Deep Space Gateway

Sie wird seit Jahren von den internationalen Raumfahrtorganisationen geplant, aber erst vor ein paar Tagen rückte sie durch die Berichterstattung der Medien ins öffentliche Interesse: Die sogenannte Cislunar Station, oder auch das „Deep Space Gateway“ (DSG), das sich eben im cislunaren Raum, also zwischen Erde und Mond befinden soll. Man könnte nun einwenden, dass man hier nicht wirklich von „Deep Space“ sprechen sollte, da wir uns immer noch im Bereich von Mond und Erde bewegen. Aber die Bezeichnung hat weniger mit der Position als vielmehr mit dem Zweck des Projektes zu tun. Dazu später mehr.

Was hat man sich nun also unter diesem Gateway vorzustellen?
Im Grunde handelt es sich um eine weitere Raumstation mit mehreren Modulen, in denen die Astronauten arbeiten, forschen und wohnen können. Des weiteren wird es ein Modul für die Energiegewinnung und den Antrieb („PPB“ genannt) geben, ein Modul mit einer Luftschleuse für Außenbordaktivitäten und ein Logistikmodul namens ESPRIT alias LCUB (Logistics Communication and Utilization Bay), welches den PPB in seinen Funktionen unterstützen soll. Plus zeitweilig natürlich die Orion-Kapsel für den Transport der Besatzung zur Station bzw. zurück zur Erde. Die Kapsel wird anfangs auch als Kommandozentrale der noch unfertigen Station fungieren. Erstmals in der bemannten Raumfahrt wird man übrigens beim Antriebsmodul des DSG Ionentriebwerke einsetzen. Weitere Energiequelle sind Solarpanele mit 40kW Leistung.

Ebenfalls vorgesehen sind daneben noch ein Roboterarm und ggf. auch ein robotischer Mondlander.

(Ich empfehle übrigens wirklich einen Klick auf die obigen Links. Sie enthalten sehr gut aufbereitete Grafiken zum Aufbau des DSG, plus sehr viele weitere Informationen.)

Das DSG. Bildquelle: NASA

Das DSG. Bildquelle: NASA

Insgesamt ist das Deep Space Gateway aus Ressourcengründen zunächst wesentlich kleiner als die ISS. Mit sechs Mitgliedern wäre das DSG bereits überbesetzt. Auf der ISS ist diese Teamgröße hingegen Standard, und wenn es absolut sein müsste, könnte sie auch neun Menschen beherbergen. Allerdings gibt es beim DSG von vornherein die Option, es um zusätzliche Module zu erweitern. Wie groß das Gateway also am Ende tatsächlich sein wird, steht noch nicht fest.

 

Die neue Station wäre im Gegensatz zur ISS auch nicht permanent besetzt. Nach den bisherigen Plänen sollen zunächst vier Besatzungsmitglieder für nur wenige Wochen im Jahr auf der Station arbeiten.

Während der restlichen Zeit können die Bordinstrumente selbständig laufen und ihre Daten an die Kontrollzentren funken. Hierfür sehen die Planer unter anderem einen Orbit vor, der – ganz grob erklärt – die Station in elliptischen Bahnen den Mond umkreisen lässt. Der Abstand zum Mond beträgt dabei zwischen 1.500 und 70.000 km.

Gemeinsam umkreisen Mond und Station wiederum die Erde. Dabei nähert sich die Station regelmäßig einem der Mondpole an und kann dies für genauere Messungen und Untersuchungen nutzen.

Auf diese Art kann die Station im All „geparkt“ und gleichzeitig weiter genutzt werden. Was sich so trivial anhört, ist im Detail allerdings doch etwas komplizierter: (1)

Insgesamt sind bei diesem Modell drei Körper (Erde, Mond, Raumstation) zu berücksichtigen, nicht nur zwei (Erde, Raumstation) wie bei der ISS. Alleine schon die genannte regelmäßige Annäherung an den Mond und dessen Schwerkraft bewirkt Bahnabweichungen, die anschließend wieder korrigiert werden müssen. (Kanada schlägt hierfür übrigens ein Solarsegel als Hilfssystem vor.)

Je höher die Anzahl der Parameter, desto komplexer und somit fehleranfälliger werden jedoch die Berechnungen. Gleichzeitig müssen sie aber eine gewisse Toleranz aufweisen, um natürliche Schwankungen und kleinere technische Fehler oder Ungenauigkeiten auszugleichen. All das ist um so wichtiger, als man das Deep Space Gateway in Notfällen bei weitem nicht so schnell erreichen kann wie die ISS. Letztere umkreist die Erde in nur 400 km Höhe. Der Mond und somit später auch das DSG ist mit rund 384.000 km aber fast tausendmal so weit entfernt.

Sinn und Zweck der Station
Raumfahrt ist verhältnismäßig teuer kostet Geld. Steuergelder. Daher gehört die mal neugierig, mal skeptisch, mal abfällig gestellte Frage „Wozu soll das denn gut sein?“  mittlerweile schon zu den Standardreaktionen, wenn irgendwas oder irgendwer ins All geschossen wird. Beantworten wir sie also:

  1. Die ISS ist in die Jahre gekommen und kann nicht ewig weiter betrieben werden. Bisher ist 2024 das anvisierte Ende. Die Anzahl der Jahre, die da noch drangehängt werden könnten, ist gering. Allerdings gibt es weiterhin Bedarf an Forschung unter Weltraumbedingungen, so dass für einen nahtlosen Übergang Ersatz geschaffen werden soll, bevor wir die ISS aufgeben.
  2. Der Namensbestandteil „Gateway“ kommt bei der neuen Station nicht von ungefähr. Wie oben schon erwähnt, befindet sie sich sich viel weiter entfernt von der Erde (und deren Schwerkraft) als die ISS. Somit wird sie nicht nur eine Rolle als Forschungsstation erfüllen, sondern später auch als „Bahnhof“ für Missionen zum Mars und ggf. weiteren Zielen im Sonnensystem. Denn wenn man mit einem kompletten Raumfahrzeug nicht erst die Schwerkraft überwinden muss, sondern direkt im All starten kann, eröffnen sich ganz andere technische Möglichkeiten für zukünftige Missionen:

    „Alle Szenarien für Reisen zu unserem Nachbarplaneten gehen von einer Montage des Mars-Raumschiffs im Weltraum aus. Mit einem Ionentriebwerk ausgestattet, könnte es zum Beispiel von einer Mondumlaufbahn aus starten. Mit dieser Art von Antrieb benötigt man viel weniger Treibstoff als mit herkömmlichen chemischen Triebwerken. Dadurch wird die Nutzlast des Raumschiffes größer.“

    (Quelle: ESA -Koordinator und Astronaut Thomas Reiter im Interview mit der FAZ.)

