Kurz & Knapp – KW 7/2014

Unter der Rubrik „Kurz & Knapp“ finden sich Hinweise und Links auf Meldungen und Webseiten, die mir nebenbei auffallen, aber auf die Schnelle keinen eigenen Blogeintrag hier erhalten. Sei es, weil mir die Zeit fehlt, sei es, weil sie am besten für sich selbst stehen oder das Thema Raumfahrt eher am Rande betreffen:

  • Momentan befinden sich 25 aktive Sonden etc. im All. Wo genau sie gerade sind, zeigt diese großartige Übersicht: http://www.worldsciencefestival.com/general-images/Active_Space_Missions_FTP-1.jpg
  • „Extreme Medicine“ – Ein Buch über die Medizin der Extremzustände – auch im All:
    „Drawing on his own experience as an anesthesiologist, intensive care expert, and NASA adviser, Dr. Kevin Fong examines how cuttingedge medicine pushes the envelope of human survival by studying the human body’s response when tested by physical extremes. Extreme Medicine explores different limits of endurance and the lens each offers on one of the systems of the body. The challenges of Arctic exploration created opportunities for breakthroughs in open heart surgery; battlefield doctors pioneered techniques for skin grafts, heart surgery, and trauma care; underwater and outer space exploration have revolutionized our understanding of breathing, gravity, and much more. Avant-garde medicine is fundamentally changing our ideas about the nature of life and death.“
    http://www.amazon.de/Extreme-Medicine-Exploration-Transformed-Twentieth/dp/1594204705/

    Ich habe mir das Buch bestellt und werde ggf. hier eine Besprechung einstellen. Danke an Lars Fischer für den Tip!

Rosetta ist wieder wach

Wie ich vor knapp einem Jahr bereits schrieb, ist 2014 das Jahr der „Wiederauferstehung“ von Rosetta bzw. der Landung von Philae auf dem Kometen 67P/Tschurjumow-Gerassimenko:

Der erste Punkt auf der Agenda für 2014 ist seit heute erledigt. Nämlich das Wecken der Sonde, die sich zweieinhalb Jahre lang im Energiesparmodus befand. Das war notwendig, weil Rosetta im Gegensatz zu diversen anderen Raumfahrzeugen nicht über eine Radionuklidbatterie verfügt, sondern auf Sonnenenergie angewiesen ist. Da diese jedoch mit zunehmender Entfernung von unserem Zentralgestirn (derzeit rund 800 Millionen Kilometer) in immer geringerem Umfang zur Verfügung steht, mussten die Forscher bis auf weiteres so viele Systeme wie möglich herunterfahren, um die Sonde ans Ziel zu bringen. Ein Nebeneffekt des Energiesparmodus war des weiteren das drastische Auskühlen der Sonde. Sie musste sich auf Geheiß des Kontrollzentrums heute zunächst wieder aufwärmen, bevor sie die schlafenden Systeme wieder hochfahren, ihre eigene genaue Position ermitteln und wieder zurück an die Erde funken konnte.

Um 19:18 Uhr UTC+1 verzeichneten die Bodenstationen erstmals wieder ein Signal. Die Sonde wird nun Daten über den Zustand ihrer Systeme an die Erde funken. Sollten diese in Ordnung sein, versorgt die Sonde anschließend die wissenschaftlichen Instrumente wieder mit Energie und wird im März 2014 auch den Lander „Philae“ aktivieren. Er soll im November 2014 auf dem Kometen landen.

(Wird fortgesetzt)

Kurz & Knapp – KW 47/2013

Unter der Rubrik „Kurz & Knapp“ finden sich Hinweise und Links auf Meldungen und Webseiten, die mir nebenbei auffallen, aber auf die Schnelle keinen eigenen Blogeintrag hier erhalten. Sei es, weil mir die Zeit fehlt, sei es, weil sie am besten für sich selbst stehen oder das Thema Raumfahrt eher am Rande betreffen:

Pflanzen als Teil des Lebenserhaltungssystems an Bord

Mit zunehmender Länge der bemannten Missionen stehen Raumfahrer vor neuen Problemen. Interplanetare Flüge oder längere Aufenthalte in Raumstationen erfordern z.B. die Wiederaufbereitung von Luft und Wasser. Aber auch die Nahrungsmittelfrage ist nicht unerheblich, denn Proviant für über 500 Tage (die voraussichtliche Flugdauer einer bemannten Marsmission) würde in den meisten Fällen die zur Verfügung stehenden Kapazitäten sprengen.

