Selbstversorgung einer Weltraumstation

Hallo!
Die Menschheit wird die Erde nie ganz verlassen können, sondern wird ins Weltall ein stückchen Erde mitnehmen müssen.
Was ich damit meine? Nun,
1.) Pflanzen: Sie nehmen, wie wir alle wissen, Kohlendioxid auf, das wir ausatmen, und geben Sauerstoff ab, den wir dann wieder einatmen können. Für zukünftige bemannte Missionen dürften sie unerläßlich sein. In Notfällen könnten sie vielleicht sogar als Nahrungsspender dienen. So gesehen sollten Astronauten auch Botaniker sein.
In Zentrifugen dürfte das Züchten von Pflanzen im All kein Problem sein. Wie weit sind Forschungen in diese Richtung eigentlich schon fortgeschritten?
2.) Tiere und andere Lebewesen: Längerfristig wird man auch Tiere ins All mitnehmen. Wie trostlos wäre doch eine Welt ohne Vogelgezwitscher etc.
Mit "andere Lebewesen" meine ich Kleinstlebewesen und Bakterien, die organisches Material abbauen und verwerten. Auf die dürfen wir auch nicht vergessen.
Der Aufbau von Ökosystemen im Weltall dürfte sicherlich eines der schwierigsten Vorhaben der Zukunft sein. Aber auch ein unverzichtbares, wenn wir eine funktionierende Weltraumkolonie aufbauen wollen.

Auf der ganz pragmatischen Ebene werden die ersten "Ökosysteme" im Weltall eine Mischung aus auf Technik basierenden Lebenserhaltungssystemen und Menschen, Tieren und Pflanzen sein.
Wahrscheinlich sind Gebilde in der Grössenordnung der ISS oder auch eine Grössenordnung höher zu klein, um ein sich ohne künstliche Hilfe selbst aufrecht erhaltendes Ökosystem zu beherbergen.

Mit diesem Mix aus technischen und biologischen Systemen geht es m. E. in der ersten Phase der Besiedlung des Weltraums weiter.
Aber irgendwann kommt man zu sich selbst regenerierenden und bei Bedarf auch selbst reproduzierenden "Ökosystemen" resp. an das Leben im All angepasten biologischen Strukturen.
Und da fängt bei mir das Philosophieren an und zwar aus einer Perspektive, aus der der Mensch mit seiner Raumfahrt nur Mittel zum Zweck der Ausbreitung von Leben ist.

Man hat schon auf der Erde viele Millionen Quadratkilometer an Wüsten, in denen sich vernunftloses Leben kaum behaupten darf. Erst wenn der Mensch mit seiner Intelligenz kommt, Kamele domestiziert und Bewässerungsanlagen baut, kann sich in der Wüste das Leben so richtig ausbreiten.

Und im Sonnensystem ist die Situation noch extremer: es gibt jede Menge Platz, alle notwendigen Elemente und die Sonne liefert fast unerschöpflich Energie. Trotzdem haben es die ohne Intelligenz ablaufenden Mechanismen der Evolution nur auf der Erde geschafft, Leben hervorzubringen.
Damit sich Leben ebenso auf anderen Himmelskörpern ausbreiten kann, muss erst eine intelligente Lebensform entstehen, die mittels ihrer Intelligenz an die Bedingungen im Weltraum angepasstes Leben schafft.

[...] Und im Sonnensystem ist die Situation noch extremer: es gibt jede Menge Platz, alle notwendigen Elemente und die Sonne liefert fast unerschöpflich Energie. Trotzdem haben es die ohne Intelligenz ablaufenden Mechanismen der Evolution nur auf der Erde geschafft, Leben hervorzubringen.
Damit sich Leben ebenso auf anderen Himmelskörpern ausbreiten kann, muss erst eine intelligente Lebensform entstehen, die mittels ihrer Intelligenz an die Bedingungen im Weltraum angepasstes Leben schafft.