  3. Hinzu kommt die Rolle der Station beim Aufbau einer internationalen Mondbasis, dem sogenannten „Moon Village„. Ein Plan, den neuerdings auch die USA (mal wieder…) ins Auge gefasst haben. Umgekehrt ist auch denkbar, das DSG für den ersten Check-Up sowie als als Quarantäneort für Rückkehrer zu nutzen. Das wäre nicht nur für bemannte, sondern auch für robotische Missionen nützlich, vor allem wenn es sich um Sample Return Missions handelt, die also Proben von anderen Himmelskörpern an Bord haben. Nimmt man sie für eine erste Analyse auf der Station in Empfang, entfiele auch zunächst das Risiko, bei der Durchquerung der Erdatmosphäre bzw. der Landung auf den letzten Metern zerstört oder kontaminiert zu werden.

Wer macht mit?
In die Planung involviert sind bisher ESA (Europa), NASA (USA), JAXA (Japan), Roskosmos (Russland) und CSA (Kanada). Allerdings hat Roskosmos erst vor wenigen Tagen eine Vereinbarung für konkrete Beiträge Russlands unterschrieben.

Geht es nach den Vorschlägen Russlands, so sollen sich später auch weitere Länder wie Brasilien, China und Indien beteiligen können. (Ob der seltsame Mensch im Weißen Haus da mitspielt, muss man allerdings bezweifeln.)

Wie sieht der Zeitplan aus?
Konkret geplant wird die Station seit ca. drei Jahren. Die Idee an sich ist allerdings fast dreimal so alt.

Die US-amerikanische Transportkapsel Orion (2) sowie die Trägerrakete „Space Launch System“ (SLS) sind bereits in Entwicklung. Mit 130 Tonnen Nutzlast übersteigt das SLS sogar die Kapazität der Saturn V um 12 Tonnen und bricht damit deren Rekord. Das SLS soll 2019 zunächst das europäische Servicemodul im Orbit platzieren. Ab 2022 folgen weitere Teile. Der eigentliche Zusammenbau beginnt mit dem PPB, danachwürde planmäßig das erste Habitat folgen.

Allerdings gibt es schon heute Probleme mit dem Zeitplan. Der erste Start des SLS sollte eigentlich bereits 2018 stattfinden, wurde aber wegen diverser Probleme auf 2019 verschoben:

„A missed delivery date for the European-made service module set to power NASA’s Orion crew capsule, snags in the welding of parts of the SLS core stage due to low weld strength, and a tornado that struck a production site in New Orleans were some of the major problems identified in a Government Accountability Office report (…).“

(Quelle: https://spaceflightnow.com/2017/04/28/nasa-confirms-first-flight-of-space-launch-system-will-slip-to-2019/ )

Ende der 2020er Jahre soll der Bau abgeschlossen sein. Für die Zeit danach ist ein Upgrade von Antrieb und Habitat vorgesehen, um dann auch eine Langzeitmission von ca. einem Jahr Dauer durchführen zu können. Diese wäre gleichzeitig ein Test für eine Marsmission unter weit realistischeren Bedingungen als dies bisher bei den sogenannten Analogmissionen auf der Erde möglich war.

Es ist also nicht a priori zu befürchten, dass wegen der Pläne für DSG und Mondstation der zunächst favorisierte Mars als Ziel in Vergessenheit geraten wird, wie es wohl für einige den Anschein hat. Im Gegenteil: Die Station ist tatsächlich, wenn alles gut läuft, sowohl strategisch als auch technisch ein erster und richtiger Schritt in Richtung Mars.

Allerdings bleibt die Frage nach der Finanzierung. Das Budget der NASA wurde seit Apollo ziemlich eingedampft, was den prozentualen Anteil am Haushalt angeht, und bei der ESA habe ich manchmal den Eindruck, dass eher einzelne Ländersüppchen gekocht werden, statt wirklich konsequent gemeinsame Anstrengungen für ein gemeinsames großes Ziel zu unternehmen. Irgendwie fehlt mir da trotz einer Reihe von interessanten Missionen etwas der Biss und auch der rote Faden. Allerdings ist mir natürlich bewusst, dass das aufgrund der ESA-Organisationsstruktur zu einem gewissen Grad unvermeidlich ist.

Das DSG wird nach meinem persönlichen Dafürhalten in absehbarer Zeit Realität werden. Beim Moon Village bin ich aber auch auf lange Sicht skeptisch, jedenfalls was die (inter)nationalen Raumfahrtagenturen angeht. Ich halte es mittlerweile für wahrscheinlicher, dass gewisse Privatinitiativen schneller sein werden, wenn auch vielleicht nicht so schnell wie sie selbst vollmundig verkünden. Desgleichen bei Reisen zum Mars.

Ich lasse mich aber gerne überraschen und eines Besseren belehren.

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(1) Wer sich etwas genauer über den Near Rectiliniear Halo Orbit informieren möchte, findet => hier <= einen guten Einstieg.

(2) Die Orion ist übrigens ein Überbleibsel des früheren US-Amerikanischen Mondprogramms „Constellation„. Ein Vorhaben, das unter Bush ins Leben gerufen, dann aber wegen zu großer Verzögerung und Kosten unter Obama wieder gecancelt wurde. Orion sollte eigentlich 2014 den Jungfernflug antreten. Tja…

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Die Astronautin. Ich bin verwirrt.

