Es gibt einen beunruhigenden Mangel an Winterschlaf in unseren Raumfahrtplänen. In Filmen und Büchern tauchen Astronauten regelmäßig in den Winterschlaf – oder Stase oder kryogenen Schlaf oder unterbrochene Animationen oder ähnliches – ein und wieder auf. Wenn wir jemals eine Art Winterschlaf finden, können wir ihn dann nutzen, um mit kleineren Raumfahrzeugen auszukommen?
Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) arbeitet daran, diese Frage zu beantworten.
Die ESA hat ein sogenanntes „Thementeam“, das am menschlichen Winterschlaf arbeitet. Das Thementeam arbeitet unter dem Dach der Advanced Concepts-Team , das Ideen und Technologien untersucht, die für die Raumfahrtbemühungen der ESA von langfristiger Bedeutung sind. Es ist wie ein Think Tank, der multidisziplinäre Forschung unterstützt.
Wenn wir eine Zukunft wollen, in der bemannte Missionen zu anderen Planeten – oder möglicherweise anderen Sonnensystemen – Realität sind, dann wird der menschliche Winterschlaf ein Teil davon sein. Entweder das, oder a Mehrgenerationen-Sternenschiff , mit all seinen ressourcenhungrigen Parametern.
Die ESA sagt, sie habe „den kontrollierten Einsatz von Erstarrung und Winterschlaf als bahnbrechende Technologie für die bemannte Raumfahrt identifiziert“. Sie spekulieren auch, dass eine Senkung des Stoffwechsels von Astronauten auf langen Weltraumreisen nicht nur Luft, Wasser und Nahrung sparen könnte, sondern auch ihre Anfälligkeit für Strahlenschäden verringern könnte.
Die ESA nutzt ihre Concurrent Design Facility (CDF), eine Multimedia-Einrichtung, die es ihren verschiedenen Teams ermöglicht, zusammenzuarbeiten, um den menschlichen Winterschlaf für eine Reise zu einem nahegelegenen Planeten, wahrscheinlich zum Mars, zu untersuchen. Die Teammitglieder machten eine Bestandsaufnahme der aktuellen Raumfahrttechnologie für eine fünfjährige Marsmission, die sechs Astronauten zum Roten Planeten und zurück schickt. Dies ist das erste Mal, dass sie die Auswirkungen untersucht haben, die der Winterschlaf auf das Missionsdesign haben könnte.
„Wir haben an der Anpassung der Architektur des Raumfahrzeugs, seiner Logistik, des Strahlenschutzes, des Stromverbrauchs und des gesamten Missionsdesigns gearbeitet“, kommentiert Robin Biesbroek vom CDF.
Es gibt viel zu bedenken. Verschiedene Science-Fiction-Filme und -Bücher haben sich mit dem menschlichen Winterschlaf befasst, sodass die meisten von uns viele der Probleme benennen können. Welche psychologischen Auswirkungen wird es geben? Es wäre sicherlich schockierend, eine Woche, einen Monat, ein Jahr oder sogar noch länger zu überwintern und dann irgendwo im Weltraum aufzuwachen. Wie könnte sich ein Mensch darauf vorbereiten?
Und wie steht es um die Sicherheit? Science-Fiction ist übersät mit Leuten, die zu früh oder zu spät aus dem Winterschlaf aufgewacht sind. Schwach und kotzend oder vielleicht in kaltem Schweiß gebadet, sind viele Protagonisten zur falschen Zeit aufgewacht und haben ihr Leben durch ein nicht funktionierendes Winterschlafsystem auf den Kopf gestellt.
Aber das Wichtigste zuerst.
Wie würde sich die Winterschlaftechnologie, wenn wir sie entwickeln könnten, auf das Design von Raumschiffen auswirken?
„Wir haben uns angeschaut, wie ein Astronautenteam am besten in den Winterschlaf versetzt werden kann, was in Notfällen zu tun ist, wie mit der menschlichen Sicherheit umgegangen wird und sogar welche Auswirkungen der Winterschlaf auf die Psychologie des Teams haben würde. Schließlich haben wir eine erste Skizze der Habitatarchitektur und eine Roadmap erstellt, um innerhalb von 20 Jahren einen validierten Ansatz für den Winterschlaf von Menschen auf dem Mars zu erreichen“, sagte Biesbroek.
Als erstes fällt wahrscheinlich die Größe der Wohnmodule auf. Eine überwinternde Besatzung könnte ein viel kleineres Habitatmodul verwenden als eine wache Besatzung, wie dieses Bild veranschaulicht.
Ein Referenzwohnmodul für eine bemannte Marsmission im Vergleich zu seinem überwinterungsbasierten Äquivalent. Bildquelle: NASA
Die Vorstudie zeigte, dass die Masse des Raumfahrzeugs um ein Drittel reduziert werden konnte. Die Besatzung würde in kleinen Kapseln überwintern, die im Wachzustand als Kabinen für die Besatzung dienen würden. Die Entfernung von Verbrauchsmaterialien würde helfen, mehrere Tonnen Masse zu beseitigen.
