allgemeines Modellbakterium für das Forschungsfeld vor.

Wie sie zu dem Ergebnis gekommen sind, erklärt Cyprien Verseux: „Auf Grundlage bereits vorhandener Studien haben wir zunächst eine kleine Vorauswahl von Cyanobakterien-Stämmen getroffen. Anschließend nahmen wir ihre DNA in den Blick und haben sie anhand von Laborexperimenten verglichen. Kurz gefasst waren dabei zwei Kriterien entscheidend: Erstens, wie gut gedeihen die Bakterien auf Basis der Ressourcen, die auf dem Mars zu finden sind. Zweitens, können sie als Nährstoffgrundlage für andere Organismen fungieren und beispielsweise die Anzucht von essbaren Pflanzen oder anderen Bakterien unterstützen, die nicht die Fähigkeit besitzen, Marsstaub und Marsatmosphäre direkt zu verwerten.“

Bezogen auf letzteres ist dem Forschungsteam die erfolgreiche Anzucht von Entengrütze als höheres, nährstoffreiches Pflanzengewächs gelungen; Bestandteile der Biomasse der Anabaena sp. PCC 7938 wurde dabei als einziges Ausgangsmaterial verwendet. „Diese Pflanze wächst extrem schnell und ist vollständig essbar“, erläutert Tiago Ramalho, ebenfalls ZARM-Wissenschaftler und Erstautor der Studie, „was sie zu einem erstklassigen Kandidaten für einen „landwirtschaftlichen“ Anbau auf dem Mars macht“. Was ihn besonders freut: „Die Entengrütze, die wir in unserem Anzuchtversuch verwendet haben, stammt ursprünglich aus einem Bach im Bremer Stadtpark.“

Die Forschungsperspektive:
Das Wissenschaftsteam möchte mit den gewonnenen Erkenntnissen, der Erforschung der sogenannten In-Situ Verfahren für den Mars – also der Nutzbarmachung von vor Ort auf dem roten Planeten vorhanden Ressourcen – neue Schubkraft verleihen. Die Perspektive für Cyprien Verseux ist klar: „Unsere Arbeit und auch die unserer Fachkolleg*innen deuten stark darauf hin, dass das Konzept an sich machbar ist. Es erscheint möglich, dass sich Cyanobakterien von Mars-Ressourcen ernähren können und die Fähigkeit besitzen, andere, wichtige Bioprozesse in Gang zu setzen. Aber zu wissen, dass dieses System grundsätzlich funktionieren könnte, reicht nicht aus. Wir müssen es verbessern und herausfinden, ob es tatsächlich effizient genug für einen Einsatz bei Marsmissionen ist – und wenn ja, wie würden praktikable Lösungen, einschließlich der Technologie und notwendigen Verfahren, aussehen?“

Auch wollen Verseux und sein Team die biologischen Mechanismen besser verstehen, die den ausgewählten Bakterienstamm der Anabaena sp. PCC 7938 als so gut geeignet erscheinen lassen. „Wir stehen folglich noch ganz am Anfang und der Berg an noch verbleibendender Forschungsarbeit könnte entmutigend sein. Glücklicherweise entwickelt sich das Wissenschaftsfeld insgesamt in Richtung einer intensiven Zusammenarbeit: Die Zahl der Teams, die sich mit Lebenserhaltungssystemen auf der Basis von Cyanobakterien beschäftigen, wächst.“, führt Verseux aus. Das ZARM-Team hofft, dass sein entdeckter Modell-Bakterienstamm zu einer besseren Vergleichbarkeit der Ergebnisse beiträgt und sich die Forschungsarbeiten so einfacher und stärker ergänzen können.

Das Forschungsteam:
Beteiligt an der Studie und der Veröffentlichung „Selection of Anabaena sp. PCC 7938 as a cyanobacterium model for biological ISRU on Mars“ in der Fachzeitschrift „Applied and Environmental Microbiology“ sind: Tiago P. Ramalho, Guillaume Chopin und Cyprien Verseux vom Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) der Universität Bremen, Olga M. Pérez-Carrascal vom Department of Integrative Biology der University of California in Berkeley, USA, sowie Nicolas Tromas vom Département des Sciences Biologiques der Université de Montréal, Kanada, und zugleich der Faculté des Sciences et Techniques (FST) der Université de Nantes, Frankreich.

Publikation:
https://journals.asm.org/doi/10.1128/aem.00594-22

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• Zukünftige Mars-Erforschung

Der Beitrag Marsstaub als Lebensgrundlage? Für bestimmte Bakterien kein Problem erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Frontiers in Astronomy and Space Sciences.

— Photovoltaik könnte effizient auf der Hälfte des Planeten Mars eingesetzt werden. —

27. April 2022. Kein anderer Planet in unserem Sonnensystem hat die menschliche Fantasie mehr angeregt als der Mars. Während die moderne Wissenschaft widerlegt hat, daß der Rote Planet eine mögliche Quelle einer außerirdischen Invasion sein kann, bringt uns die heutige Technologie einer bemannten Mission näher. Ein Forscherteam der Universität von Kalifornien in Berkeley hat in der Zeitschrift Frontiers in Astronomy and Space Sciences einen Artikel veröffentlicht, in dem die Ansicht vertreten wird, dass eine menschliche Expedition auf der Marsoberfläche durch die Nutzung von Sonnenenergie betrieben werden könnte.

