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.

—-

(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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Haben Sie ein Teleskop? Und ein bisschen Zeit?

Dann forschen Sie doch mit! Derzeit gibt es gleich zwei Möglichkeiten, sich aktiv in die Forschung auf dem Gebiet der Astronomie einzubringen. Die erste betrifft die ESA-Mission „Gaia“:

„Follow-up opportunity of a rare microlensing event: (…) In July and August 2016 the first microlensing events were detected. Microlensing happens when light rays from a distant star (we call this the source) are bent by the space-time curvature of an object (e.g. a star, a planet, or a black hole), lying exactly between the observer and the distant star. This hitherto unseen object is called the lens, and being closer to us, and moving faster across the sky, leads to a sometimes dramatic increase (and then decrease) in the brightness of the background source.
(…)
… the model predicts another sharp rise in brightness which is expected to happen in the first or second week of November 2016. We are currently waiting for the final predicted re-brightening, which will help solve the puzzle of the exact nature of the components of the binary system. Gaia16aye is the perfect example of the importance of ground-based follow-up of Gaia Alerts, carried out by professionals but also by amateur astronomers, which can make a huge scientific impact. Indeed, it would have been quite difficult to confirm Gaia16aye as a microlensing event without the extra follow-up, and certainly the binary nature of the lens, and constraints on the system components would be impossible.

Gaia16aye is reasonably bright (currently of about 13th mag in I and 14th mag in V), and hence is observable even by some smaller telescopes operated by schools and amateur astronomers. Please contact Lukasz Wyrzykowski if you would like to get involved and collect more data on this event, or if you already have and would like to share your data with us.“

Quelle: http://www.cosmos.esa.int/web/gaia/IoW_20161027

Die zweite Einladung zur „Citizen Science“ kommt von der japanischen Raumfahrtagentur JAXA und betrifft deren Venus-Mission „Akatsuki“ im Zeitraum Oktober 2016 bis Januar 2017:

We are delighted to announce a new website devoted to the collaboration and coordination between JAXA’s AKATSUKI mission to Venus and planetary ground-based observers. Since its arrival to Venus in December 2015, the japanese orbiter AKATSUKI has been performing regular observations towards its main goal: characterizing the atmospheric circulation of Venus. (…) In the AKATSUKI team we are aware of the high quality of present Venus observations from both professional and amateur observers, and we would like to invite you all to register in our website and join our next campaigns of coordinated observations of Venus. Observers can contribute directly to the mission by sharing your own images, spectra and other derived products, thus having the chance to participate as co-authors in those papers where donated ground-based data is decided to have quality enough to be used along with AKATSUKI data. The website can be found here: https://akatsuki.matsue-ct.jp/
Useful information about the AKATSUKI observations day-to-day is found here: https://akatsuki.matsue-ct.jp/?q=node/20
Summary of wavelengths of interest to observe Venus: https://akatsuki.matsue-ct.jp/sites/default/files/info/Levels_Sensed_Wavelengths_SIMPLER.png
Instructions to donate images of Venus (temporal until system of uploading is ready): https://akatsuki.matsue-ct.jp/…/HOWTO_Submit_Venus_Images.pdf

Please, help us to distribute this information through other forums of ground-based observers, and do not hesitate to get in touch with us through our official mail addresses: coordinatewithakatsuki@gmail.com coordinate@akatsuki.matsue-ct.jp

Quelle: https://www.facebook.com/permalink.php?story_fbid=1339379642763154&id=124515220920764

Viel Spaß, viel Erfolg und Clear Skies!

Curiosity killed the… microbes?

Tantalos hätte seine helle Freude an dieser Meldung: Da hat man auf dem Mars Regionen entdeckt, die eventuell Spuren von Leben beherbergen könnten – und dann darf der Rover Curiosity nicht mal in deren Nähe.

Die Rede ist von den sogenannten Recurring Slope Lineae (RSL), zu Deutsch etwa „wiederkehrende Hanglinien“, die man seit ca. 5 Jahren auf dem Mars beobachtet. Das sind, wie der Name schon andeutet, dunkle Streifen an steilen Hängen auf dem Mars, welche periodisch verblassen und dann wiederkehren; zum Teil Hunderte von Metern lang und immerhin einige Meter breit. Die meisten dieser RSL wurden im Valles Marineris entdeckt. Insgesamt zählte man marsweit allerdings schon über 450. Die Forscher vermuten unter anderem, dass es sich dabei um Wasser handelt, welches bei Wärme taut und die Hänge hinab sickert, um bei Kälte wieder zu gefrieren. Es kommt eventuell aber auch Wasserdampf aus der Atmosphäre als Ursache für das Phänomen in Frage.

