Quelle: DLR.

Neun Wochen Dunkelheit und Kälte bis minus 50 Grad Celsius. Unter den harschen Bedingungen der Antarktis beginnt eine gemeinsame Versuchsreihe der NASA und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) zur Gemüsezucht auf Mond und Mars. NASA-Gastwissenschaftlerin Jess Bunchek erforscht bis Anfang 2022, wie Astronautinnen und Astronauten zukünftig mit möglichst wenig Zeit- und Energieeinsatz viel Salat, Gurken, Tomaten, Paprika und Kräuter züchten können. Dafür arbeitet sie im DLR-Antarktisgewächshaus EDEN ISS. Sie stellt Gewächshaustechnik und Pflanzensorten auf die Probe. Zudem erfasst sie, wie das grüne Habitat und seine Früchte auf die isolierte Überwinterungscrew im ewigen Eis wirken. Jess Bunchek ist Teil des zehnköpfigen Überwinterungsteams auf der vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) betriebenen Neumayer Station III.

Erste Ernte: Salat, Radieschen und Kräuter
„Hier auf dem antarktischen Ekström-Schelfeis beginnt bald die Polarnacht. Allein mit den neun weiteren Mitgliedern der Überwinterungscrew fühlt es sich fast so an, als würden wir auf einem anderen Planeten ganz auf uns allein gestellt sein“, sagt Bunchek. „Es ist faszinierend in dieser lebensfeindlichen Welt das Grün ohne Erde unter künstlichem Licht gedeihen zu sehen.“ Bunchek ist Botanikerin am Kennedy Space Center der NASA, wo sie zuvor vor allem das VEGGIE-Projekt auf der Internationalen Raumstation (ISS) unterstützt hat. Nach einer technischen Überholung der Forschungsplattform EDEN ISS durch das DLR-Team konnte sie in den vergangenen Wochen die ersten Samen einsäen. Vor einigen Tagen folgte die erste Ernte von Salat, Radieschen und verschiedenen Kräutern.

NASA-Samen und neues Nähstoff-Versorgungs-System
In der Antarktis kommen besonders robuste Sorten zum Einsatz, die vom EDEN-ISS-Projektteam sowie bei Experimenten im Kennedy Space Center und im Rahmen des VEGGIE-Projekts auf der ISS ausgewählt wurden. So ist es auch Ziel der DLR/NASA-Mission, das Wachstum und den Ertrag der Sorten unter den Bedingungen des Antarktisgewächshauses zu erfassen und zu vergleichen. Zudem rückt in den Fokus, welche Mikroben mit der Pflanzenzucht im Gewächshaus gedeihen. Die NASA wird im EDEN-ISS-Modul auch ein Konzept zur Pflanzenbewässerung testen, das unter Schwerelosigkeit wie auf der Internationalen Raumstation funktionieren kann. Das System hält und transportiert das Wasser durch eine passive Methode zu den Pflanzen. „Dies ermöglicht einen direkten Vergleich mit den bisher bei EDEN ISS aktiv aeroponisch befeuchteten Pflanzen“, sagt Dr. Ray Wheeler, Pflanzenphysiologe am Kennedy Space Center. Bei der aeroponischen Bewässerung, werden die Wurzeln der Pflanzen ohne Erde regelmäßig mit einer Nährstofflösung besprüht.

Crew-Zeit, ein kostbares Gut
Säen, ernten, pflegen, putzen, warten, kalibrieren, reparieren und wissenschaftliche Tätigkeiten. Mit einem achtseitigen Spezialwürfel zur Zeiterfassung registriert Bunchek jede Sekunde ihrer Tätigkeiten im Antarktisgewächshaus. Denn Crew-Zeit wird bei späteren Missionen zu Mond und Mars ein kostbares Gut sein. „In einem ersten Testlauf des Gewächshauses während der Mission 2018 hatten wir festgestellt, dass der Betrieb noch zu viel Zeit in Anspruch nimmt“, erklärt EDEN-ISS-Projektleiter Dr. Daniel Schubert vom Bremer DLR-Institut für Raumfahrtsysteme. „Nun arbeiten wir daran Abläufe und Prozeduren zu optimieren. Wir haben viel über die Handhabung eines Gewächshauses unter Extrembedingungen gelernt. Das setzen wir mit der jetzigen gemeinsamen DLR/NASA-Mission voll um.“ Neben der Zeit der Crew steht deren Wohlbefinden im Fokus. Regelmäßig beantworten die Überwinterer Fragen zu ihren Essgewohnheiten oder wie die Pflanzen auf die Stimmung wirken. Wir hoffen, unser Verständnis für die Versorgung mit Pflanzen und frischer Nahrung für Besatzungen in abgelegenen, isolierten Umgebungen wie Neumayer III und letztendlich für den Weltraum zu verbessern“, sagt Wheeler.