Bisher war noch keine deutsche Frau im All, aber das soll sich jetzt ändern. In Bremen wurden heute sechs Finalistinnen vorgestellt, die in einem knapp ein Jahr dauernden Bewerbungs- und Auswahlverfahren aus rund 400 Kandidatinnen ausgesucht wurden. Zwei von diesen sechs wiederum sollen für einen zehntägigen Aufenthalt auf der ISS trainiert werden. Diese Finalistinnen sind hochqualifiziert, darunter eine (lt. WDR 2) Eurofighter-Pilotin, eine Astrophysikerin, eine Meteorologin – alle gut ausgebildet, offensichtlich fit und höchstwahrscheinlich eine brauchbare Ergänzung für jedes Team auf der ISS.

So weit, so gut. Stutzig macht allerdings Folgendes: Die Kandidatinnen wurden nicht wie z.B. Alexander Gerst im üblichen Verfahren von ESA und DLR rekrutiert und präsentiert, sondern von einem Bremer Manpower-Unternehmen namens HE Space. Das Ganze läuft unter dem Titel „Die Astronautin“ und hat eine eigene Webpräsenz. Doch dort ist von Partnern die Rede, die samt und sonders kommerzielle Unternehmen sind. ESA und DLR finden sich in dieser Liste erstmal nicht:

dieastronautin
Screenshot http://www.dieastronautin.de, 01.03.2017

Film, Fitnessberatung, PR-Unternehmen, Business-Consultants, „Management Concept“, Kommunikationsberater. Es ist zu bezweifeln, dass diese Firmen sonderlich viel von Raumfahrt und Medizin verstehen. Eher nehme ich als Außenstehende an, dass sie sich rein finanziell bzw. als geschäftliche Berater an Auswahl und Training der Damen beteiligt haben und beteiligen werden. Und so wird als Ansprechpartner für die Presse in der Tat der Partner Loesch Hund Liepold genannt. Das ist in einem solchen Zusammenhang zwar ungewöhnlich, aber auch kaum zu beanstanden. Nur: Wie fand dann überhaupt die Beurteilung und Auswahl der Kandidatinnen statt? Deren physische und psychische Eignung festzustellen ist ja nun beileibe kein trivialer Vorgang, den man ein paar Fitnessberatern wie Five & Fit überlassen könnte.

Ah, OK, die Grundauswahl hat das DLR übernommen. Im Gegenzug hat der Vorgang ihnen die medizinischen Daten von 400 jungen Frauen beschert. Gut, eine Win-Win-Situation für HE Space und DLR. Aber wie geht es weiter? Nun geht es doch eigentlich überhaupt erst richtig los, denn wenn die Damen wie anvisiert 2020 zur ISS wollen, müssen sie zügig und ernsthaft ins Training einsteigen. Und das ist aufwändig und teuer.

Die teilweise Auflösung erfolgte heute umgehend: „Die Astronautin“ hat heute(!) … [Trommelwirbel] … ein sogenanntes „Crowdfunding“ gestartet.

Richtig gelesen. Die erste Trainingsphase der Damen soll durch Spenden aus der Bevölkerung finanziert werden. Konkret stellen sie sich das folgendermaßen vor:

„Mit Erreichen der Fundingschwelle von 50.000 Euro finanzieren wir:

Tauchschein 10.400 Euro
Training Grundlagen Raumstation 19.600 Euro
Überlebenstraining 19.600 Euro

Mit Erreichen des Fundingsziels von 125.000 Euro finanzieren wir außerdem:

Trainings für Fitness, Russische Sprachkenntnisse und Medienkompetenz 21.400 Euro
Belastbarkeitstraining 43.400 Euro
Technische Grundlagenkenntnisse – Raumfahrttechnik Seminare 10.700 Euro

Mit Überschreiten des Fundingsziels verwirklichen wir:

Parabelflüge 87.500 Euro
Sozialkompetenz-Training 16.000“

Quelle: https://www.startnext.com/dieastronautin

Zeitrahmen für die Spendensammlung: 60 Tage.
Joah… Kann man probieren. Wirkt aber doch irgendwie alles seltsam improvisiert. Vom späteren Platz in einer Raumkapsel ganz zu schweigen; alleine da sind wir bei Größenordnungen von 80 Millionen Euro. Orion, SpaceX, Boeing, Russland oder China schweben „Die Astronautin“ als Taxiunternehmen wohl vor. Schon stand ich vor dem nächsten Rätsel. Wo soll das ganze Geld dafür denn dann schon wieder her kommen? Spätestens da ist doch Feierabend mit Spenden? Da müssen doch mal Profis ran? Die Verwirrung auch in meiner Twitter-Timeline wuchs mit jedem neuen Detail aus Bremen. Aber man ist ja einigermaßen gut vernetzt, und so wandten wir uns an einen mir auch persönlich bekannten Herrn, der in die ganze Veranstaltung nun auch involviert schien:

„Proud to be on the team that is enabling the first female German astronaut to fly to ISS in 2020. These are the final six!“
(https://twitter.com/timmermansr/status/836890845299245056)

„If ESA supports them, as a European agency, surely there are some reports about that somewhere online?“
(https://twitter.com/Leaving_Orbit/status/836896392517992449)

Die Antwort war allerdings wiederum reichlich kryptisch:

„The support structure is being developed by the team right now. News will be shared when things are final“
(https://twitter.com/timmermansr/status/836899666486837249)

Moment. Wie jetzt? Die Damen müssten eigentlich schleunigst mit dem Training loslegen, aber das Unterstützernetzwerk in der Raumfahrt wird erst jetzt überhaupt in Angriff genommen? Das kann doch nicht sein? Mehr Details waren heute allerdings nicht in Erfahrung zu bringen. Was wohl auch so gewollt ist. Warum auch immer.

Darf ich ganz ehrlich sein? Ich finde diese Vorgehensweise ziemlich merkwürdig. Warum wurden diese Frauen nicht von der ESA rekrutiert, wie alle männlichen Astronauten auch? Hatten sie sich nicht beworben? Waren sie für deren Standards nicht gut genug? Eine jetzt vielleicht doch stattfindende aber noch halb unterm Deckel gehaltene Beteiligung der Raumfahrtbehörde an „Die Astronautin“ hätte in der Außenwirkung salopp gesagt einen Touch von „Och, is ja ’n Ding! Die Mädels können ja echt was?! Na, dann machen wir vielleicht doch mal mit.“ Der Beigeschmack ist jedenfalls seltsam. Eine Rektrutierung und Ausbildung auf dem üblichen Weg wäre meines Erachtens wesentlich besser gewesen.