Das Konzept ist nicht neu. Die Hauptstromquelle für einige Marsrover der NASA ist eine Solaranlage mit mehreren Paneelen. In den letzten zehn Jahren seien die meisten Menschen jedoch davon ausgegangen, dass die Kernenergie für menschliche Missionen eine bessere Option sei als die Solarenergie, so Aaron Berliner, Mitautor der Studie und Doktorand der Biotechnologie am Arkin Laboratory der UC Berkeley.

Was die aktuelle Studie einzigartig macht, ist die Art und Weise, wie die Forscher verschiedene Möglichkeiten der Energieerzeugung verglichen haben. Bei den Berechnungen wurde die Masse der Ausrüstung berücksichtigt, die für eine Sechs-Personen-Mission von der Erde zur Marsoberfläche transportiert werden müsste. Konkret wurden die Anforderungen eines nuklearbetriebenen Systems mit denen verschiedener photovoltaischer und sogar photoelektrochemischer Geräte verglichen.

Abwägung der Optionen

Während die Energieleistung eines miniaturisierten Kernspaltungsgeräts ortsunabhängig ist, hängt die Produktivität solarbetriebener Lösungen von der Sonnenintensität, der Oberflächentemperatur und anderen Faktoren ab, die bestimmen, wo ein nichtnuklearer Außenposten optimal platziert werden könnte. Dazu musste eine Reihe von Faktoren modelliert und berücksichtigt werden, z. B. wie Gase und Partikel in der Atmosphäre Licht absorbieren und streuen, was sich auf die Sonneneinstrahlung an der Planetenoberfläche auswirken würde.

Das Ergebnis: eine Fotovoltaikanlage, die komprimierten Wasserstoff zur Energiespeicherung nutzt. Am Äquator beträgt die vom Team so genannte „Mitnahme-Masse“ eines solchen Systems etwa 8,3 Tonnen gegenüber etwa 9,5 Tonnen bei der Kernkraft. Näher Richtung Pole wird das solarbasierte System mit mehr als 22 Tonnen weniger tragfähig, schlägt aber die Spaltungsenergie auf etwa 50 % der Marsoberfläche.

„Ich finde es gut, dass das Ergebnis ziemlich genau in der Mitte geteilt wurde“, sagte Berliner. „In der Nähe des Äquators gewinnt die Solarenergie, in der Nähe der Pole die Kernenergie.“

Ein solches System kann Elektrizität nutzen, um Wassermoleküle zu spalten und Wasserstoff zu erzeugen, der in Druckbehältern gespeichert und dann in Brennstoffzellen zur Stromerzeugung wiederverwendet werden kann. Andere Anwendungen für Wasserstoff sind die Kombination mit Stickstoff zur Herstellung von Ammoniak für Düngemittel – ein gängiges Verfahren im industriellen Maßstab.

Andere Technologien wie die Wasserelektrolyse zur Herstellung von Wasserstoff und Wasserstoff-Brennstoffzellen sind auf der Erde weniger verbreitet, was vor allem auf die Kosten zurückzuführen ist, könnten aber für die menschliche Besiedlung des Mars von entscheidender Bedeutung sein.

„Die Energiespeicherung von komprimiertem Wasserstoff fällt ebenfalls in diese Kategorie“, so Anthony Abel, ein Doktorand der Chemie- und Biomolekulartechnik an der UC Berkeley, der die Studie mitverfasst hat. „Für die Energiespeicherung im Netzbereich wird er noch nicht häufig verwendet, obwohl sich das im nächsten Jahrzehnt ändern dürfte.

Anlehnen an die Natur

Sowohl Abel als auch Berliner gehören dem Center for the Utilization of Biological Engineering in Space (CUBES) an, einem Projekt, das Biotechnologien zur Unterstützung der Weltraumforschung entwickelt. CUBES konzentriert sich beispielsweise auf die Entwicklung von Mikroben zur Herstellung von Kunststoffen aus Kohlendioxid (CO₂) und Wasserstoff oder von Arzneimitteln aus CO₂ und Licht.

In dem neuen Papier wird eine Richtlinie für den Strom- und Wasserstoffhaushalt festgelegt, die diese Art von Anwendungen ermöglichen würde.

„Jetzt, da wir eine Vorstellung davon haben, wie viel Energie zur Verfügung steht, können wir damit beginnen, diese Verfügbarkeit mit den Biotechnologien in CUBES zu verbinden“, so Berliner. „Wir hoffen, dass wir letztendlich ein vollständiges Modell des Systems mit allen Komponenten erstellen können, das uns bei der Planung einer Marsmission, der Bewertung von Kompromissen, der Identifizierung von Risiken und der Entwicklung von Abhilfestrategien im Vorfeld oder während der Mission helfen wird.