Sei es, dass man frühere Wasservorkommen nachweisen kann, sei es, dass sie aktuell noch vorhanden sind: Wasser in sämtlichen Aggregatzuständen ist bekanntlich ein entscheidendes Kriterium bei der Suche nach Leben oder dessen Überresten auf anderen Himmelskörpern. Alles prima, könnte man also denken. Wo ist denn bitte das Problem? Hier ein vielversprechendes Gebiet, dort ein Rover, der es analysieren könnte. Da kann man doch gleich mal graben gehen!

Ganz so einfach ist es aber leider nicht. Ähnlich wie bei Star Treks „Oberster Direktive“ verbieten auch irdische Planetary-Protection Protocols, abgestuft nach Ziel und Art der Mission, Leben von der Erde auf anderen Himmelsköpern dauerhaft einzuführen, dortiges Leben zu verändern, zu stören oder gar zu vernichten. Genau das ist aber leider die Gefahr bei Curiosity: Er wurde seinerzeit nur teilweise sterilisiert. Vollständiges Sterilisieren hätte Strahlung erfordert, welche die Elektronik irreparabel beschädigt. Dass er nicht in die Nähe der Lineae darf, war natürlich von vornherein klar. Dass er sich aber, wie geschehen, unverhofft dennoch in der Nähe von ein paar Dutzend zumindest potenzieller RSL wiederfinden würde, ahnte bei den Vorbereitungen für die Mission niemand.

Ob die von Curiosity fotografierten Streaks nun tatsächlich RSL sind, muss sich erst noch herausstellen. Wenn dies jedoch der Fall sein und sich in den RSL auch nur Spuren von Leben befinden sollten, wäre es möglich, dass der kleine irdische Rover die Gegend unabsichtlich kontaminiert. Dafür müsste er nicht einmal direkt auf den RSL herumfahren, sondern es reicht eventuell schon aus, wenn er sich in der Nähe befindet und der Wind in die falsche Richtung bläst.

Doch wie wahrscheinlich ist es, dass der Rover nach mittlerweile über vier Jahren auf dem Planeten überhaupt noch irdische Mikroben an sich hat? Wie wahrscheinlich wäre wiederum deren Übertragung durch zum Beispiel den Wind? Die Experten versuchen momentan, die Werte für diese Faktoren zu bestimmen und daraus die bestmögliche Strategie abzuleiten. Momentan erkundet Curiosity auf dem Weg zum Aeolis Mons die Murray formation, ca. 5 Kilometer von den nächsten potenziellen Streaks entfernt. Auf seinem bisher geplanten Kurs würde er ihnen allerdings bis auf zwei Kilometer nahe kommen. Möglicherweise also also zu nah für die Protection Protocols. Aus diesen Grund könnte es sein, dass der Rover demnächst zu einem Kurswechsel bzw. mehreren hundert Metern Umweg gezwungen ist. Diese Strecke klingt zunächst nach einem Klacks. Ein gesunder Mensch schafft das auch im Gebirge in relativ kurzer Zeit. Wenn man sich aber verdeutlich, dass Curiosity selbst auf topfebenen Strecken nur mit 0,14 km/h unterwegs ist und seit seiner Landung 2012 überhaupt erst ca. 14 Kilometer zurückgelegt hat, kann man sich vorstellen, dass die NASA alleine schon aus diesem Grund von einer Kursänderung nicht begeistert wäre.

Als sei das noch nicht genug, hat die Sache aber noch einen weiteren Haken: Nicht jeder Um- bzw. Ausweg kommt für den Rover in Frage. Leider kennt man derzeit nur eine wirklich gut befahrbare Strecke zu der Gruppe von Sulfatgesteinen, die er am Ende seiner Mission untersuchen soll. Denn mehr als 25% Steigung schafft Curiosity nicht, und seit einigen Jahren ist zudem eines seiner Räder beschädigt. Das stellt auf steinigen Pfaden ein weiteres Handicap dar.

Bei größtmöglichem Pech kann Curiosity sein eigentliches Ziel, auf das die Forscher seit Jahren hinfiebern, womöglich also überhaupt nicht mehr erreichen. Es bleibt wie immer spannend, und ich drücke die Daumen!

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!

………………….

[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

Zum Wohl!

Eichenfässer

Eichenfässer, Credit: Gerard Prins, CC BY-SA 3.0

Es klingt wie ein Geschenk an die Besatzung, ist aber ein handfestes wissenschaftliches Experiment, an dem unter anderem auch die Universität von Tokio und die Tohoku-Universität in Sendai beteiligt sind: Die japanische Distillerie Suntory will einige ihrer Produkte zur ISS schicken, um sie in der dortigen Schwerelosigkeit reifen zu lassen:

H-II Transfer Vehicle No. 5, commonly known as “Kounotori5” or HTV5, is scheduled to be launched from JAXA’s Tanegashima Space Center on August 16 (Sunday) carrying alcohol beverages produced by Suntory to the Japanese Experiment Module aboard the International Space Station, where experiments on the “development of mellowness” will be conducted for a period of about one year in Group 1 and for two or more years (undecided) in Group 2.“ (Quelle: http://www.suntory.com/news/2015/12432.html)

Wieso und warum? Nun, offenbar haben die Hersteller festgestellt, dass eine Reihe von alkoholischen Getränken ein milderes Aroma entwickeln, wenn sie dabei möglichst wenig Temperaturschwankungen und Bewegung ausgesetzt sind. Genau das wäre auf der ISS gewährleistet. Obwohl die schottische Distillerie Ardberg von 2011 bis 2014 bereits ein ähnliches Experiment durchführte, sind die Zusammenhänge noch nicht abschließend geklärt. Die Proben der Schotten sind zwar schon wieder auf der Erde, ihre Studie mit den Analyseergebnissen ist allerdings noch nicht veröffentlicht.