Aber gut, gehen wir also mal davon aus, dass die ESA (oder sonstwer) da jetzt mit einsteigt und mit dafür sorgt, dass diese zwei Damen tatsächlich zur ISS kommen. „It will happen“, laut Aussage des bereits zitierten Herrn. Was machen die Damen dann da? Ferien wohl kaum. Forschung also? Was denn, und vor allem für wen? „… Um dort unter anderem „Aufschlüsse zu hormonellen Veränderungen, Sehbeeinträchtigung und psychologische Auswirkungen zu liefern“, heißt es in der Pressemitteilung des DLR. Prompt taucht bei mir schon das nächste Fragezeichen auf. Der weibliche Zyklus hat eine durchschnittliche Länge von ca. 28 Tagen und umfasst die Follikelphase (~50%), den Eisprung und die Lutealphase(~50%). Was sollen da zehn Tage auf der ISS bringen? Und sollte man dann nicht auch mehrere Zyklen hintereinander, damit der Körper sich überhaupt erst einmal umstellen kann…?

Aber auch hier wartete eine weitere Überraschung in den Medien, denn über die Rolle der Damen auf der ISS scheint man sich nicht ganz einig zu sein. Die im Hinblick auf das ganze Unterfangen eher pessimistische „ZEIT“ zitiert den Sprecher des DLR mit der Aussage, die Auswahl sei ja eigentlich „auf den speziellen Fall einer kommerziellen Weltraumtouristin zugeschnitten“ gewesen. Claudia Kessler, Initiatorin von „Die Astronautin„, gibt im Widerspruch dazu bekannt, die erste Deutsche im All solle „nicht als Angestellte einer staatlichen Einrichtung wie der NASA oder ESA, sondern im Auftrag von HE Space, die die Astronautenzeit dann an potenzielle Nutzer verkaufen kann“ zur ISS.

Mooomang! Was denn nun? Touristin, Forschungsobjekt oder Forscher? Und biddewas? Ein durch Spenden und – im Fall einer Beteiligung der ESA – dann teilweise evtl. steuerfinanziertes Projekt soll am Ende kommerziell werden? Und die Arbeitsergebnisse kommen dabei wem zugute? Werden die wenigstens offengelegt? Kann man das alles bitte mal ein wenig transparenter machen, bevor das Hurrageschrei und Spendengebettel losgeht? Es mag ja sein, dass das alles völlig konsistent ist und seine Ordnung hat, aber erkennbar ist die für Außenstehende zum jetzigen Zeitpunkt nun wirklich nicht.

Und noch was: Bitte wie will dieses Projekt in 60 Tagen auch nur 50.000 Euro zusammenbekommen? Auf Twitter haben sie weit weniger Follower als ich kleines Astro-Muttchen. Sie melden sich dort kaum zu Wort, gehen kaum auf Ansprache von Followern ein, sondern verstehen sich offenbar rein als Sender. Das können sich auf Twitter eigentlich nur ganz große Organisationen oder Promis mit Millionen von Followern leisten, ohne auf Dauer als arrogant oder ahnungslos dazustehen. Keinesfalls aber ein Startup, das von seinen Fans in kürzester Zeit ordentlich Kohle sehen will.
Obendrein werden auf der Facebook-Fanseite seit Eröffnung des Crowdfundings eher Erstaunen, Mitleidsbekundungen und Entsetzen laut, dass das Ganze über Spenden finanziert werden soll, statt als reguläre Astronautin der ESA. Ihre Webseite bietet zudem nicht einmal eine englische Version des Crowdfunding-Textes an. Damit ist schon mal die erste große Chance vertan, international finanzielle Unterstützung zu erhalten. Gerade heute, als der Wirbel um das Unterfangen am größten war, hätte direkt eine Übersetzung zur Verfügung stehen müssen. Zum Zeitpunkt dieses Blogposts sind gerade mal 1.100,- Euro von 27 Unterstützern zusammengekommen, und in den nächsten Tagen und Wochen wird das Interesse eher abflauen als zunehmen. Die heutige Chance ist somit sinnlos vertan. Wozu hat „Die Astronautin“ bloß Kommunikationsberater als Partner? Das Ganze ist m.E. eher ein Paradebeispiel, wie man nicht (nicht) kommunizieren sollte.

Fragen über Fragen. Ich bin gespannt, wie bzw. ob das weitergeht. Und was passiert eigentlich, wenn das Geld nicht zusammenkommt? Das DLR ist da nämlich etwas weniger optimistisch als der Herr auf Twitter: „‚Man kann nicht sagen, dass das Vorhaben gelingen wird – aber eben auch nicht, dass es scheitert‘, sagt Schütz vom DLR.“
(Quelle: ZEIT online)

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Nachtrag, 02.03.2017: Durch einen aufmerksamen Leser wurde ich darauf hingewiesen, dass der genannte Herr auf Twitter nicht im Auftrag der ESA auf der Veranstaltung unterwegs war. Der Text ist nun dahingehend angepasst.