Ich bin mir nicht sicher, ob das Leben auf der Erde im Sonnensystem eine Einmaligkeit ist. Ich glaube nicht an Zufälle - auch bezüglich der Entstehung des Lebens auf der Erde. Der absolute Beweis, dass Leben keine Ausnahme in der Evolution von kleinen Gesteinshimmelskörpern ist, könnte der Nachweis von (vergangenen) einfachen Lebensformen während der zukünftigen Marsmissionen sein.

Es gibt daneben Vermutungen, dass auch auf dem Jupitermond Europa, der von einer dicken Eisdecke bedeckt ist, Leben entstanden sein könnte. Weit ab von der Sonne und der lebensfreundlichen Habitat-Zone, auf der die Erde die Sonne umkreist, gibt es eine andere Energiequelle: Die Gezeitenkräfte des Jupiters!

Ich glaube nicht daran, dass Leben nur auf der Erde entstanden ist. - Die Raumfahrt ist gerade einmal 40 Jahre alt. Mit der Zeit werden wir bessere Instrumente haben und danach suchen können. Und vielleicht sogar schon während der kommenden Marsmissionen fündig werden..

Die ISS muss periodisch mit Nahrungsmitteln versorgt werden.

Wie gross müsste eine aufblasbare Struktur (m2 Anbaufläche) in der Art der Bigelow-Technik sein, um die Nahrung und den Sauerstoff (Umwandlung des ausgeatmeten CO2 durch Photosynthese mit Sonnenlicht) für einen Astronauten sicher zu stellen?

Schwer zu sagen, ob das beim gegenwärtigen Stand der Technik über einen längeren Zeitraum überhaupt funktionieren würde.

Es gab da mal das Experiment "Biosphere II":

http://de.wikipedia.org/wiki/Biosphere_2

Christoph

Aber eine Biosphere in dem Ausmaß und dieser Komplexität wäre doch nicht nötig, oder?

Ich meine - müste man all die komplexen natürlichen Zusammenhänge 1:1 nachbauen, oder könnte man das vereinfachen/abkürzen? Einiges (wie z.b. der Sauerstoffkreislauf) läst sich doch auch künstlich/chemisch/mechanisch lösen.

Letztendlich kommt es wohl vorallem darauf an was Mensch den alles Essen will. Wenn Mensch gebratenes Lam in Rotweinsoße essen möchte da muss ein Weinbau, Viehzucht, Wiesenwirtschaft betrieben werden. Wenn Mensch sich mit Algen-Tofo in Algen-Wein begnügt reichen - Algen.

Es wäre sicherlich gut zu wissen, wie viel m² Anbaufläche in der orbitalen Umgenung der ISS notwendig wären, um zumindest einen Teil der notwendigen Nahrungsmittel zu produzieren.

Ebenso interessant ist die Produktionsleistung bei 1/6g sprich Mond-Umgebung.


Aber wie sieht es mit einer kleineren Aufgabe aus?
Bislang wird Wäsche nach dem Tragen "weggeworfen".
Könnte sich eine Waschmaschine und ein Heiztrockner lohnen?
Technisches Wasser sollte zum Wäschewaschen wohl ausreichen.
Ich denke eine Wäschewasch&trocken-Möglichkeit wäre mit einer
relativ wenig Platz benötigenden Einrichtung zu bewerkstelligen
die ebenfall technisch doch sehr überschaubar ist.

Gegenwärtig werden solche Pläne wohl nicht verfolgt. Als ich die Frage vor kurzem russischen Wissenschaftlern im Zusammenhang mit dem Projekt Mars 500 gestellt habe, hat man mir sinngemäß geantwortet, dass die Person, die zusätzlich zur Pflege der Pflanzen benötigt würde (neben der zusätzlichen Masse für das Gewächshaus, das Wasser und die Nährstoffe) viel teurer wäre als die Nahrungsmittel selbst.

Außerdem wäre das Risiko, die Pflanzen würden eingehen und die Raumfahrer verhungern (bei einem Marsflug durchaus zu beachten) zu groß.

Ich nehme an, die Amerikaner denken da ähnlich.

GG

Und wenn ich dann genügend Notrationen mitnehme, damit die Raumfahrer überleben können, dann brauche ich das Gewächshaus nicht mehr...

