Langzeitmissionen Mit Bioreaktoren und 3D-Druckern zum Mars

Eine bemannte Marsmission würde drei Jahre dauern - und tonnenschwere Fracht erfordern. Jetzt haben Forscher berechnet, wie es leichter werden könnte: Mikroben und 3D-Drucker sollen Sprit und Nahrung herstellen.

NASA/ John Frassanito & Association

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Wer perfekt nachhaltig leben möchte, könnte sich für einen Flug zum Mars bewerben. Bei derartigen Langzeitmission ist eine möglichst hundertprozentige Recyclingquote sämtlicher Abfälle und Abwässer unumgänglich. Außerdem müssen die Astronauten alle verfügbaren Ressourcen auf dem Mars nutzen, um beispielsweise Sauerstoff zu gewinnen.

Die besten Möglichkeiten für eine effiziente Nutzung der knappen Ressourcen könnte die Synthetische Biologie bieten. Genetisch veränderte Mikroben sollen aus dem Abwasser, das im Raumschiff anfällt, und Rohstoffen vom Mars Treibstoff für die Düsen und Eiweiß für den Speiseteller produzieren. Im Fachblatt "Interface" der britischen Royal Society rechnen Forscher detailliert vor, wie der Stoffkreislauf in einem Raumschiff und auf einer Station auf dem Roten Planeten aussehen könnte.

"Es gibt sehr viele Herausforderungen bei einer Marsmission", sagt Autor Amor Menezes von der University of California in Berkeley. Zu jedem Kilogramm Nutzlast im All müsse man 99 Kilogramm Raketen- und Treibstoffmasse hinzurechnen. Hinzu komme die lange Missionsdauer. "Wir schlagen einen neuen biologischen Ansatz vor, um diese Probleme zu lösen."

Treibstoff aus dem Reaktor

Der Flug zum Mars dauert 210 Tage. Die Astronauten müssten anschließend rund 400 Tage auf dem Roten Planeten bleiben, bis dessen Position im Verhältnis zur Erde wieder einen Rückflug innerhalb von 210 Tagen erlaubt. Menezes und seine Kollegen haben penibel erfasst, welche Mengen an Kohlendioxid, Urin und Abwasser bei Langzeitflügen anfallen. Allein beim Hinflug zum Mars sind das bei einer sechsköpfigen Besatzung 1,3 Tonnen Kohlendioxid durch die Atmung, 1,9 Tonnen Urin und drei Tonnen sonstige Abwässer.

Man könnte die Abwässer und Abgase theoretisch aus dem Raumschiff ins Weltall ausleiten. Doch sie müssen recycelt werden, damit die Nutzlast des Raumschiffs und die Missionskosten nicht zu groß werden. Aus CO2, im Urin enthaltenen Stickstoff, Wasserstoff und Sauerstoff lassen sich sowohl Treibstoff, Nahrungsmittel, Biopolymere (Plastik) und Arzneimittel herstellen.

"Die Produktion von Medikamenten im All ist besonders wichtig", sagt Menezes. Wegen der kosmischen Strahlung alterten Arzneimittel viel schneller als auf der Erde. Sie müssten daher nach Bedarf im Raumschiff hergestellt werden. Der Forscher verweist auf ein kürzlich durchgeführtes Experiment, bei dem modifizierte Cyanobakterien das Schmerzmittel Paracetamol synthetisiert haben.

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Astronauten könnten daher Kolonien verschiedener Mikroben in kleinen Bleidosen auf ihrem Flug mitnehmen. Das Blei schütze vor Strahlungsschäden. Bei Bedarf würde man die Mikroben dann aus der Dose nehmen und in einem Bioreaktor ihr Werk verrichten lassen.

Gesamtmasse der Rakete: 8,5 Tonnen

Bei dem länger als 400 Tage dauernden Aufenthalt auf dem Mars müssten die Astronauten natürlich auch sämtliche dort verfügbaren Ressourcen nutzen - etwa Stickstoff und CO2 aus der Atmosphäre und Wassereis von den Polkappen des Planeten. Allein der Start zum Rückflug erfordert viel Treibstoff, der vor Ort synthetisiert werden muss. "Auf dem Mond wären nach einigen Grabungen Kohlendioxid, Stickstoff in Form von Ammoniak und Wasserdampf verfügbar", sagt Menezes.