Zumindest für diese drei Problemstellungen bieten sich Pflanzen als Lösung an. Sie können nicht nur Sauerstoff herstellen, Kohlendioxid abbauen und sogenanntes Grauwasser wiederaufbereiten, sondern auch als Nahrungsmittel dienen. Überdies haben Pflanzen auf die Besatzung von Raumfahrzeugen auch einen stimmungsaufhellenden Effekt. Prinzipiell sind sie also die perfekte Ergänzung zum Lebewesen Mensch.

Quelle: NASA

Quelle: NASA

Ganz aktuell, nämlich seit dem 1. März 2013, läuft auf der ISS hierzu wieder einmal eine Reihe von Experimenten in Kooperation zwischen ESA und NASA (siehe auch => hier und hier), weshalb ich diesem wichtigen Thema auch einen eigenen Blogeintrag widme.

An Bord eines Raumfahrzeuges muss die Pflanze insgesamt eine beachtliche Anzahl von Bedingungen erfüllen:

Sie sollte schnell wachsen. Möglichst viele ihrer Bestandteile sollten essbar sein, sie sollten nicht zu hoch werden und widerstandsfähig sein gegen Krankheitsbefall. Darüber hinaus sollten sie jedoch auch mit relativ wenig Licht auskommen (wobei LEDs hier zunehmend für Abhilfe sorgen) und sich auch in der Schwerelosigkeit leicht in mehreren Generationen anbauen lassen.

Technik

Quelle: NASA

Adhäsion: Der Wassertropfen hält sich auf dem Blatt. Die Gasblase in der Mitte steigt aufgrund der Schwerelosigkeit nicht nach oben auf. Bildquelle: NASA

Genau hier lauern allerdings bereits weitere Schwierigkeiten. Ganz banal kann es in der Schwerelosigkeit zum Beispiel passieren, dass das Wasser, mit dem man eine Pflanze gießt, durch die Adhäsionskraft bedingt an deren Stengel hängen oder auf dem Substrat liegen bleibt, statt im Boden zu versickern. Man braucht also ein Substrat, das durch die Größe und Gleichmäßigkeit der Körnung diesen Effekt ausgleicht und das Wasser durch Kapillarkräfte nach unten zu den Wurzeln „saugt“. Gröbere Körnung würde die Wurzeln nicht versorgen, feinere Körung würde keine Luft mehr an dieselben lassen. Die optimale Größe liegt lt. Aussagen der NASA bei 1 bis 2 Millimeter; das entspricht in etwa feinerem Aquarienkies. Hieraus ergibt sich übrigens eine zusätzliche Bedingung: Die Pflanze darf bzgl. der Bodenbeschaffenheit nicht zu empfindlich sein.

Betrachtet man die Summe der Anforderungen, kommen bei weitem nicht alle Pflanzen für den Anbau im All in Frage. Experimentiert wird bisher mit bestimmten Sorten von Weizen, Tomaten, Spinat und einigen anderen Arten. [1]

Des weiteren muss die Besatzung dafür Sorge tragen, dass der von der Pflanze produzierte Sauerstoff sich in der Umgebung verteilt, statt sich um sie herum zu sammeln und sie somit vom benötigten Kohlendioxid abzuschneiden. Auch dies passiert in der Schwerelosigkeit nicht automatisch, kann jedoch mit einem Ventilator leicht gewährleistet werden.

Hat man diese rein technischen Herausforderungen überwunden, erwarten den Raumfahrer und seine Pflanzen jedoch noch weitere:

Wachstum
„Weiß“ eine Pflanze ohne Schwerkraft beispielsweise, in welche Richtung sie wachsen muss? Kennt sie „Oben und Unten“? Experimente mit der Art Arabidopsis an Bord der ISS haben gezeigt, dass diese Pflanze sich in jenem Punkt durchaus anpassen kann, auch wenn ihre Schwerkraftsensoren ausfallen. Eine geeignete Lichtquelle vorausgesetzt, richten sich die oberirdischen Teile der Pflanzen nach einer gewissen Übergangszeit nach dem Licht und die Wurzeln nach der Feuchtigkeit aus. Interessanterweise verhalten sich die Wurzeln zumindest bei Arabidopsis auch ohne Schwerkraft genauso wie beim Wachstum auf der Erde:

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 (…) [2]

Dies bedeutet allerdings nach weiterer Aussage der Studien-Autoren leider nicht automatisch, dass alle anderen in Frage kommenden Arten oder auch nur alle Abkömmlinge einer einzelnen Art sich unter Schwerelosigkeit ebenso verhalten. Selbst bei sorgfältigster Auswahl und Planung des Anbaus an Bord von Raumfahrzeugen, kann deren Besatzung unliebsame Überraschungen und Rückschläge nicht völlig ausschließen.