Interessanter wird das Ganze bei einer längerfristig bemannten Mondbasis. Dort könnten Gewächshäuser einen Teil der Nahrungsmittel decken. Fallen diese aus, lässt sich relativ schnell Ersatz von der Erde beschaffen.

René

Auf Planeten oder Monden ist die Situation natürlich anders. Vom Marsboden an der Landestelle von Phoenix hat man ja gesagt, dass hier bereits genügsame Pionierpflanzen angebaut werden könnten. Gravitation ist auch da, was die Pflanzen "zielstrebiger" macht. Aus den Abfällen der Pionierpflanzen könnte dann der Boden für andere Kulturpflanzen bereitet werden. Nötig wären "nur" Gewächshäuser, für deren Bau sicherlich auch Marsrohstoffe verwendbar wären.

Man könnte auch gigantische Raumstationen irgendwo in unserem Sonnensystem aus Mond- oder Marsmaterial bauen. Das ist deshalb billiger, weil man vom Mond oder Mars mit Hilfe von elektromagnetischen Beschleunigungsbahnen starten könnte. Dafür benötigt man außer der Startvorrichtung "nur" Energie aber keine Treibstoffe. Einen Einblick geben die Pläne von O'Neill aus den frühen siebziger Jahren. Übrigens sahen dessen Visionen eine Station für 20 Millionen Menschen vor, die im Jahre 2008 fertig sein sollte.

GG

Es wäre gleichwohl mal interessant, wie gross diese Fläche sein müsste. Vielleicht weiss ein Agroingenieur hier weiter.

Ich könnte mir zudem vorstellen, dass eine solche Sebstversorgung oder auch nur zusätzliche Versorgung zum vorhanden "Notvorrat" der Psyche der Astronauten gut täte, vor allem bei längeren Flügen.

Ich glaube, ich hab mal gelesen, die russischen Kosmonatuen hätten sich Liebe und Hingabe der Zucht und Pflege von kleinen Pflanzen gewidmet.

Ich denke die psychologisch wohltuende Wirkung von Pflanzen sollte weitgehend außer Frage stehen, denn sie werden nicht ohne Grund in jedem Büro aufgestellt.

Die wirkung von frischen Lebensmitteln ist noch vieeel größer wenn man sie eine Weile nicht hatte. Das kann man sich glaube ich nur so richtig vorstellen wenn man es schon mal selber erlebt hat. (z.B. 2 Wochen nur mit Konserven durch die Steppe latschen)
Irgendwann will man für einen frischen Apfel seine Schwiegermutter eintauschen
Es wäre mal interessant einen Astronauten dazu zu befragen wenn er nach 6 Monaten wiederkommt. Aber man siehts ja schon wie sie sich freuen wenn mal ein Shuttle mit frischem Zeug andockt.

Mit dem Raumfrachter Progress werden auch, zur Freude der ISS Besatzung, frische Früchte angeliefert.

Gemäss Angaben in Buch von Strahm, Warum sie so arm sind, der sich auf FAO-Zahlen stützt, ernährt eine Hektare Kulturland Kartoffeln 17 Menschen mit genügend Kalorien. Bei Weizen ernährt eine Hektare 9 Menschen.

Gerechnet für Kartoffeln ergibt dies pro Mensch einen Flächenbedarf von 600 m2.

Eine rotierende Weltraumstation aus aufblasbarem Kunststoff von 20 m Länge und Anbauflächen auf auf den Radien 7 m, 5 m, 3 m und 1 m ergäbe eine Anbaufläche von insgesamt 2000 m2. Dies würde somit für drei Astronauten genügen.

Mit einem raffinierten Spiegelsystem (Lichtbus) müsste auf jede Anbauebene genügend Sonnenlicht zugeführt werden. Ebenso im Tropfsystem via Leitungen Wasser, das mit Dünger versehen ist.

Mit 20 Metern Länge und einem Radius von 7 Metern haben wir somit eine Grössenordnung für eine Modul zur Versorgung von drei Astronauten. Dieses Modul könnte Bestandteil einer Weltraumstation oder auf Reisen im innern Sonnensystem sein.