Acht Monate in Isolation
Am 19. Januar erreichte Jess Bunchek mit dem Forschungsschiff Polarstern den antarktischen Kontinent. Seit dem 19. März ist die zehnköpfige Überwinterungscrew auf der vom Alfred-Wegener-Institut betriebenen Neumayer Station III auf sich allein gestellt. „EDEN ISS ist in vielerlei Hinsicht eine Bereicherung für die Crew. Ich weiß aus meiner eigenen Überwinterungserfahrung, wie sehr einem frische Lebensmittel fehlen können. Dabei geht es nicht nur um den Geschmack. Hinzu kommen die Gerüche, die Farben und die faszinierende Tatsache, dass in unwirtlicher Umgebung etwas wächst“, sagt Dr. Tim Heitland, Medizinischer Koordinator und Operations Manager beim AWI. „Deshalb gibt es in den Überwinterungsteams auch immer wieder Freiwillige, die bei der Aufzucht und Ernte der Pflanzen helfen“. Am 21. Mai beginnt dieses Jahr die Polarnacht an der Neumayer Station III. Erst ab dem 23. Juli werden wieder erste Sonnenstrahlen auf die Station scheinen. Forschende der Sommersaison und neue Versorgungsgüter werden gegen Anfang November die Isolation der diesjährigen Überwinterungscrew beenden.

In den sozialen Medien lassen sich die Aktivitäten im Antarktisgewächshaus EDEN ISS über den Hashtag #MadeInAntarctica verfolgen. Das Antarktisgewächshaus ist mit Kanälen auf Facebook und Instagram vertreten sowie mit einer Bildgalerie auf Flickr. Im Blog schreibt Jess Bunchek über ihre persönlichen Eindrücke zur Antarktismission. Mit einem neuen Tool können die Pflanzen des EDEN-ISS-Gewächshauses in der Antarktis beobachtet werden. Jeden Tag ermöglichen die Bilder von 34 Kameras zu verfolgen, wie die Pflanzen wachsen.

EDEN ISS: Nahrungsmittelversorgung der Zukunft
Die weltweite Nahrungsmittelproduktion ist eine der zentralen gesellschaftlichen Herausforderungen im 21. Jahrhundert. Eine steigende Weltbevölkerung bei gleichzeitigen Umwälzungen durch den Klimawandel erfordern neue Wege, um Nutzpflanzen auch in klimatisch ungünstigen Regionen kultivieren zu können. Ein geschlossenes Gewächshaus ist ein vielversprechendes Konzept für zukünftige Missionen zu Mond und Mars. Auf der Erde ermöglicht es von Wetter, Sonne und Jahreszeit unabhängige Ernten sowie weniger Wasserverbrauch und den Verzicht auf Pestizide und Insektizide. Mit dem Projekt EDEN ISS ist solch ein Modell-Gewächshaus der Zukunft unter antarktischen Extrembedingungen in der Langzeiterprobung. In der ersten umfangreichen Überwinterungsforschungskampagne 2018 hatte das Gewächshaus in neuneinhalb Monaten insgesamt 268 Kilogramm Nahrung auf nur 12,5 Quadratmetern produziert. Darunter waren unter anderem 67 Kilogramm Gurken, 117 Kilogramm Salat und 50 Kilogramm Tomaten. Als Ergebnis der Forschungsarbeiten entstand ein neues Gewächshaus-Konzept für die zukünftige Raumfahrtmissionen.

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Quelle: DLR.

Seit 2018 steht das Gewächshaus EDEN ISS des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in der Antarktis, um für die Nahrungsmittelproduktion der Zukunft in Wüsten und kalten Regionen zu forschen sowie die Möglichkeiten frischer Ernährung unter den lebensfeindlichen Bedingungen auf Mond oder Mars. Für die Überwinterung 2021 wird nun die Pflanzenwissenschaftlerin Jess Bunchek vom Kennedy Space Center der NASA als Gastforscherin des DLR ein Jahr im ewigen Eis mit der Gemüsezucht ohne Erde und unter künstlichem Licht verbringen. Dabei ist sie Teil der Überwinterungscrew der vom Alfred-Wegener-Institut (AWI) betriebenen Antarktisstation Neumayer III.

Nach monatelangem Training wird die Crew am 20. Dezember 2020 an Bord des AWI-Forschungsschiffs Polarstern von Bremerhaven aus in See stechen, um nach einer rund einmonatigen Non-Stop-Reise über den Atlantik Ende Januar die Antarktis zu erreichen. Zuvor befindet sich die Crew in Quarantäne, um COVID-19-Erkrankungen an Bord auszuschließen.