Vermehrung

Quelle: NASA

Quelle: NASA

Zu klären wäre auch die Frage nach den nächsten Generationen. Während die Vermehrung bei Pflanzen, von denen man Stecklinge setzen kann, noch relativ leicht zu bewerkstelligen sein dürfte, gibt es im Fall von geschlechtlicher Fortpflanzung die eine oder andere Besonderheit, die evtl. zum Problem werden könnte. So hat sich zum Beispiel herausgestellt, dass die Pollenschläuche unter Schwerelosigkeit zwar auch in die richtige Richtung wachsen, dabei allerdings um ca. 8% dünner ausfallen als unter normalen Umständen. [3] Dies könnte zu Fehlschlägen bei Befruchtungsversuchen führen und somit zu unerwarteten Ernteausfällen bzw. dem Verlust ganzer Pflanzenarten an Bord. Ein Risiko, das man sich auf längeren Missionen absolut nicht leisten kann. In solchen Fällen wäre zu überlegen, ob man die Schwerkraft an Bord nicht mit Hilfe von Zentrifugen simulieren sollte, was allerdings wiederum den Energieverbrauch und den Platzbedarf steigen ließe.

Strahlung
Hat man die Pflanzen erfolgreich befruchtet, stellt sich bald die nächste Frage: Ist die nächste Generation brauchbar, oder hat sie durch die Weltraumstrahlung eventuell genetische Schäden davongetragen? Dass dies nicht auszuschließen ist, hat China jüngst bewiesen. Aus Samen, die dieser Strahlung mit voller Absicht ausgesetzt waren, zogen sie eine neue Generation Pflanzen heran, um aus diesen wiederum diejenigen mit profitablen spontanen Mutationen herauszusuchen und weiter zu züchten. Darunter befanden sich z.B. Salatgurken von enormer Länge. [4]

Die Mutationsrate derart bestrahlter Pflanzen ist einige hundert Mal so hoch wie auf der Erde. Allerdings produziert sie selbstverständlich bei weitem nicht nur erwünschte bzw. nützliche Mutationen. Zum Teil keimen die so behandelten Samen auch überhaupt nicht mehr, so dass man für Missionen, auf denen man auf Pflanzen angewiesen ist, unbedingt auch über eine bessere Abschirmung nachdenken muss, als eine Raumstation sie derzeit bietet. [5]

Andererseits haben jüngste Erfahrungen mit Flachs und Soja in radioaktiv verstrahlten Gebieten auf der Erde gezeigt, dass es durchaus auch weitgehend strahlungsresistene Pflanzen gibt, die sich ebenfalls für den Anbau an Bord eignen könnten. [6], [7], [8] Es stellt sich nun die Frage, ob man diese Eigenschaft ggf. auch auf andere Arten übertragen könnte, ohne damit deren Nutzen für die Astronauten zu kompromittieren.

Fazit
Angesichts all dieser Problemstellungen ist es derzeit  zumindest riskant, eine länger währende Mission von Pflanzen an Bord abhängig zu machen. Langzeitexperimente wie „Mars-500“ verliefen zwar grundsätzlich vielversprechend, boten aber natürlich nicht die selben Umgebungsbedingungen, da diese nicht komplett simuliert werden konnten. Insbesondere Schwerkraft und Strahlung entsprachen nicht den Gegebenheiten an Bord eines Raumfahrzeugs. Dennoch ist das bisher gewonnene Wissen über das Wachstum von Pflanzen im All auch aktuell und für den Otto-Normal-Verbraucher von Nutzen. Zum Beispiel in der Gentechnik.

[1] http://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/273.html
[2] http://www.biomedcentral.com/1471-2229/12/232
[3] http://www.livescience.com/27868-plant-sex-zero-gravity.html
[4] http://www.spacesafetymagazine.com/2012/09/04/chinese-space-radiation-mutate-food-crops/
[5] http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0273117786900761
[6] http://www.popsci.com/technology/article/2011-03/plants-survive-radioactive-soils-chernobyl-implications-space-farming,
[7] http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/es100895s
[8] http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/pr900034u

Philae – der Countdown läuft

Rosetta / Philae Es nähert sich das Jahr 2014 und somit die geplante Landung von Philae auf einem Kometen – die erste Kometenlandung der irdischen Raumfahrt überhaupt.

Wir erinnern uns: Philae ist die Landeeinheit der ESA Raumsonde „Rosetta„, die seit März 2004 unterwegs ist. Eine Verzögerung beim Start der Mission machte ein Erreichen des ursprünglichen Zieles 46P/Wirtanen unmöglich, so dass man sich letztendlich für 67P/Tschurjumow-Gerassimenko als Alternative entschied. Rosetta hat auf ihrem Weg dorthin zudem bereits wertvolle Daten zu den Asteroiden 2867 Steins und 21 Lutetia gesammelt.