Die These der Japaner lautet, dass die Entstehung hochkomplexer Moleküle aus Wasser, Ethanol und anderer für die Getränke typischer Stoffe für die Milde des Aromas von Bedeutung sind. Sie vermuten, dass die Konvektion bzw. deren Abwesenheit dabei eine entscheidende Rolle spielt. Konvektion kann man zum Beispiel gut beobachten, wenn man einen Topf voll Wasser auf einer Herdplatte erhitzt: Die untersten Wasserschichten werden als Erste heiß, verlieren dabei an Dichte und steigen aufgrunddessen nach oben auf. Gleichzeitig wird das noch kühle und dichtere Wasser von oben nach unten gezogen, wo es seinerseits erhitzt wird, aufsteigt, und so weiter. In einer Umgebung ohne Schwerkraft kann ein solcher Austausch jedoch nicht stattfinden, da die Dichte bzw. das Gewicht der einzelnen Flüssigkeitsschichten dort eben unerheblich ist. (Konvektion wäre hier allerdings noch über Änderungen in der Oberflächenspannung zu erreichen.)

Unterdrückt man die thermische Konvektion, kann man z. B. besonders gleichmäßige Kristalle züchten oder auch andere Materialeigenschaften erreichen, die unter normalen irdischen Bedingungen nicht zustande kämen. Es ist also wohl nicht ganz abwegig, diese Erkenntnisse auch auf die erwähnten Wasser-Ethanol-Plus-X-Moleküle zu übertragen.

Nneben dem Institut für Feststoffphysik der Universität Tokio wird auch das japanische Synchrotron-Strahlungsforschungs-Institut JASRI an der Analyse der Molekularstruktur mitwirken.

Der Weltraumwhisky ist im Anschluss an das Experiment nicht für den Verkauf vorgesehen. Sollte die These der Japaner sich als korrekt herausstellen, wäre die Herstellung von Whisky an Bord der ISS allerdings vielleicht eine Möglichkeit, deren Zukunft zu sichern. *hüstel* Im Umkehrschluss könnte man aber auch auf die Idee kommen, den Liebhabern der harten, rauchigen Whiskysorten Produkte anzubieten, die auf Rüttelplatten gereift sind. Die Geschmäcker sind ja bekanntlich verschieden… ^^

Philae ist wieder wach!

Ich hatte es ja kaum noch zu hoffen gewagt, aber Philae, der kleine Lander auf dem Kometen P67, ist gestern abend tatsächlich wieder aufgewacht und funkt wieder an die Erde.

Mitte November 2014 war Philaes Landung auf dem Kometen nicht ganz planmäßig verlaufen. Infolgedessen lag er an unbekannter Stelle, offenbar zwischen Felsen, so dass er nicht optimal mit Sonnenenergie versorgt wurde. Die ESA erklärte damals:

We still hope that at a later stage of the mission, perhaps when we are nearer to the Sun, that we might have enough solar illumination to wake up the lander and re-establish communication, ” added Stephan.

From now on, no contact will be possible unless sufficient sunlight falls on the solar panels to generate enough power to wake it up. The possibility that this may happen later in the mission was boosted when mission controllers sent commands to rotate the lander’s main body with its fixed solar panels. This should have exposed more panel area to sunlight.

(Quelle: ESA Pressemitteilung)

Offensichtlich haben sich die diesbezüglichen Hoffnungen am 13. Juni 2015 erfüllt. Der Lander befindet sich nun in 305 Mio. Kilometer Entfernung von der Erde und hat bereits erste wissenschaftliche Daten nach Hause gefunkt.

„Philae is doing very well: It has an operating temperature of -35ºC and has 24 Watts available,“ explains DLR Philae Project Manager Dr. Stephan Ulamec. „The lander is ready for operations.“
(Quelle: ESA, „Rosetta Blog„)

Falls alles nach Plan verläuft, wird Philae nun seine restlichen gesammelte Daten zur dortigen Auswertung an die Bodenkontrollen funken. Informationen darüber, wie lange der Lander diesmal schätzungsweise aktiv bleiben kann / wird, habe ich leider noch nicht gefunden. Ich werde das ggf. hier ergänzen.

Meinen herzlichsten Glückwunsch an die Teams der ESA! Großartige Leistung, die gesamte Mission!