Wie können wir Leben auf anderen Planeten erschaffen?

Bioregenerative Life Support System und die ModuLES-Strategie von OHB

OHB Redaktionsteam
Veröffentlicht am
von OHB Redaktionsteam, OHB SE

Die Weltraumforschung liefert immer wieder wertvolle Erkenntnisse, die auch auf der Erde Anwendung finden. Nun rückt auch die Möglichkeit, Leben im Weltraum anzusiedeln, in den Fokus. Es gibt bereits erste Schritte zur Umsetzung. Dr. Klaus Slenzka und sein Team forschen und entwickeln seit mehreren Jahrzehnten bei OHB auf diesem Gebiet.

Noch sind Weltraum-Projekte wie die ISS darauf angewiesen, von der Erde aus mit Nachschub versorgt zu werden. Bei künftigen oder längeren Space-Missionen wird das nicht möglich sein. Daher arbeiten Wissenschaftler an Systemen, die sich selbst erhalten, sogenannten Bioregenerativen Systemen.

Dr. Klaus Slenzka, Leiter der Abteilung Life Science bei OHB System AG und Chief Scientist beim OHB-Joint-Venture-Unternehmen Blue Horizon hat in zahlreichen Projekten bei OHB das Leben unter Weltraumbedingungen erforscht, viele davon in Kooperation mit der NASA, dem DLR, der ESA und verschiedenen Forschungseinrichtungen. Die jüngste Entwicklung ist die Gründung der beiden Unternehmen Blue Horizon Sàrl und Blue Horizon Deutschland GmbH. Blue Horizon Sàrl ist ein Joint Venture von OHB gemeinsam mit LuxSpace.

Blue Horizon will biologische Infrastrukturen etablieren, die nachhaltiges Leben für längere Weltraummissionen oder -aufenthalte ermöglichen. Das könnte etwa ein Habitat, das heißt ein künstlich erschaffener Lebensraum, auf dem Mond sein. Vom Unternehmen entwickelte Produkte werden für die Anwendung sowohl auf der Erde als auch im Weltraum konzipiert. Slenzka betont:

„Es muss alles Bio werden, wenn man längere Zeit im Weltraum ist. Biologie ist die einzige Nachhaltigkeit, die wir kennen. Das müssen wir bei allen Designs bedenken.“

Auch schwierige Böden können für die Pflanzenzucht vorbereitet werden

Bei Planeten wie dem Mond oder Mars, die noch keine Vegetation haben, ist ein Beginn daher, den Boden mit Algen zu kultivieren. Es ist wichtig, zunächst eine Algenschicht auf dem Mond- oder Marsgestein anzulegen, weil es aus äußerst scharfkantigen Nanopartikeln besteht. Da Wasser und Wind fehlen, werden diese Partikel nicht rund geschliffen wie auf der Erde. „Wenn Pflanzenwurzeln in diese Erde wachsen, werden die Wurzelhärchen daher zerschnitten“, sagt Slenzka. „Wir haben begonnen, in künstlich hergestelltes Mond- oder Marsgestein Grünalgen einzubringen. So konnten wir zeigen, dass es möglich ist, höhere Pflanzen darauf wachsen zu lassen.“

„Das alles ist zunächst für Mond und Mars gedacht – funktioniert aber auf ähnliche Weise auch in den Wüsten auf der Erde.“

Im ModuLES Projekt werden hocheffiziente Photobioreaktoren entwickelt

Um Algen für die Bodenvorbereitung zu züchten und die ökologischen Zusammenhänge zu verstehen, sind entsprechende Anlagen erforderlich. Darum geht es im ModuLES-Projekt. Die Abkürzung steht für „Modular Life Support and Energy Systems“, zu deutsch Modulares Lebenserhaltungs- und Energie-System. Die Herausforderung ist, ein Konzept zu entwickeln, das dauerhaft funktioniert und nicht darauf angewiesen ist, dass Energie oder Materie von außen zugeführt wird. Im ModuLES-Projekt wurden Photo-Bioreaktoren entwickelt, die Algen kultivieren können. Die Photo-Bioreaktoren sind hocheffizient in der Aufnahme von Kohlendioxid und der Produktion von Sauerstoff, bei der Energieerhaltung und dem Verbrauch und führen zu einem besseren Verständnis der Inputs und Outputs.