„EDEN ISS ist ein einzigartiges Projekt. Es gibt weltweit nur wenige andere Einrichtungen wie diese“, sagt NASA-Wissenschaftlerin Jess Bunchek, die derzeit für das DLR-Institut für Raumfahrtsysteme tätig ist. „Noch einzigartiger ist es aufgrund des extremen Klimas und des Überwinterungsaspekts. Diese Zusammenarbeit zwischen DLR und NASA soll dazu beitragen, den Entwurf eines zukünftigen Mond- oder Marsgewächshauses und die Anforderungen an die Unterstützung der Astronautenbesatzung mitzugestalten.“

Umfangreiche Vorbereitung
Am Bremer DLR-Institut für Raumfahrtsysteme lernte sie die nötigen Grundlagen, um das Antarktisgewächshaus in der Polarnacht nur digital verbunden mit dem Kontrollzentrum im Institut betreiben zu können. Dort werden Systemdaten sowie das Pflanzenwachstum digital überwacht und es ist zudem möglich etwa bei antarktischen Stürmen übergangsweise das Gewächshaus für wenige Tage ganz aus der Ferne zu betreiben. „Mit Jess Bunchek und der damit verbundenen Kooperation mit der NASA haben wir nun die einzigartige Chance die Forschung im EDEN ISS Gewächshaus weiterzuführen und auf ein neues Level zu bringen. Das anspruchsvolle Forschungsprogramm ist ein wichtiger Meilenstein für die zukünftige Errichtung eines Gewächshausmoduls innerhalb einer internationalen Mondstation und für die Perspektive bemannter Marsmissionen“, sagt EDEN ISS-Projektleiter Dr. Daniel Schubert. Im Rahmen der Zusammenarbeit werden in der Antarktis einige Salate und Gemüsesorten gezüchtet, die die NASA bereits auf der Internationalen Raumstation ISS auf ihre Weltraumtauglichkeit getestet hat.

Dazu bereitete sich Jess Bunchek umfangreich mit der neuen zehnköpfigen Überwinterungscrew auf die extremen Verhältnisse in der Antarktis vor, wobei sie unter anderem einen Gletscherkurs in den Alpen und einen Brandschutzkurs absolvierte. „Die Vorbereitung ist alles“, unterstreicht Bunchek. „Ich denke, was an der Station Neumayer III so interessant ist, ist unsere Vorbereitungszeit. Sie ist lang im Vergleich zu anderen Stationen, zum Teil deshalb, weil das AWI sicherstellen will, dass das Überwinterungsteam die richtige Zusammensetzung hat. Aber auch, weil wir den ganzen Winter über isoliert sein werden, müssen wir auf jede Situation vorbereitet sein.“

Corona-bedingt per Schiff auf den Südkontinent
Die Neumayer-Station III des Alfred-Wegener-Instituts wird dieses Jahr ausschließlich auf dem Seeweg versorgt. Das Forschungsschiff Polarstern bringt – wie üblich – Material und Treibstoff in die Antarktis. Corona-bedingt reisen aber diese Saison auch alle Menschen, die an der Station arbeiten, per Schiff auf den Südkontinent. Um den 20. Januar 2021 herum ist der Anlauf der Polarstern in der Atkabucht geplant. Dann können die mitfahrenden 25 Menschen an der Neumayer-Station ihre Arbeit aufnehmen: AWI-Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen warten die Observatorien für Luftchemie, Geophysik und Meteorologie und tauschen sich mit den alten und den neuen Überwinterungsteams über die Langzeitmessungen aus. Technikerinnen und Techniker kümmern sich darum, dass die Station als Infrastruktur funktionstüchtig bleibt.

EDEN ISS: Nahrungsmittelversorgung der Zukunft
Die weltweite Nahrungsmittelproduktion ist eine der zentralen gesellschaftlichen Herausforderungen im 21. Jahrhundert. Eine steigende Weltbevölkerung bei gleichzeitigen Umwälzungen durch den Klimawandel erfordern neue Wege, um Nutzpflanzen auch in klimatisch ungünstigen Regionen kultivieren zu können. Für Wüsten und Gebiete mit tiefen Temperaturen wie auch bei Weltraummissionen zu Mond und Mars ermöglicht ein geschlossenes Gewächshaus von Wetter, Sonne und Jahreszeit unabhängige Ernten sowie weniger Wasserverbrauch und den Verzicht auf Pestizide und Insektizide.

Mit dem Projekt EDEN-ISS ist solch ein Modell-Gewächshaus der Zukunft unter antarktischen Extrembedingungen in der Langzeiterprobung. In der ersten umfangreichen Überwinterungsforschungskampagne hatte das Gewächshaus in neuneinhalb Monaten insgesamt 268 Kilogramm Nahrung auf nur 12,5 Quadratmetern produziert, unter anderem 67 Kilogramm Gurken, 117 Kilogramm Salat und 50 Kilogramm Tomaten. Als Ergebnis der Forschungsarbeiten entstand ein erstes neues Gewächshaus-Konzept für die zukünftige Raumfahrtmissionen.

Für weitere Informationen lesen Sie das vollständige Interview mit Jess Bunchek, in dem sie über ihre Heimat USA, ihre Vorbereitungen in Deutschland während der Corona-Pandemie, die Weihnachtsfeiertage auf See und das kommende Abenteuer auf dem eisigsten Kontinent der Welt spricht: Interview: Antarktisreise zur Erprobung von Gewächshaustechnologien

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