Nach den Berechnungen seines Teams können kleine Bioreaktoren die Fracht für einen Marsflug deutlich reduzieren. Die Masse der Nahrungsmittel etwa würde von 3,5 bis 3,8 Tonnen auf nur noch 2,3 Tonnen sinken. Die Reaktoren würden trockene Biomasse produzieren, ein Anbau von Pflanzen wäre dann gar nicht nötig.

Eine wichtige Rolle spielen nach Aussagen von Menezes auch 3D-Drucker. Mit ihnen ließen sich Bausegmente für die Marsbasis und Ersatzteile nach Bedarf fertigen. Die Biopolymere, die als Druckmaterial zum Einsatz kämen, kämen ebenfalls aus Bioreaktoren. Statt der geschätzten 11,4 Tonnen Ausgangsstoffe für Baumaterialien müssten die Marsreisenden nur 1,6 Tonnen mitnehmen, um sich ihre Marsbasis vor Ort auszudrucken.

Wenn sich alle Ideen zur Nutzung der Synthetischen Biologie umsetzen ließen, würde die Gesamtmasse des Marsraumschiffs bei etwa 8,5 Tonnen liegen, sagt Menezes. Am technischen Konzept tüftelt die Nasa bereits gemeinsam mit dem Luft- und Raumfahrtkonzern Lockheed Martin. "Orion" soll der Fracht- und Personentransporter heißen. Der erste unbemannte Testflug ist für Anfang Dezember geplant.



insgesamt 49 Beiträge
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Seite 1
d_grat 05.11.2014
1.
All diese Probleme hätten wir nicht, wenn man einfach nukleare Triebwerke bauen würde. Damit wären Reisedauern von wenigen Wochen für Hin- und Rückflug möglich. Start vom Mond aus würde auch die Strahlenprobleme lösen.
Dr_EBIL 05.11.2014
2. Mir ist das Marsprogramm der NASA unverständlich
Heute weiß man, dass die Mondlandungen schon viel Glück erforderten. Sie sind schon lange her und wurden mit ganz anderer Technik erreicht. Warum können sie nicht erst einmal zum Mond fliegen, dort ausprobieren, was sie auf dem Mars bräuchten und wenn etwas schief geht, könnte man die noch retten? Warum will die NASA unbedingt auf den Mars? Ich erinnere mich zwar, dass Bush der NASA ihre Programme zusammengestrichen hat und nur noch das Mars-Programm blieb als große Mission. Aber ernsthaft - so ein größenwahnsinniger Idiot ruiniert alles und da wehrt sich keiner, sogar jetzt nicht, wo er weg ist? Amerika tut sich doch selbst keinen Gefallen, wenn sie schon bei einfach Raketen failen, wie gerade 2x geschehen, aber ausgerechnet eine vielfach schwierigere Mission, die soll dann klappen. Nein, das ist das Drehbuch für die nächste Tragödie. Die Chinesen sind da schon schlauer.
carrion 05.11.2014
3. @d_grat
Solange man den "Brennstoff" für die Mondstarts noch von der Erde aus liefern muss bleibt weiterhin das Risiko, dass so ein Taxi mal auf halbem Weg in die Luft fliegt. Je nach Höhe und Menge hätte die Welt sicher 'ne Weile Freude an so einem Vorfall. Und auf dem Mond selbst ist meiner Kenntnis nach nicht viel Verwertbares vorhanden.
BlakesWort 05.11.2014
4.
Der Mars ist ein interessantes Ziel, aber die technischen Hürden sind so extrem hoch, dass in eigentlich jedem relevanten Bereich gewaltige Technologiesprünge vonnöten wären. Eine bemannten Mondbasis wäre in jedem Fall eine sinnvolle Möglichkeit, um sich auf das Wagnis Mars einzulassen. Das Scheitern einer Marsmission würde Projekte zur Kolonisierung unseres Sonnensystems in weite Ferne rücken, dabei ist dieses Ziel logisch und erstrebenswert, um das Überleben unserer Spezies zu sichern. Natürlich könnte es jedem Individuum ziemlich egal sein, ob es uns mit so endet wie mit den Sauriern, aber das wäre doch sehr sehr untypisch für unseren Verstand.
kaishakunin 05.11.2014
5. Synthetische Biologie?
Gentechnisch veränderte Mikroben? Herrlich. Mir drängen sich bei dem Gedanken einige richtig schön beklemmend-klaustrophobisch-haarsträubende Ideen für SciFi Horrorfilme mit Gänsehautgarantie auf.
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