Neben den wissenschaftlichen und technologischen Aspekten ist es laut Abel auch wichtig, die menschliche Komponente der Weltraumforschung zu berücksichtigen. „Um Chanda Prescod-Weinstein zu zitieren: ‚Unsere Probleme reisen mit uns in den Weltraum‘. Wenn wir also darüber nachdenken, zum Mars zu fliegen, müssen wir auch darüber nachdenken, wie wir Probleme wie Rassismus, Sexismus und Kolonialismus angehen, um sicherzustellen, dass wir auf die ‚richtige‘ Weise zum Mars fliegen.“

Originalartikel

Frontiers in Astronomy and Space Sciences, 27 April 2022 | Photovoltaics-driven power production can support human exploration on Mars
Autor 1: Herr Anthony Abel, Abteilung für Chemieingenieurwesen, UC Berkeley, Berkeley, CA, USA
Autor 2: Herr Aaron Berliner, Abteilung für Nukleartechnik und Abteilung für Biotechnik, UC Berkeley, Berkeley, CA, USA

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• Zukünftige Mars-Erforschung

Der Beitrag Wissenschaftler zeigen, dass Solarenergie für den Betrieb einer bemannten Marsmission besser geeignet ist als Kernenergie erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: RUAG Schweiz AG.

Eine der größten Herausforderungen der langfristigen bemannten Raumfahrt ist die Lebenserhaltung. Wenn Menschen jemals zum Mars oder darüber hinaus reisen wollen, müssen sie die Neuversorgung mit lebenswichtigen Verbrauchsmaterialien wie Luft, Wasser und Nahrung minimieren. Das bedeutet, dass Technologien entwickelt werden müssen, die das Recycling von Luft, Wasser und menschlichen Abfällen in einem sogenannten geschlossenen Kreislauf ermöglichen, d.h. ohne externe Störungen oder Hilfe.

Warum sollten Algen mit in den Weltraum fliegen?
Für viele Menschen mögen Algen Bilder von grünlichen Teichen oder Erinnerungen an das Verfangen in Algen während einer Schwimmrunde im See auslösen. Andere denken vielleicht an japanische Maki-Rollen und ihren unverwechselbaren Geschmack. Aber Algen sind auch entscheidend für die Erhaltung des Lebens auf der Erde. Etwa 50% der weltweiten Sauerstoffproduktion stammt von Algen – sie sind sozusagen die „Lunge“ unseres Planeten.

Das Programm Micro-Ecological Life Support System Alternative (MELiSSA) der Europäischen Weltraumorganisation ESA hat Algen umfassend untersucht. Die Resultate zeigen, dass diese Mikroorganismen durch Photosynthese sehr effizient Atemluft regenerieren können. Daher eignen sie sich besonders gut für die Reinigung der Atemluft in Raumschiffen, die von menschlicher Besatzung genutzt werden. Dazu müssen jedoch spezielle Bioreaktoren entwickelt werden. Diese Bioreaktoren müssen in der Lage sein, die Algen unter sehr geringer Schwerkraft zu kultivieren und diesen Prozess bei Langzeitmissionen zu kontrollieren.

Algen als Sauerstoff- und Nahrungsquelle
Aufgrund seiner langjährigen Erfahrung in der Entwicklung von Bioreaktoren für den Weltraum-Einsatz wurde der RUAG Space-Standort in Nyon vor Kurzem mit einem wichtigen Projekt der Europäischen Weltraumorganisation beauftragt. Das Projekt trägt den Namen BIORAT. RUAG Space ist darin für die Entwicklung eines  Prototypen für ein Luftrecycling-System auf Mikroalgenbasis zuständig.

Und so soll es funktionieren: Wenn die Aktivität der Besatzung und der Luftverbrauch steigen, passt der Bioreaktor die Beleuchtung für die Algen an und sorgt dafür, dass sie genau die richtige Menge an Sauerstoff produzieren. Der Bioreaktor basiert auf einem früheren Flugexperiment namens ArtemISS, das die wissenschaftliche Kernhypothese erfolgreich demonstrierte. BIORAT soll nun den Prozess weiter skalieren und seine Effizienz steigern, sowie den Einsatz an echter Kabinenluft eines Raumfahrzeugs demonstrieren.

Eines der Nebenprodukte all dessen ist Spirulina, ein essbares Superfood. So können die Astronauten nicht nur gute Luft atmen, sondern auf ihrer langen Reise einen nahrhaften Snack geniessen.

„Es ist spannend, an Technologien zu arbeiten, die in naher Zukunft bei der Erforschung des Weltraums durch Menschen genutzt werden“, sagt Peter Guggenbach, CEO von RUAG Space. „Die Atemluft für die Astronauten zu sichern, ist das Herzstück einer Mission. Das Projekt ist auch stark mit dem langfristigen Engagement der Schweiz in den Bereichen Weltraumforschung und Wissenschaft verbunden. Dieses Engagement unterstützt Aktivitäten im Bereich der Innovation, sowie auch das Wachstum der Wissensgesellschaft.“

Der derzeit vergebene Auftrag wird zu einem Prototyp des Systems führen. Die eigentliche Demonstrationsmission auf der Internationalen Raumstation ist derzeit für 2024 vorgesehen.

Über RUAG Space
RUAG Space ist der führende Zulieferer für die Raumfahrt in Europa mit einer wachsenden Präsenz in den USA. Rund 1300 Mitarbeitende in sechs Ländern entwickeln und produzieren Produkte für Satelliten und Trägerraketen – dadurch spielt RUAG Space eine zentrale Rolle sowohl im institutionellen, wie im kommerziellen Raumfahrtmarkt. RUAG Space ist Teil des internationalen Technologieunternehmens RUAG mit Sitz in der Schweiz.