Kurz & Knapp, KW 24/2016: Soyuz, Erdbeobachtung, Principia-SpaceDiary & mehr

1. Noch vor Australien hat Neuseeland eine eigene Raumfahrtagentur gegründet:
„The New Zealand Government has announced the development of a new regulatory regime for space and high altitude activities. It will ensure the development of a peaceful, safe, responsible and secure space industry that meets New Zealand’s international obligations. The space and high altitude regulatory regime will include a new law – The Outer Space and High Altitude Activities Bill which is scheduled to be introduced in the House in August 2016, a treaty with the United States – the Technology Safeguards Agreement (TSA) and Accession to the United Nations Convention on Registration, both of which are currently undergoing Parliamentary treaty examination.“
=> http://www.mbie.govt.nz/info-services/sectors-industries/space

2. Projekt TeSeR: Airbus geht das Weltraumschrott-Problem an
„A new European project has been given the ambitious goal of cleaning up space for future generations. The Technology for Self-Removal of Spacecraft (TeSeR) program, introduced in May 2016, is being held to develop a prototype for a module which will ensure that a defunct spacecraft possesses no danger for other vehicles in space.“
=> http://www.spaceflightinsider.com/missions/earth-science/europe-develops-self-removal-technology-spacecraft/
(Zur Erinnerung, was da momentan so alles rumfliegt: „Stuff in Space is a realtime 3D map of objects in Earth orbit„)
http://stuffin.space/

3. Wie funktioniert das eigentlich mit den Soyuz-Kapseln?
Dieses Video erklärt’s: „Soyuz undocking, reentry and landing explained“

4. Das Erdbeobachtungsprogramm der ESA – eine schöne Übersicht:
„Der Drang nach neuen Erkenntnissen steigert den Bedarf an präzisen Satellitendaten, die für vielfältige praktische Anwendungen zur Beobachtung und zum Schutz der Umwelt benötigt werden. Exakt solche Daten stellt das Erdbeobachtungs-Programm der ESA zur Verfügung. Es umfasst einen Forschungs- und Entwicklungsbereich, der vor allem die Earth Explorer-Missionen beinhaltet. Hinzu kommt ein Erdbeobachtungsbereich, der die Bereitstellung von Erdbeobachtungsdaten zur operativen Nutzung zum Ziel hat.“
=> http://www.esa.int/ger/ESA_in_your_country/Germany/Das_Erdbeobachtungsprogramm_der_ESA

5. Die NASA beschäftigt sich nur mit Raketen & Co.? Falsch.
„NASA challenge aims to grow human tissue to aid in deep space exploration“
=> http://www.spacenewsfeed.com/index.php/component/content/article?id=6421:nasa-challenge-aims-to-grow-human-tissue-to-aid-in-deep-space-exploration

6. Perfekt für die Regentage: Das ClearSky-Blog hat Bastelanleitungen (nicht nur) für Kinder zusammengetragen:
„Zum einen möchte ich astronomische Bastelbögen (Astronomie) beschreiben. Diese zeigen die Zusammenhänge und erklären z.B. Jahreszeiten und andere Himmelsphänomene. Zum anderen wird es den Bereich Raumfahrt geben. Hier gibt es viele Anleitungen zu bestimmten Raumsonden die man basteln kann.“
=> http://www.clearskyblog.de/2016/01/07/astronomische-bastelanleitungen-fuer-kinder/

7. Das Tagebuch der Principia-Mission des britischen Astronauten Tim Peake steht samt Zusatzmaterial für Lehrer zum Download bereit:
=> http://principiaspacediary.org/lessons/

Blinde Passagiere an Bord

Natürlich ist es nicht wirklich überraschend: Auf der ISS tummeln sich nicht nur Astronauten und Versuchslebewesen, sondern auch Bakterien. Trotz gründlicher Vorsorge lässt sich das nicht ganz vermeiden, denn Menschen haben nun mal Bakterien an sich. Und nicht nur das: Man kann sogar einzelne Individuen lediglich anhand ihrer Mikroben-Signatur eindeutig voneinander unterscheiden.

Corynebacterium diphtheriae

Corynebacterium diphtheriae, By Microrao (Own work) [CC BY-SA 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)%5D, via Wikimedia Commons

Inzwischen hat man dank der DNA-Sequenzierung allerdings neue Methoden, um auch Art und Ausmaß der Kontamination auf der ISS genauer zu überprüfen. Das ist die eigentliche Nachricht an der Meldung, die in den vergangenen Tagen durch die Medien ging. Hier hat gerade das Ausmaß der Verunreinigung die Forscher nun doch überrascht, denn im Vergleich zur bakteriellen Belastung so genannter „Clean Rooms“ auf der Erde war – trotz umfangreicher Prophylaxemaßnahmen – die ISS wesentlich stärker verkeimt als Erstere. [1] *) Man vermutet, dass ein Teil der Mikroben über die Nutzlasten eingeschleppt wird, obwohl auch diese vor dem Verladen gründlich gereinigt werden.

Was auf der Erde ganz normal, relativ harmlos und in gewissem Ausmaß sogar nützlich ist (man denke nur an unsere Darm- und Hautflora), kann sich im Weltraum zu einem großen Problem auswachsen. Dies ist seit langem bekannt, und es sind mindestens drei Faktoren beteiligt, die derzeit weiter erforscht werden:

– Geschwächtes Immunsystem –
Erstens hat sich herausgestellt, dass längere Aufenthalte im All das Immunsystem der Astronauten schwächen. Stress, Strahlung und Schwerelosigkeit beeinträchtigen die Fähigkeit der Immunzellen, bestimmte Gene rechtzeitig zu aktivieren und so auf Viren, Bakterien, Pilze etc. zu reagieren. [2] [3] Die Signalübertragung wird erschwert [4], und obendrein verändert sich in der Schwerelosigkeit das Zytoskelett der Zellen. Sie verlieren somit an Motilität und können sich daher nicht mehr aktiv fortbewegen, um die Pathogene aufzuspüren und zu vernichten. [5]

– Stärkere Virulenz –
Damit jedoch nicht genug: Viele Erreger (darunter übrigens auch Karies) werden unter Schwerelosigkeit noch virulenter als sie unter irdischen Bedingungen ohnehin schon sind. Im Fall von Salmonellose-Erregern konnten Forscher 2007 nachweisen, dass dies mit dem RNA-bindenden Protein Hfq zusammenhängt. [6] Hfq spielt sehr vereinfacht ausgedrückt den Vermittler zwischen kleiner RNA und Boten-RNA. Es reguliert so in vielen Bakterien die Genexpression unter Stressbedingungen. Darüber hinaus weisen Bakterien unter anhaltender Schwerelosigkeit dickere Zellwände auf, sind widerstandsfähiger gegen Bekämpfungsmittel, haben einen größeren Hang, einen Bakterienrasen zu bilden und weisen zudem eine längere Überlebenszeit in menschlichen Fresszellen auf. [7] Zu allem Überfluss führt Schwerelosigkeit bei zahlreichen Bakterien auch noch zu einer erhöhten Toleranz gegenüber veränderten Temperaturen, osmotischen Verhältnissen und pH-Werten. [8] Sie werden zu veritablen Super-Bakterien.