Ein Querschnitt durch das Überwinterungsmodul, der die einzelnen Quartiere zeigt, die während der Reisephase als Überwinterungskapseln dienen würden. Die Softshell-Pods verfügen über eine individuelle Temperaturregelung und eine flexible Isolierung sowie einen Lüfter zur Luftzirkulation und zur Kontrolle der Feuchtigkeit, um Kondensation zu verhindern, wenn die Temperatur während des Winterschlafs gesenkt wird. Die Kapseln wären auch gut gegen Strahlung abgeschirmt. (1) private Mannschaftsquartiere, (8) Lebenserhaltungssystem und Stauräume, (10) Verkehrsraum. Bildquelle: ESA
Die Studie befasste sich mit einer 180-tägigen Kreuzfahrt zum Mars. Die Astronauten müssten vor der Mission zusätzliches Körperfett zulegen, und ein Medikament würde ihren Winterschlaf oder Erstarrung auslösen. Sie überwinterten in ihren abgedunkelten, gekühlten Kapseln, und wenn sie erwachten, gab es eine 21-tägige Erholungsphase.
Eine der bekanntesten Gefahren, denen Astronauten bei langen Raumflügen ausgesetzt sind, ist die Strahlung. Im Weltraum sind hochenergetische Teilchen im Überfluss vorhanden, und der Schutz der Besatzung ist ein Hauptanliegen. Da die Besatzungsmitglieder jedoch an einem Ort überwintern würden, ist es einfacher, Schutz zu entwerfen. Abschirmungen, wie Wasserbehälter, könnten um die Kapseln herum gebaut werden.
Funktionsbereiche des Überwinterungsmoduls: (1) private Mannschaftsunterkünfte, (2) Bewegung, (3) Hygiene und Abfall, (4) Speise- und Wartezimmer, (5) Arbeitsplatz, (6) Kombüse und Verpflegung, (7) medizinische Versorgung , (8) lebenserhaltende Systeme und Stauung, (9) Betriebs- und Wartungsmaterialien. Im Allgemeinen ist das Habitat in zwei Zonen mit bewohnbaren Volumina unterteilt: die Besatzungsquartiere, die während der gesamten Missionsdauer genutzt werden, und die Volumina für die Abteilungen und den Arbeitsplatz, die Essenszubereitung und -verpflegung, die Abfallsammlung und -hygiene, die Bewegung, die medizinische, die betriebliche und die Wartungszwecke, die nur während der Wach- und Aktivitätszeit der Besatzung verwendet werden. Bildquelle: ESA
Die Grundannahme des menschlichen Winterschlafs im Weltraum basiert auf dem Winterschlaf der Tiere. Im Tierreich gibt es zwei Arten von Überwinterern: obligatorische Überwinterer, die unabhängig von Temperatur und Bedingungen jährlich überwintern; und fakultative Überwinterer, die als Reaktion auf Stressoren in der Umwelt überwintern. Viele Tierarten überwintern, darunter Bären, Beuteltiere, Fledermäuse, einige Nagetiere und einige Eichhörnchen.
„Seit einiger Zeit wird der Winterschlaf als bahnbrechendes Werkzeug für die bemannte Raumfahrt “, erklärt SciSpacE-Teamleiterin Jennifer Ngo-Anh. „Wenn es uns gelänge, den Grundumsatz eines Astronauten um 75 % zu senken – ähnlich wie wir es in der Natur bei großen Winterschlaftieren wie bestimmten Bären beobachten können, könnten wir am Ende erhebliche Massen- und Kosteneinsparungen erzielen und langfristige Erkundungsmissionen durchführen.' machbarer.“
Das ist aber immer noch ein großes Wenn. Der Winterschlaf der Bären ist immer noch etwas mysteriös. Sie recyceln ihre Proteine und ihren Urin während des Winterschlafs. Und sie können bis zu 7 Monate überwintern, ohne Knochenmasse zu verlieren. Andere überwinternde Tiere unterbrechen ihre Erstarrung mit Perioden typischerer Temperatur und Herzfrequenz, die als euthermische Erregung bezeichnet werden. Wie all dies beim Menschen bewältigt werden würde, einer Spezies, die keinen natürlichen Winterschlaf hält, ist unbekannt.
Es gibt jedoch eine Prämisse für den menschlichen Winterschlaf, und die kommt aus der modernen Medizin.
„Und die Grundidee, Astronauten in einen Langzeitwinterschlaf zu versetzen, ist eigentlich gar nicht so verrückt: Eine weitgehend vergleichbare Methode wird seit mehr als zwei Jahrzehnten bei Traumapatienten auf der Intensivstation und solchen, die sich einer größeren Operation unterziehen müssen, erprobt und therapeutisch angewendet“, sagte Ngo-Anh. „Die meisten großen medizinischen Zentren haben Protokolle zur Induktion von Hypothermie bei Patienten, um ihren Stoffwechsel zu reduzieren, um im Wesentlichen Zeit zu gewinnen und die Patienten in einer besseren Form zu halten, als sie es sonst wären.“
Forscher fangen also nicht bei Null an. Sie haben zumindest einen Ansatzpunkt, und genau darum geht es bei solchen Think Tanks.
'Wir zielen auf baue in Zukunft darauf auf , indem wir die Gehirnwege erforschen, die während der Einleitung des Winterschlafs aktiviert oder blockiert werden, angefangen bei Tieren bis hin zu Menschen“, schloss Ngo-Anh.
Mehr:
- Pressemitteilung: Astronauten im Winterschlaf würden kleinere Raumschiffe brauchen
- DIES: Team für erweiterte Konzepte; Bioengineering: Winterschlaf
- JSTOR täglich: Die Geheimnisse des Winterschlafs