RUAG entwickelt und vertreibt international gefragte Technologieanwendungen in den Bereichen Luft- und Raumfahrt sowie Sicherheits- und Wehrtechnik für den Einsatz zu Land, in der Luft und im Weltraum. Die Produkte und Dienstleistungen von RUAG sind zu 56 % für den zivilen und zu 44 % für den militärischen Markt bestimmt. Konzernsitz ist Bern (Schweiz). Standorte befinden sich in der Schweiz sowie in 15 weiteren Ländern in Europa, den USA und Asien-Pazifik. RUAG erwirtschaftet einen Umsatz von rund CHF 1.96 Mrd. und zählt über 9200 Arbeitsplätze – davon 400 für Lernende.

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• RUAG

Der Beitrag RUAG baut Bioreaktor-Demonstrator für ISS erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Erstellt von Daniel Maurat. Quelle: CCTV, Raumfahrer.net.

Die Kopplung erfolgte mit dem ersten physischen Kontakt zwischen den beiden Raumschiffen um 13.11 Uhr Pekinger Zeit (9.11 Uhr MESZ). Das automatische Kopplungsmanöver, welches schon bei den beiden letzten Missionen, Shenzhou 8 und 9 erprobt wurde, verlief dabei ohne Probleme. Sieben Minuten danach rasteten die Bolzen der beiden Kopplungsringe der APAS-89-Adapter, welche ursprünglich in Russland beziehungsweise der ehemaligen UdSSR entwickelt wurden, ein und beide Raumschiffe waren fest miteinander verbunden. Danach wurden die Vorbereitungen für das Umsteigen der Besatzung in das Raumlabor getroffen, das für die nächsten zwölf Tage ihr neues Zuhause sein wird. Das Umsteigen erfolgte dann um 16.17 Uhr Pekinger Zeit (10.17 Uhr MESZ).

In den letzen zwei Tagen hat die Besatzung von Shenzhou 10, bestehend aus Kommandant Nie Haisheng, Bordingenieur Zhang Yiaoguang und Bordingenieurin Wang Yaping, verschiedene Bahnanpassungsmanöver durchgeführt, um sich so der Raumstation Tiangong 1 anzunähern. Diese Manöver werden in ähnlicher Weise auch beim zweitätigen Anflug der Sojus-Raumschiffe an die Internationale Raumstation ISS durchgeführt. Zudem feierte man das traditionelle Drachenbootfest, einem der wichtigsten Feste im chinesischen Kalender, an Bord von Shenzhou 10 medienwirksam mit Videoübertragung zum Kontrollzentrum vor den Toren Pekings.

Mit der Ankopplung beginnt nun die eigentliche Arbeit für die Besatzung. Sie wird die Experimente durchführen, welche von der Vorgängerbesatzung von Shenzhou 9 begonnen wurden. Zudem erprobt man eine Reihe von Systemen, welche für den Betrieb einer großen, modularen Raumstation benötigt werden, etwa das Lebenserhaltungssystem. Nach zwölf Tagen wird die Besatzung die Raumstation wieder verlassen und zur Erde zurückkehren.

Nach dieser Mission wird wohl kein Raumschiff mehr Tiangong 1 besuchen. Es soll aber noch für eine nicht näher bestimmte Zeit im Orbit verbleiben und dort einige Tests durchführen. Im Jahr 2015 soll der Nachfolger Tiangong 2 starten, welcher zwar auf Tiangong 1 basiert, aber doch von den Erfahrung mit Tiangong 1 profitieren soll. So sollen mehrere Systeme wie etwa die Lebenserhaltung verbessert und ein Nachtanken im All ermöglicht werden. Zudem wird Tiangong 2 über einen zweiten Kopplungsadapter am Heck verfügen, mit dem das Koppeln von Versorgungsraumschiffen möglich sein soll, aber auch das Koppeln eines neuen bemannten Raumschiffs für die Crewrotation. Darüber hinaus soll ein Roboterarm mit Tiangong 2 starten, der dann im Weltraum erprobt werden soll. Diese Raumstation wäre mit den sowjetischen Raumstationen Saljut 6 und 7 vergleichbar, die in den 1970ern und 1980ern betrieben wurden. Gestartet werden soll Tiangong 2 bereits mit der derzeit in Entwicklung befindlichen Chang Zheng 7, welche auch die CZ 2F als Startvehikel für die Shenzhou ersetzen soll.

Der nächste Schritt für Chinas Raumfahrt wäre dann eine modulare Raumstation, deren Aufbau bis oder um 2020 erwartet wird. Diese wäre dann mit der Raumstation Mir vergleichbar und soll Chinas technische Stärke demonstrieren, so wie das gesamte bemannte Weltraumprogramm.

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• Shenzhou 10
• Chinas bemannte Raumfahrt

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Ein Beitrag von Ralf Möllenbeck. Quelle: BBC, NASA, ESA. Vertont von Peter Rittinger.

Professor Charles Cockell von der Open University in Milton Keynes (England) berichtet über eine Bakterienart, welche es schaffte, mehr als ein Jahr im Weltraum zu überleben. Diese Bakterien stammen aus dem kleinen Fischerdorf Beer im Süden von England. Dort sind sie Bestandteil der Klippen nahe dem englischen Fischerdorf und reisten in Gesteinsbrocken im Februar 2008 mit dem Space Shuttle Atlantis zur ISS. Diese Proben waren Teil des von der ESA betreuten Experimententräger (EuTEF = European Technology Exposure Facility) an der Außenseite des Columbus-Forschungsmoduls.