– Verbreitungswege –
Unter irdischen Bedingungen sinken die Erreger irgendwann auf den Boden herab. In Raumfahrzeugen jedoch verbleiben sie in der Luft und können so viel leichter eingeatmet oder verschluckt werden oder sich über das Belüftungssystem in sämtliche Winkel des Fahrzeugs oder der Station verteilen. Überdies liegt es in der Natur der Sache, dass Raumfahrzeuge zur Belüftung nicht auf Frischluft zurückgreifen können. Somit werden die Erreger ständig im Kreis herum geschickt.

Natürlich werden, wie oben bereits erwähnt, vor und auf Raumflügen schon heute eine Reihe von Prophylaxe- und Gegenmaßnahmen implementiert:

– Möglichst gründliche Reinigung aller Gegenstände, die auf die ISS gelangen,
– Check-Ups und Impfprogramme
– Quarantäne vor dem Flug
– Verwendung von Erreger abweisenden oder gar bekämpfenden Materialien
– Hygieneprogramme

Antibiotika scheinen zwar eine einfache Lösung zu sein, jedoch verzeichnen Forscher zunehmend Resistenzen. Man sollte sie daher so sparsam wie nur irgendw möglich verwenden. Obendrein werden Antibiotika nicht von jedem vertragen und zerstören mit den Krankheitserregern oft auch Teile der Darmflora. Diese mit den wenig naturbelassenen Nahrungsmitteln der Astronauten wieder herzustellen, könnte schwierig sein. Es spricht also einiges dafür, der Vermeidung von Infektionen gegenüber der Bekämpfung den Vorrang zu geben.

Allerdings hat diese Strategie über längere Zeit unter Umständen auch Nachteile. Es gibt Hinweise darauf, dass statt der Infektionen dann verstärkt Autoimmunerkrankungen und Allergien auftreten könnten. [9] Diese sind oft noch schlechter behandelbar als akute Infektionen. Dennoch ist aber nicht von der Hand zu weisen, dass das Problem mit Bakterien in Raumfahrzeugen um so besser lösbar ist, je besser man Art und Ausmaß der Belastung kennt. Hier ist der neue Nachweisansatz über die DNA-Sequenzierung durchaus von Vorteil, denn man kann genauer identifizieren und gezielter bekämpfen.

Insgesamt gab es bisher rund 30 Infektionserkrankungen bei Besatzungsmitgliedern. Sie waren jedoch relativ gut behandelbar, und notfalls hätte man die Betroffenen auch relativ schnell zur Erde zurück holen können. Gerade auf erdfernen Langzeitflügen wird man allerdings darauf angewiesen sein, derartige Gefahren frühzeitig zu erkennen und einen Ausbruch der Infektion zu verhindern. Wann immer der erste Langzeitflug nun tatsächlich stattfinden mag…

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*) In den von Checinska, Probst etc. untersuchten Proben fanden sich unter anderem Schönheiten wie das Corynebakterium, welches Atemwegserkrankungen wie Diphterie hervorruft, und das Propionibakterium, ein Akne-Erreger, der aber auch Hirnabszesse und Arthritis verursachen kann. Derartige Erkrankungen sind gerade während einer Mission natürlich gelinde gesagt etwas unwillkommen.

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In diesem Video erklärt Millie Hughes-Fulford ihre eigenen Forschungsergebnisse auf dem Gebiet der T-Zellen-Aktivierung:

[1] Aleksandra Checinska, Alexander J. Probst et al.: „Microbiomes of the dust particles collected from the International Space Station and Spacecraft Assembly Facilities„, Microbiome 2015, 3:50 doi:10.1186/s40168-015-0116-3

[2] „The Human Immune System in Space„, American Society for Biochemistry and Molecular Biology (ASBMB), April 2013

[3] Millie Hughes-Fulford, Jim Boonyaratakanakornkit et al.: „„Spaceflight alters expression of microRNA during T cell activation“„, The Journal of Immunology, 2011, 186, 109.16

[4] Oliver Ullrich , Kathrin Huber, Kerstin Lang: „Signal transduction in cells of the immune system in microgravity„, Cell Communication and Signaling, December 2008, 6:9

[5] http://www.esa.int/Our_Activities/Human_Spaceflight/Research/Goldfinger
sowie Michael R. Benoit, David M. Klaus: „Microgravity, bacteria, and the influence of motility„, Advances in Space Research, Band 39, Ausgabe 7, 2007, S. 1225 ff.

[6] J. W. Wilsona, C. M. Ott et al.: „Space flight alters bacterial gene expression and virulence and reveals a role for global regulator Hfq„, PNAS October 9, 2007 vol. 104 no. 41 16299-16304, doi: 10.1073/pnas.0707155104

[7] Leonard A. Mermel, „Infection Prevention and Control During Prolonged Human Space Travel„, Clin Infect Dis. 2013 Jan;56(1):123-30. doi: 10.1093/cid/cis861. Epub 2012 Oct 9.

[8] Jason A. Rosenzweig, Ohunene Abogunde et al.: „Spaceflight and modeled microgravity effects on microbial growth and virulence„, Appl Microbiol Biotechnol. 2010 January; 85(4): 885–891. Published online 2009 October 22. doi: 10.1007/s00253-009-2237-8

[9] H. Okada, C. Kuhn, H. Feillet, J.-F. Bach: „The ‘hygiene hypothesis’ for autoimmune and allergic diseases: an update„, Clin Exp Immunol. 2010 April; 160(1): 1–9. doi: 10.1111/j.1365-2249.2010.04139.x

Weitere Studien:
http://www.gizmag.com/nasa-esa-iss-microgravity-immune-system/35130/
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11710376
http://www.jleukbio.org/content/92/6/1125.full
http://www.sciencedaily.com/releases/2013/04/130422132504.htm

V3PO – Wie kommt man schneller an mehr Grünzeug?