Ich gebe dabei noch drei Aspekte zu bedenken:

• Natürlich müsste man mehr "anbauen", also nur eine Feldfrucht.
• Wahrscheinlich kann man durch intensivste Anbautechniken (Gewächshaus, Düngung, etc ...) deutlich mehr Ertrag aus der Fläche gewinnen.
• Feldarbeit ist arbeitsintensiv. Wer betreibt wie die Saat, die Zucht, die Ernte? Gleichzeitig muss man das gewonnene Gut dann lagern und weiterverarbeiten können.

Also ein normaler Tank für die 400 mio. Tonnen Wasserstoff würde bei einer Wandstärke von 10 cm 773478,667 Tonnen wiegen. (angenommen habe ich einen Kegel der Zehnmal so lang ist wie sein Radius und desen wand aus Alluminium besteht.) Allerdings kann ich mir vorstellen, das mann das ganze noch enger zusammendrücken kann.

Ich stelle mir gerade vor wie sich jemand mit den Worten "Ich bin Space-Bauer von Beruf" vorstellt.  

Man kann auch das Angenehme mit dem Nützlichen verbinden.  Wenn auf der ISS die "Gartenarbeit" als Recreation erfahren wird, ist möglicherweise dafür keine weitere Arbeitszeit einzuplanen.

Von der Versorgungsfragen sind natürlich kalorienreiches Gemüsesorten zu bevorzugen.  Aber vom psychischen Aspekten sind eher Früchte wie Erdbeeren zu bervorzugen.  Für eine frische Erdbeere würden man sich am Board vermutlich raufen und jede Tube Steak dafür schweben lassen.

Als Recreation-Angebot wäre der SpaceGarden vermutlich lange Zeit unangefochten auf Platz 1. und wäre darüber hinaus auf vielerlei weise nützlich.

Wenn man aus dem eigenen Garten Nahrungsergänzungsprodukte bezieht (Gemüse, Salat) ist das ein was, wenn man die gesamte Versorgung eines Jahres selbst anbauen und erzeugen muss, ist das was anderes. Das eine kann "Rekreation" sein, das andere ist Knochenarbeit und Fulltimejob.

Wofür gibt es Automatisierungstechnik?    Ich freue mich schon, wenn erste Bilder von NASA-Ingenieuren auftauchen sollten, die einen Traktor skeptisch beäugeln:  WT*?!?  

Wir können als Beginn der Eigenversorgung der ISS ja einen weltraumtauglichen Blumentopf mit Erdbeerpflanze spendieren.  
Das würde garantiert für einige Zeitungsberichte sorgen.

René

Nehmen wir einen Flugkörper wie Genesis I von Bigelow. Wir lassen den drehen. Auf der Innenwand haben wir Pflanzensamen auf einem Wattebeet, die Versorgung mit Wasser und Dünger geschieht vollautomatisch im Tröpfchensystem. Licht muss ins Innere dringen können, Temperatur, Isolation und Wärmehaushalt muss stimmen. Kameras zeigen, wie die Pflanzen wachsen.

Das wäre ein tolles, fächerübergreifendes Experiment und eine echte Weiterentwicklung. Wenn es funktioniert, können grössere Objekte erstellt werden.

Es war ein Modul für die ISS geplant und ist halb oder ganz fertig am Boden stehen geblieben.  Dieses Modul hätte per Zentrifuge künstliche Schwerkraft bereitstellen können.  Das Teil wäre genau richtig.  Die Kosten wäre sehr genau abschätzbar weil zum guten Teil schon erbracht.

Ok, mit den Maximum an Kompression die mann heute schaft, würde der Tank 334337,9815 Tonnen Wiegen. Für wieviele Menschen reichen die restlichen 665662,0185 Tonnen eigentlich?

Ok, mit den Maximum an Kompression die mann heute schaft, würde der Tank 334337,9815 Tonnen Wiegen. Für wieviele Menschen reichen die restlichen 665662,0185 Tonnen eigentlich?

Für 10 Menschen da 66566,20185 * 10 = 665662,0185 ist.