Diese Bakterien wurden ausgewählt, um zu untersuchen, wie sie sich in der lebensfeindlichen Umgebung verhalten. Sie waren ultraviolettem Licht, kosmischen Strahlen und extremen Temperaturschwankungen ausgesetzt. Das Experiment ist Teil einer Suche nach Mikroben, welche Astronauten auf zukünftigen Missionen bei der Erforschung unseres Sonnensystems nützlich wären. Sie könnten in Lebenserhaltungssystemen und bei der Gewinnung von Mineralien aus Felsgestein, unter anderem in Basen auf Mond und Mars, zum Einsatz kommen. Im September 2009 wurde der Experimententräger EuTEF mit dem Space Shuttle Discovery zur Erde zurück transportiert.

Hier stellten Wissenschaftler fest, dass viele der Mikroben überlebt hatten. Diese, nun als OU-20 bezeichnet, werden zur Zeit in einem Laboratorium an der Open University (OU) in Milton Keynes eingehend untersucht. Es wird vermutet, dass eine dicke Zellwand die Mikroben so widerstandsfähig macht. Weiter bilden sie Zellkolonien, bei denen die innenliegenden von den äußeren Mikroben vor den widrigen Umgebungseinfüssen, wie UV-Strahlung und Austrocknung, geschützt werden. Bakteriensporen sind dafür bekannt, mehrere Jahre in der Umlaufbahn zu überstehen. Diese Zellen aber haben am längsten von allen Cyanobakterien oder photosynthetisierenden Mikroben im Weltraum überlebt. Sie haben Verwandte in der Antarktis und in heißen Wüsten, diesen werden gute DNA-Reparaturprozesse nachgesagt.

Diese anderthalbjährige Exkursion der Bakterien in den Weltraum war nicht die erste ihrer Art. Eine Probe des Klippenmaterials von Beer reiste ein Jahr zuvor für zehn Tage auf einer russischen Rakete ins All. Bei diesem Biopan-6-Experiment im Rahmen der FOTON-M3-Mission waren Bärtierchen mit an Bord. Diese winzigen wirbellosen Tiere halten den Rekord für die am längsten überlebenden Tiere im offenen Raum.

Raumcon:

• **ISS** Forschung & Forschungseinrichtungen

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Autor: Paul Blasl & Daniel Maurat & Günther Glatzel

Eine Raumstation mit den Ausmaßen der ISS kann mit heutigen Mitteln nicht als ganzes in den Erdorbit befördert werden. Deshalb besteht die Internationale Raumstation aus vielen einzelnen Modulen, die von den verschiedenen Staaten, die an diesen Projekt beteiligt sind, finanziert beziehungsweise gebaut wurden und im Normalfall einzeln in den Orbit befördert werden müssen.

Grundsätzlich unterscheidet man dabei unter Druck stehende und nicht unter Druck stehende Module. Sämtliche Module, die von den Astronauten zum Wohnen, Schlafen und zur Arbeit benutzt werden, stehen unter Druck, da Menschen im Vakuum nicht überleben können. Das Lebenserhaltungssystem an Bord sorgt für eine Atmosphäre, die der irdischen entspricht (21 Prozent Sauerstoff, 78 Prozent Stickstoff, 1.014 Hektopascal Druck). Die Solarzellen oder Gitterstrukturen der Station stehen nicht unter Druck.

Im Folgenden finden Sie eine Auflistung aller Module und ihrer Konfiguration im geplanten Ausbauzustand Ende 2013. Für weitere Informationen zu den einzelnen Modulen klicken Sie in der Tabelle auf den passenden Eintrag. Die Module, die mit einem Stern gekennzeichnet sind, warten noch auf ihren Start.

Im Jahre 2012 beschloss die russische Raumfahrtagentur aufgrund der verlängerten Einsatzdauer der Station eine Erweiterung ihres Segments. Hinzugefügt werden sollen 2014 ein Knotenmodul (UM) und nach 2015 (mindestens) ein Experimentier- und Energiemodul (NEM).

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Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: NASA.

Der Kommandant, Michael Fincke, beispielsweise arbeitete in der letzten Woche zweimal mit einem Component Repair Equipment genannten System. Bei anfallenden Reparaturen wurden und werden heute noch immer ganze Funktionsgruppen gewechselt. Bei elektronischen Apparaturen sind dies Steckkarten. Dies geht zwar schnell, ist aber oft überflüssig. Beim Experiment CRE testet man, ob man auch einzelne Bauteile auf Steckkarten ab- und funktionstüchtige Ersatzteile anlöten kann. Dazu stehen verschiedene Lötmaterialien sowie entsprechendes Werkzeug und eine „Werkbank“ zur Verfügung. Auch Flugingenieurin Sandy Magnus durfte sich im Laufe der letzten Tage mehrfach daran versuchen.

Kommandant Fincke wirkte auch bei zwei physiologischen Tests im russischen Segment mit. Juri war dabei das Untersuchungssubjekt. Beim Experiment Braslet werden das Herz-Kreislauf-System und der Blutfluss in bestimmten Körperbereichen durch ein Ultraschall-Gerät gemessen bzw. abgebildet. Außerdem wirkte Mike auch beim Hand-Ergometer-Experiment mit. Hierbei wird das Fahrradergometer mit Händen und Armen betrieben. Dabei werden erneut physiologische Parameter gemessen. Bei früheren Missionen hatten russische Mediziner Unstimmigkeiten im Zusammenspiel von Hand- und Unterarmmuskulatur festgestellt. Seitdem gehört dieses spezielle Training zum russischen Fitnessprogramm.