Um der Mission zum endgültigen Erfolg zu verhelfen, bereitet sich die ESA mit Hilfe von originalgetreuen Kopien des Landers jetzt auf alle möglichen Bedingungen und Szenarien vor. [1]

Vor der eigentlichen Landung ist eine Kartierung des Kometen geplant, um den besten Landeplatz zu bestimmen. Es ist noch nicht bekannt, welche Oberflächenbeschaffenheit der Komet aufweist: Staub, Eis, Felsen – alles ist möglich. Auch die genaue Anziehungskraft des Kometen muss erst noch bestimmt werden.

Anhand der irdischen Philae-Modelle können all diese Situationen vorab simuliert und die optimale Vorgehensweise für die Landung bestimmt werden. Kurz bevor es soweit ist, wird dieses Szenario dann per Funk an den Lander übermittelt.

Nach der Landung steht die  Untersuchung von 67P/Tschurjumow-Gerassimenko an. Mehrere Monate lang wird der Lander Bodenproben analysieren, Temperaturen messen, Fotos aufnehmen, die Festigkeit des Kometen testen etc.

Von den gewonnenen Daten verspricht man sich Rückschlüsse auf den Ursprung des Sonnensystems bzw. seiner Komponenten. Im Gegensatz zu Planeten findet auf Kometen keine Veränderung des Gesteins durch chemische oder biologische Prozesse statt. Es ist höchstwahrscheinlich über Milliarden von Jahren in seinem Ursprungszustand verblieben.

Da der Komet sich bereits zu Beginn dieser Aktion der Sonne nähert, ist dem Lander selbst leider kein gutes Ende vorherbestimmt. Er wird entweder irgendwann vom Kometen abgerissen oder auf ihm verbrennen. Seinen Status kann man unter anderem auch unter https://twitter.com/Philae2014 verfolgen.

[1] http://www.dlr.de/dlr/presse/desktopdefault.aspx/tabid-10172/213_read-6556/year-all/
Quelle Bild: NASA Aeronautics and Space Administration

ExoMars-Deal zwischen ESA und Roskosmos perfekt

Ich merke schon: Über ein spezifisches Thema zu bloggen, hat’s in sich. Während man im Hintergrund noch an einer älteren, längeren Sache bastelt, überholen einen die aktuellen Ereignisse:

Ein Tweet von @FlorencePorcel machte mich gestern darauf aufmerksam, dass die 2003 erstmals angedachte Mission „ExoMars“ nun tatsächlich durchgeführt werden soll. Neuer Kooperationspartner der ESA ist die russische Raumfahrtagentur Roskosmos.

Ursprünglich war diese Mission für 2009 vorgesehen, damals noch mit der NASA als Kooperationspartner. Diese jedoch signalisierte in 2011 finanzielle Probleme und zog sich aus dem Projekt zurück.

ExoMars konzentriert sich im Gegensatz zu Spirit und Opportunity nicht auf geo-, sondern auf biologische Untersuchungen, ähnlich wie, aber mit größerem Leistungsspektrum als Curiosity. Zudem handelt es sich um eine Doppelmission:

Vorgesehen ist, Anfang 2016 zunächst den sogenannten „Trace Gas Orbiter“ vorauszuschicken. Ausgestattet mit Detektoren, Kamera und Spektrometern soll er die Atmosphäre bzw. den Boden des Planeten auf Gase bzw. wasserhaltige Mineralien untersuchen, welche evtl. auf Spuren von (ehemaligem) Leben hinweisen könnten. Er dient darüber hinaus später auch als Relaisstation für die Kommunikation mit dem eigentlichen ExoMars-Rover.

ExoMars der ESA auf der ILA 2006 (Berlin)

Bildquelle: Thomas Hagemeyer

Dieser folgt dem Orbiter in 2018. Seine Aufgabe ist die gezielte Suche nach früherem oder gar noch existierendem Leben auf dem Mars. Da ein solcher Fund auf der seit Jahrmilliarden exponierten Oberfläche des Planeten sehr unwahrscheinlich ist, wird der Rover Bodenproben aus ca. zwei Metern Tiefe entnehmen und mittels einer umfangreichen Ausrüstung analysieren. Im Jahr 2003 hatte die ESA einen Ideenwettbewerb zur Nutzlast des Rovers gestartet. Es wäre interessant zu wissen, ob es einige der damaligen Vorschläge auf den neuen Rover schaffen werden – und wenn ja, welche.

Der Transport von Bodenproben zurück zur Erde ist jedoch nicht geplant. Auch dieser Rover wird, wie seine Vorgänger, nach Ende der Mission auf dem Mars verbleiben.

Bis 2016 sind es nur noch 3 Jahre. Hoffen wir, dass die beteiligten Agenturen und Unternehmen dieses ehrgeizige Ziel tatsächlich erreichen und nicht wieder etwas dazwischen kommt.