Pflanzen an Bord eines Raumfahrzeugs sind die ideale Ergänzung zur menschlichen Besatzung. Sie produzieren Sauerstoff, sie bereiten Grauwasser auf, sie wirken ausgleichend auf die Psyche und liefern obendrein noch Nahrung. Allerdings hat die Sache einen kleinen Haken: Das Ansinnen, den gesamten benötigten Grünzeugvorrat für eine längere Mission mal eben von der Erde mit an Bord zu nehmen, ist nicht nur wegen des chronischen Platzmangels ziemlich illusorisch. Jedes Extrakilo kostet obendrein auch extra Treibstoff. Und was Essbares angeht, kann man zig Kisten frische Erdbeeren, Salat und Radieschen auch gar nicht so schnell essen wie der Inhalt verderben würde.

Bleibt also, Samen mitzunehmen und an Bord bei Adam und Eva mit dem Anbau zu beginnen. Das klingt nicht nur mühsam, sondern ist es auch. Es hat aber auch eine Reihe von Vorteilen. Samen nehmen – wenn man es nicht gerade auf Seychellenpalmen abgesehen hat – wenig Platz weg und sind relativ leicht. Sie sind auch nicht sonderlich anfällig für Transportschäden, sie können lange gelagert werden und bei der Auswahl so gemischt, dass beim Anbau möglichst große genetische Vielfalt gewährleistet ist. Allerdings dauert es seine Zeit, bis sie keimen und die Pflanzen voll ausgewachsen sind. Zeit, die man an Bord oft nicht hat. Obendrein können Faktoren wie Strahlung und der Wegfall der Schwerkraft zu Problemen bei der Vermehrung führen. So fielen in bisherigen Versuchen zum Beispiel Pollenschläuche unter Schwerelosigkeit um ca. 8% dünner aus als unter normalen Bedingungen. Eine Befruchtung und die anschließende Samenbildung wird damit erschwert, wenn nicht gar verhindert. [1] Strahlung ihrerseits schädigt ggf. das Erbgut, so dass erfolgreich gebildete Samen am Ende vielleicht gar nicht keimen oder unbrauchbare Pflanzen hervorbringen. [2]

V3PO

Es gibt jedoch eine Alternative bzw. Ergänzung zur generativen Vermehrung über Befruchtung und Samen: Die sogenannte vegetative Vermehrung, also den Anbau aus Stecklingen etc. Vegetative Vermehrung ist quasi das „What You See Is What You Get“ der Botanik: Ein abgetrennter Steckling hat zwangsläufig dieselben Erbanlagen und – gleiche Umweltbedingungen vorausgesetzt – dieselben Eigenschaften wie das Exemplar, von dem er stammt. Die aus ihm entstehende Pflanze ist ein Klon. Man steckt ihn in eine Nährlösung (oft reicht auch schon einfaches Wasser), wartet, bis er erste Wurzeln hat, pflanzt ihn dann an seinen Bestimmungsort und lässt ihn weiter wachsen. Fertig. Das hat wahrscheinlich jeder von uns schon mal irgendwann mit irgendeiner Pflanze gemacht. In vielen Fällen geht das ziemlich schnell, und einige Pflanzen erledigen dies sogar ganz von alleine. Erdbeeren oder Vallisnerien beispielsweise über ihr sogenanntes Rhizom, oder sämtliche Zwiebelgewächse über ihre Brutzwiebeln.

Die Frage ist nur, ob man den Steckling auch im Orbit bzw. im All dazu bringen kann, sich zu einer kompletten Pflanze weiter zu entwickeln. Hierüber macht sich zur Zeit ein Schülerteam aus Ravensburg Gedanken. Ihr Projekt „V3PO“ steht für „Vegetative Vermehrungsfähigkeit Von Pflanzen im Orbit“ und wird – falls die Finanzierung klappt – demnächst Teil des NASA Education Programms auf der ISS sein.

Ist es möglich, auf einer Raumstation pflanzliche Nahrungsmittel in einer größeren Menge mit gleicher Qualität zu produzieren und damit die Versorgung der Astronauten mit frischem Gemüse auf langen Missionen gewährleisten zu können? (…) Im Gegensatz [zur generativen Vermehrung] kann durch die vegetative Vermehrung (z.B. Stecklinge) ein einheitlicher Bestand erreicht werden. Zudem gewährleistet die vegetative Vermehrung den Bestand auch dann, wenn Pflanzen nur wenig, schlecht keimfähige oder gar keine Samen hervorbringen. (Quelle: https://www.sciencestarter.de/v3po)

Die Schüler beschäftigen sich hauptsächlich mit der Frage, ob Stecklinge unter Schwerelosigkeit ausreichend Wurzeln und Knospen ausbilden und ob diese sich korrekt im Raum orientieren werden. Bisherige Versuche weisen darauf hin, dass ihr Experiment gute Chancen auf Erfolg hat. Süßkartoffel-Stecklinge zum Beispiel bildeten in einem ähnlichen Experiment sogar mehr und längere Wurzeln aus als die Kontrollgruppe auf der Erde:

Bisherige Erkenntnisse

All stem cuttings produced adventitious roots and growth was quite vigorous in both ground-based and flight samples and, except for a slight browning of some root tips in the flight samples, all stem cuttings appeared normal. The roots on the flight cuttings tended to grow in random directions. Also, stem cuttings grown in microgravity had more roots and greater total root length than ground-based controls. (…) Despite the greater accumulation of carbohydrates in the stems, and greater root growth in the flight cuttings, overall results showed minimal differences in cell development between space flight and ground-based tissues. This suggests that the space flight environment did not adversely impact sweetpotato metabolism and that vegetative cuttings should be an acceptable approach for propagating sweetpotato plants for space applications. [3]

Zwar waren die Wurzeln nicht normal ausgerichtet, aber Versuche mit anderen Pflanzen wie Schaumkresse (Arabidopsis) haben ergeben, dass sich die Wachstumsrichtung unter Umständen durch passende Beleuchtung korrigieren lässt:

Skewing and waving, thought to be gravity dependent phenomena, occur in spaceflight plants. In the presence of an orienting light source, phenotypic trends in skewing are gravity independent (…) [4]