Mehrfach nahm der Kommandant Kontakt zu Funkamateuren, gewöhnlich Schüler oder Studenten auf. Diesmal befanden sich die Partner in den USA, in Australien und Italien. Dazu wurde ein Amateurfunkgerät verwendet, dass sich im Modul Swesda befindet.

Und nun noch eine „kleine“ Aufzählung der routinemäßig anfallenden Wartungsarbeiten, an denen natürlich alle Raumfahrer an Bord der ISS beteiligt sind: Installation eines Beschleunigungssensors im Schleusenmodul Quest, Statusprüfungen am Commercial Generic Bioprocessing Apparatus 5 und der elektronischen Spürnase ENose, Übertragung von gespeicherten Daten verschiedener Experimente (SLEEP, ), Wartung der Fluids and Combustion Facility (abgeschlossene Einheit für Experimente mit Flüssigkeiten oder Verbrennungsprozessen), Inspektion und Wartung des Laufbandes sowie des neuen Kraftsportgerätes ARED, tägliche Wartung des Umweltsteuerungs- und Lebenserhaltungssystems und und und. Zu letzterem gehört übrigens auch die Überprüfung der Funktionstüchtigkeit der Toilette sowie die Leerung der Behälter für feste und flüssige Abfälle.

Zu den speziellen Aufgaben des Flugingenieurs Juri Lontschakow gehörte das Aufladen der Batterien im Notfall-Handy, das im Rückkehrmodul des Sojus-Raumschiffes deponiert ist, die Installation einer neuen Einheit für das Annäherungssystem Kurs (beim Anflug des vorletzten Progress-Frachters war ein Fehler aufgetreten), Installation von Sensoren zur Messung von Beschleunigungswerten in verschiedenen Bereichen des russischen Segments, die kontaktfreie Erfassung physiologischer Parameter mittels des Gerätes Sonokard, Wartungs- und Umbauarbeiten am Strahlungsmesskomplex Matroschka (Neuausrichtung eines Spektrometers, Austausch von Dosimetern und Speicherkarten), die Messung der Konzentration potenziell schädlicher Spurengase (Dimethylbenzol und Chlorwasserstoff waren diesmal an der Reihe), die Überprüfung von Luftstromsensoren in den Verbindungskanälen verschiedener Bereiche der Station und die Vorbereitung eines Effizienztests für die Solarzellen am russischen Modul Swesda.

Sandy Magnus, die ebenfalls als Flugingenieur fungiert und beim nächsten Shuttle-Flug zur Erde zurückfliegen soll, beschäftigte sich insbesondere mit der Entnahme und Konservierung von Blut- und Urinproben zur komplexen Untersuchung physiologischer Veränderungen (Knochenabbau, Auswirkungen von Sauerstoffradikalen, Ernährungsstörungen und hormonellen Veränderungen), der Erforschung von Verbrennungsprozessen und insbesondere der Temperatur, ab der bei verschiedenen Brennstoffen Rauchbildung auftritt (Experiment SPICE), der Aktualisierung der Inventardatenbanken der Station, Wartungsarbeiten im Schleusenmodul Quest (Austausch eines undichten Schlauchs, Beseitigung von Verunreinigungen, Wartung an EVA Mobility Unit), der Demontage eines Videoanschlusses und dem Ausfüllen eines Ernährungs-Fragebogens, auf dem der „Verbrauch“ spezieller Nahrungsmittel, wie Getränken, Cerealien, Snacks und Süßigkeiten erfasst wird.

Nebenbei muss natürlich jeder Raumfahrer täglich zweieinhalb Stunden Sport treiben und irgendwo putzen.

Besonders beliebt sind aber die wöchentlichen privaten Familienkonferenzen sowie die Beobachtungen, die im Rahmen des Experimentes Crew Earth Observation vorgenommen werden. Diese Woche im Fokus standen große Staubwirbel in Libyen, Vulkane in Equador und Mexiko, Aeorosole über dicht besiedelten Regionen Indiens und Mexikos, Gletscher in Patagonien und ein Kratersee in Ghana.

Insgesamt, eine ganz normale Woche an einem höchst erlesenen Arbeitsplatz.

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Autor: Georg Jakubaas. Vertont von Karl Urban.

Der Aufenthalt auf dem Mars
Gleich nach der Landung wird die Funktionalität der Lebenserhaltungssysteme und weiterer missionskritischer Systeme gründlich getestet. Erst danach überprüft die Besatzung die weniger wichtigen Anlagen. Die Flugsysteme werden deaktiviert, die Lebenserhaltung für den Marsaufenthalt konfiguriert. Dabei beginnt die Besatzung, sich an die 3/8 Gravitation (0,38 g) anzupassen. Nachdem die wichtigsten Arbeiten abgeschlossen sind und die Crew sich mit den Effekten der Marsanziehung vertraut gemacht hat, steuert sie ihr Habitat in die Nähe des Wohn- und Labormoduls, welches seit zwei Jahren auf ihre Ankunft wartet.