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Viele Regionen der Erde könnten von einer Regeneration profitieren

Auch China arbeitet mit Hochdruck an diesen Themen. Für die Menschen in China ist das Thema sehr dringend, denn einigen chinesischen Großstädten und Wirtschaftszentren kommt die Wüste jedes Jahr ein paar Kilometer näher. Deshalb hat die Begrünung auch eine ökonomische Dimension: Die Industrie wird dort durch die heranrückende Wüste bedroht. Schon heute stellt die Industrie für diese Projekte mehr Geld bereit als der Staat. Deutschland hat über das Bundesministerium für Bildung und Forschung verschiedene Kooperationen mit chinesischen Unternehmen und Einrichtungen auf diesem Gebiet.

Innerhalb von wenigen Jahren könnte man so die Wüste begrünen. Chinesische Unternehmen bringen bereits Algen in Wüstengestein ein und wässern es.

„Die biologische Matrix festigt den Boden, so dass er nicht mehr verweht wird und wieder bebaut werden kann. Die restliche Ökologie kommt dann ganz von alleine.“

Mit dem Immunolab das menschliche Immunsystem erforschen

Ein weiterer Schwerpunkt der Forschung der Abteilung Life Science bei OHB ist das menschliche Immunsystem: Menschen, die sich im Weltraum aufhalten, entwickeln schnell eine Schwäche ihres Immunsystems. Ob dies an der fehlenden Schwerkraft oder an der erhöhten Strahlung liegt, ist noch ungeklärt. Seit vielen Jahren weiß man, dass das Immunsystem schwächer wird. Im Rahmen des Immunolab-Projekts, das vom DLR beauftragt wurde und gemeinsam mit Airbus durchgeführt wird, entwickeln Forscher eine Technologie, um während der Mission den Immunstatus zu bestimmen. Das war bisher nur vor oder nach der Mission möglich. Mit dem Immunolab kann man beispielsweise nach Interleukinen, körpereigenen Botenstoffe der Zellen des Immunsystems, in Blutproben suchen – so wie ein Arzt dies auf der Erde auch macht. OHB Life Sciences ist in diesem Projekt zuständig für die Kit-Cassette, die transportable Analyseeinheit des Immunlabors. „Die Herausforderung für uns war, einen komplett neuen Kunststoff für die Beutelchen zu entwickeln, in denen sich die Chemikalien befinden“, sagt Slenzka. „Sie müssen durchsichtig sein, absolut gasdicht und dürfen keine Proteine binden. Die Entwicklung ist uns in Zusammenarbeit mit einem Unternehmen aus den USA gelungen.“

Weitere Anwendungen von Weltraum-Biologie auf der Erde

Die Forschungsergebnisse werden sich einerseits als nützlich erweisen, wenn eines Tages tatsächlich weitere Planeten kolonisiert werden oder Habitate auf Raumschiffen errichtet werden sollten. Andererseits ergänzen sie unsere Kenntnisse vom Menschen und der Möglichkeit von „in situ resource utilization“.

In situ resource utilization

Je weiter Menschen in den Weltraum vordringen, desto wichtiger werden Techniken, eigene Produkte aus lokal vorgefundenen Materialien herzustellen. Dieses Verfahren heißt „in situ resource utilization“ (ISRU).

Forschung für die Raumfahrt beeinflusst auch Anwendungen auf der Erde. Solartechnik, Navigationssysteme und auch der moderne Finanzsektor profitieren direkt von Entwicklungen, die im Hinblick auf den Weltraum entwickelt wurden. Ähnlich verhält es sich in der Weltraumbiologie. „Wozu haben wir eine internationale Raumstation? Um Experimente für die Raumfahrt zu machen? Natürlich nicht. Wir haben eine Internationale Raumstation, um Experimente zu machen, die uns Erkenntnisse für die Erde bringen“, sagt Slenzka.

„Wir machen Humanphysiologie für Astronauten, aber auch das ist kein Selbstzweck. Wir suchen Erkenntnisse, die uns auch auf der Erde nützen. Für mich als Wissenschaftler ist dies wichtig, denn unsere Fragestellung in der Humanphysiologie ist: Wie hat die Schwerkraft uns geformt? Warum sehen wir so aus, wie wir aussehen?“ Wenn wir das wissen, dann können wir auch zum Mond oder Mars gehen, denn wir wissen, dass dort eine geringere Schwerkraft herrscht. Deswegen heißt das deutsche, nationale Programm auch „Forschung unter Weltraumbedingungen“.