Das V3PO-Team hat sich für Ficus Pumila, eine Feigenart, als Versuchsobjekt entschieden. Auch hier sind sicherlich interessante Erkenntnisse zu erwarten, denn es bilden nicht alle Stecklinge aller Pflanzenarten gleichermaßen bereitwillig Wurzeln aus. Bei manchen geht es sehr schnell, bei anderen dauert der Prozess sehr lange. Dies lässt sich notfalls allerdings chemisch beschleunigen, wie man schon seit 1957 weiß [5]. Es ist dazu nicht einmal notwendig, Stecklinge im ursprünglichen Sinn, also ganze Blätter, Sprosse etc., zu verwenden. Schon ein relativ kleines, aus einem Blatt ausgestanztes Teil kann durchaus wieder zu einer ganzen Pflanze heranwachsen. Im Extremfall reichen einzelne Zellen. Auf diese Weise wäre es im Prinzip möglich, aus einer einzigen Mutterpflanze in relativ kurzer Zeit eine ganze Plantage entstehen zu lassen. [6]

Vor- und Nachteile

Bei langsam keimenden Pflanzen oder auch solchen, die gar nur einmal im Leben blühen und Samen bilden, ist die vegetative Vermehrung in der Tat eine gute Option, um die Besatzung eines Raumfahrzeugs schneller mit den gewünschten Pflanzen in gleichbleibender Qualität zu versorgen. Anbau und Ernte werden bzgl. Dauer und Umfang besser planbar und gehen zügiger vonstatten. Zudem hat man es direkt mit vergleichsweise robusten, adulten Pflanzen zu tun, statt mit empfindlichen Keimlingen. Auch die Gefahr, dass Strahlungsschäden eine ganze Generation unbrauchbar machen, ist reduziert. Sie können zwar an einzelnen Teilen einer Pflanze auftreten, aber in den meisten Fällen wird man noch genügend gesunde Teile übrig haben, die man weiterverwenden kann.

Ist vegetative Vermehrung nun also das Nonplusultra des Pflanzenanbaus im All? Ich denke nicht. Bei Pflanzen wie z. B. Getreide oder anderen schnell keimenden Arten (Kresse!) ist es wahrscheinlich ohnehin sinniger, direkt Samen zu verwenden und auf die vegetative Vermehrung nur bei Fehlentwicklungen zurück zu greifen. Auch Neuzüchtungen werden in vielen Fällen die generative Vermehrung erfordern. Hinzu kommt: Genetische Vielfalt durch generative Vermehrung hat einen nicht zu unterschätzenden Wert. Gerade in einem Umfeld wie einem Raumfahrzeug, wo Nachschub schwer zu organisieren ist. Stellen wir uns vor, wir sind unterwegs zum Mars oder noch weiter und es bricht eine Krankheit unter einer Pflanzenart aus. Oder man entdeckt erst mit einiger zeitlicher Verzögerung eine unerwünschte Eigenschaft wie Fäulnisanfälligkeit an der Originalpflanze. Wenn alle Jungpflanzen nun von diesem einen Exemplar geklont wurden, wird man in solchen Fällen Mühe haben, den Bestand zu retten. Hat man aber weitere Exemplare bzw. Samen mit anderem Genom, stehen die Chancen ganz gut, dass sich darunter brauchbarer Ersatz findet. Klonen kann man zur Not immer noch. Es ist aber wie schon angedeutet auch gar keine Frage von entweder – oder, generativ oder vegetativ. Beides kann gleichzeitig oder nacheinander erfolgen; die Methoden ergänzen einander.

Wer das Projekt der Schüler unterstüzten möchte, kann das über ihre Sciencestarter-Seite tun, wer den Fortschritt verfolgen möchte, findet sie auf Twitter unter @JufoV3PO. In jedem Fall wünsche ich dem Team allen erdenklichen Erfolg bei der Finanzierung und Durchführung!

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[1] http://www.livescience.com/27868-plant-sex-zero-gravity.html

[2] http://www.spacesafetymagazine.com/2012/09/04/chinese-space-radiation-mutate-food-crops/

[3] Mortley, Bonsi et al.: „Influence of Microgravity Environment on Root Growth, Soluble Sugars, and Starch Concentration of Sweetpotato Stem Cuttings„, J Am Soc Hortic Sci. 2008 May 1; 133(3): 327–332.

[4] http://www.biomedcentral.com/1471-2229/12/232

[5] Skoog F, Miller CO: „Chemical regulation of growth and organ formation in plant tissue cultured in vitro. Symposia of the Society for Experimental Biology 1957;11:118-131., zitiert in [6]

[6] Ray J. Rose1, Xin-Ding Wang1, Kim E. Nolan1 and Barry G. Rolfe2, „Root meristems in Medicago truncatula tissue culture arise from vascular-derived procambial-like cells in a process regulated by ethylene„, J. Exp. Bot. (2006) 57 (10): 2227-2235. doi: 10.1093/jxb/erj187

Fotografieren auf Mir und ISS – damals und heute

Kurz zwischendurch, zum Start ins lange Wochenende:

Wenn Alexander Gerst, Chris Hadfield oder Samantha Cristoforetti quasi in Echtzeit ihre Fotos und Videos auf Twitter mit uns Erdlingen teilen, gibt’s allerseits staundende und sehnsüchtige Augen. Und viel Lob für die Öffentlichkeitsarbeit. Sind Herr Gerst und Frau Cristoforetti etwa kommunikativer und „volksnäher“ als seinerzeit z. B. Thomas Reiter*?

Nein. Da würden wir Herrn Reiter & Co. Unrecht tun: Reinhold Ewald erklärt, wie sich die technischen Möglichkeiten in den letzten 20 Jahren gewandelt haben:

*In der Küche meiner ersten eigenen Wohnung, 1995, hing übrigens ein Bild von ihm bei Außenarbeiten an der Raumstation Mir. Säuberlich hinter Glas eingerahmt. Ich vermute, spätestens da habe ich mir bei so manchem Besucher den Ruf erworben, nicht alle Tassen im Schrank zu haben. ^^