Danach kommt der große Augenblick. Der erste Schritt auf dem Mars wird gemacht. Leider werden wir nicht live dabei sein können. Wer aber wird der oder die Glückliche sein, diesen bedeutsamen Schritt zu machen? Und was wird er oder sie sagen? Auf diese Fragen gibt die Mars-Referenzmission verständlicherweise keine Antworten. Im Rahmen der ersten Außeneinsätze wird das Ankunftsmodul an das redundante Energiesystem der Basis angeschlossen. Die beiden Module werden durch einen Tunnel verbunden, womit die Größe des Lebensraumes verdoppelt wird.

Gleich vom Beginn des Aufenthaltes weg verbrauchen die Astronauten die Vorräte, welche im unteren Teil des Wohn- und Labormoduls gelagert sind. Es entsteht neuer, nutzbarer Raum. Dieser wird dazu verwendet, ein bioregeneratives Lebenserhaltungssystem einzurichten: Mitgebrachte Samen werden ausgesät, es wachsen Pflanzen, die Sauerstoff und Nahrung produzieren. Dieses System ist für die Mission und für die Lebenserhaltung zwar nicht unbedingt notwendig, es verleiht den Lebenserhaltungssystemen aber eine zusätzliche Komponente, womit ihre Robustheit erhöht wird.

Die Erforschung des Mars‘
In den ersten Monaten wird die nähere Umgebung der Basis erforscht. Es werden erste Gesteins- und Bodenproben gesammelt und analysiert. Die Atmosphäre, das Marswetter, der Boden, die Lichtverhältnisse werden untersucht. Auch werden Sensoren, Proben und Experimente ausgesetzt. Neben den wissenschaftlichen Tätigkeiten sind auch eine Reihe anderer Arbeiten zu erledigen. Systeme müssen gewartet oder repariert werden, Essen muss zubereitet werden. Auch benötigen die Planetenforscher Freizeit, um sich zu erholen. Die durchschnittlichen täglichen Aufwände der Missionsteilnehmer werden wie folgt geschätzt:

Nachdem die unmittelbare Umgebung um die Basis herum erforscht und analysiert wurde, sind mehrere kleinere und größere Expeditionen geplant.

Mobilität auf dem Mars wird in unterschiedlichen Stufen implementiert. In einem Radius um die Basis herum, welchen die Astronauten durch Laufen durchqueren können (ca. 1 km), arbeiten sie in Druckanzügen.

In einem Umkreis von 1 bis 10 km kommen Fahrzeuge ohne Druckkabine zum Einsatz, welche mit einem Druckanzug bestiegen werden. Weit entfernte Ziele werden mit einem Fahrzeug zurückgelegt, das mit einer Druckkabine und einer Luftschleuse ausgestattet ist. Mit solchen Fahrzeugen wird es möglich sein, entfernte Einsätze mit einer Dauer von bis zu 10 Tagen zu absolvieren. Ein solches Gefährt kann im Normalfall zwei, im Notfall vier Personen transportieren und beherbergen. Dabei werden Gebiete erreicht, die bis zu 500 km entfernt sind.

Nach jeder großen Exkursion folgen 40 Tage Analyse der mitgebrachten Proben. Nach diesen 40 Tagen erhält die Besatzung jeweils eine Woche frei. Insgesamt sind während des ca. 600 Tage dauernden Aufenthaltes sieben große Exkursionen geplant. Einen Teil der zur Verfügung stehenden Zeit werden die Marsforscher dazu verwenden, die Basis auf die Ankunft weiterer Module vorzubereiten, da mit jeder neuen Mannschaft auch ein zusätzliches Habitat auf dem Mars hinzukommt. Alle Wohn- und Labormodule verbleiben auf dem Mars und werden zukünftigen Missionen zur Verwendung bereitstehen. Mit dem Eintreffen der zweiten Gruppe wird die Basis um eine Einheit erweitert, nämlich um jene, in der sich die Raumfahrer während ihres Fluges zum Mars aufgehalten haben.

Um für den Rückflug nicht außer Übung zu kommen, werden auch regelmäßig Trainings und Simulationen des Aufstiegs, des Andockmanövers, des Rückfluges und der Landung auf der Erde absolviert.

Im Zeitplan ist auch berücksichtigt, falls während des Aufenthaltes eine erhöhte Strahlenbelastung auftritt. Diese kann z.B. durch große Sonneneruptionen (Solar Flares) ausgelöst werden. Zwar schützen die Marsatmosphäre und der Planet die Astronauten bis zu einem gewissen Grad. Trotzdem werden die Forscher bei stark erhöhten Strahlenwerten in den Modulen bleiben müssen, welche sie vor solcher Strahlung schützen. Kaum ein Schutz existiert aber gegen die hochenergetischen, dauernd auftretenden kosmischen Partikel. Diese Strahlenbelastung wird in Kauf genommen werden müssen.

Die letzten 50 Tage des Marsaufenthaltes verbringt die Besatzung damit, die Systeme der Basis für die kommende Wartezeit und damit für einen reduzierten Betrieb zu konfigurieren. Da die zweite Expedition erst Monate nach dem Abflug der Ersten landen wird, muss die Station gesichert werden. Auch wird das Aufstiegsmodul für seinen ersten und einzigen aktiven Flug vorbereitet. Zudem wird das im Orbit befindliche ERV von der Marsoberfläche aus aktiviert, sodass es für das bevorstehende Andockmanöver in Bereitschaft ist. Das Krafttraining wird dramatisch intensiviert, damit die Besatzung für die Schwerelosigkeit und die spätere Anpassung an die normale Erdanziehung vorbereitet ist. Da diese Aktivitäten absolute Priorität haben, werden andere, nicht lebenswichtige Aufgaben minimiert oder ganz gestoppt.

Die Rückkehr zur Erde
Nach 600 Tagen ist das Ende des Marsaufenthaltes gekommen und aus den Planetenforschern werden wieder Astronauten. Sie begeben sich in das vollgetankte Aufstiegsmodul, welches einer Apollo-Kommandokapsel ähnelt und neben den Lagesteuerungsdüsen zusätzlich über zwei Triebwerke und Treibstofftanks für den Aufstieg in den Marsorbit verfügt. Beim Aufstieg wird der Treibstoff verwendet, der aus der Atmosphäre des Mars gewonnen wurde.

Ein interessanter Aspekt ist, dass die Aufstiegsstufe keine hypergolischen Treibstoffe verwendet (Hydrazin und Stickstoff-Tetroxyd), wie das bei den Apollo-Missionen der Fall war. Triebwerke mit hypergolischen Treibstoffen sind sehr verlässlich, da sie sehr einfach konstruiert sind. Die beiden Chemikalien reagieren ohne komplizierte Technik miteinander. Trotzdem hat sich die NASA für die komplexeren und damit risikoreicheren Triebwerke entschieden, da nur für diese der Treibstoff auf dem Mars produziert werden kann. Bei den Lagesteuerungssystemen werden aber auch bei der Marsmission hypergolische Systeme verwendet.

Nach dem Aufstieg erreicht das Aufstiegsmodul einen runden Marsorbit. Die Astronauten docken am ERV an und lassen das MAV später zurück. Danach bereiten sie das ERV für den langen Flug nach Hause vor. Schließlich zünden sie die Triebwerke und verlassen den Roten Planeten mit Kurs auf die Erde.

Da die zweite bemannte Mission zum Mars schon starten wird, noch während die erste Expedition auf dem Rückflug ist, beginnt das Debriefing der ersten Besatzung bereits während des Rückfluges. Dies ist notwendig, damit die zweite Gruppe von den wertvollen Erfahrungen und den gewonnenen Erkenntnissen der ersten profitieren kann.

Während des Rückfluges unterziehen sich die Astronauten einem intensiven Spezialtraining, welches sie dabei unterstützt, ihre Körper auf die normale Erdanziehung (1 g) vorzubereiten. Die dazu notwendigen Geräte befinden sich an Bord des ERV. Wie beim Hinflug verfügt die Besatzung über relativ viel Zeit. Deshalb wird ein Schwerpunkt der Transitphase das Training für den Wiedereintritt bilden. Die dafür notwendigen Simulatoren sind ebenfalls mit an Bord. Nach ca. 110 Tagen endet auch der letzte Teil der Mission. Die Astronauten führen die letzte Korrektur der Flugbahn durch, begeben sich in das ECCV und trennen sich anschließend vom ERV.

Es folgt die letzte kritische Flugphase der Marsmission. Wie schon beim Einschwenken in den Marsorbit wird die Landung auf der Erde mittels Aerocapture / Aerobraking eingeleitet. Nachdem dieses Manöver abgeschlossen ist, wird das ECCV durch Bremsfallschirme verschiedener Größen weiter abgebremst. Zuletzt kommt noch eine weitere Neuheit zum Einsatz. Das ECCV landet nicht wie die Apollo-Kommandokapseln mit einem Fallschirm, sondern unter Verwendung eines steuerbaren Gleitschirms. So kann die Landung präzise in der Nähe einer NASA-Basis erfolgen. Es ist anzunehmen, dass die Landung nicht auf Wasser erfolgt, sondern auf festem Boden. Damit sind die Pioniere knapp 900 Tage nach ihrem Start wieder auf der Erde angekommen und die erste Etappe des Marsprogramms abgeschlossen, während die zweite gerade erst begonnen hat.

Die Zeit nach der Rückkehr
Nach der Landung wird wahrscheinlich eine Quarantänephase folgen. Ob diese Maßnahme notwendig ist, hängt auch davon ab, ob auf dem Mars Spuren von Leben gefunden werden.

Auf jeden Fall wird eine längere Erholungs- und Anpassungsphase notwendig sein, während derer sich die Astronauten wieder an die Erdschwerkraft gewöhnen. Ist dies geschehen, finden erneut Debriefings statt, diesmal in Form von Interviews mit den zuständigen Wissenschaftlern und Technikern. Langfristig werden regelmäßige medizinische Untersuchungen durchgeführt, um später auftretende Krankheiten identifizieren zu können.

Doch stellen wir mal alle Wissenschaft, Technik und Medizin beiseite. Letztendlich werden die Marsforscher die Helden vieler Nationen sein. Sie haben den ersten Schritt der Menschheit auf einem anderen Planeten getan. Sie haben einen Riesensprung für die Menschheit hinaus ins All gemacht. Es ist nicht auszudenken, welchen Medienrummel diese Menschen auslösen werden. Eine der berühmten Tickertape-Paraden, wie die Apollo 11 Astronauten, werden sie allemal genießen dürfen. Vielleicht sogar sechs – in jedem an der Mission teilnehmenden Land eine.

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