Der Planet heizt sich auf, die Ozeane oxidieren, die Wälder des Amazonas brennen und die Arktis ist mit Mikroplastik anstelle von Schnee bedeckt. Der Schaden durch die Menschheit ist laut Experten so groß, dass eine globale ökologische Katastrophe bereits begonnen hat. Selbst Optimisten fällt es schwer zu leugnen, dass unser ökologischer Fußabdruck eher den Fußabdrücken schwerer Schuhe ähnelt, mit denen wir das Gesicht des Planeten zertrampeln. Vor diesem düsteren Hintergrund braut sich eine vernünftige Frage zusammen: Ist es nicht rücksichtslos, riesige Geldbeträge wegzuwerfen, um Menschen in den Weltraum in andere Welten zu schicken? Oder ist dies im Gegenteil eine zynische Lösung für die drängenden Probleme eines Planeten, der in einen Tailspin fällt?
Dennoch kann die Raumfahrt der Menschheit viel mehr bieten als nur einen lebensrettenden Strohhalm für exzentrische Milliardäre. Ob es sich um moderne Raumschiffe im erdnahen Orbit oder zukünftige Außenposten auf dem Mond oder Mars handelt, wir müssen den Lebenszyklus außerhalb unseres Planeten auf die eine oder andere Weise reproduzieren. Und für aktuelle und zukünftige Raumflüge werden Technologien eines geschlossenen Kreislaufs und einer universellen Verarbeitung benötigt - sie sorgen für einen unerschöpflichen Fluss von Wasser, Luft und Nahrungsmitteln.
Andererseits wissen wir bereits, wie wir den Planeten gefährden und was dagegen getan werden muss. "Alle Werkzeuge, die Sie für ein nachhaltiges Leben benötigen, sind hier und jetzt", sagte Kate Marvel, Klimatologin an der Columbia University und Mitarbeiterin der NASA. "Ja, wir können das Problem des Klimawandels immer noch nicht lösen, aber überhaupt nicht, weil wir vom Weltraum angezogen werden." Raumflüge allein können die Erde nicht retten, und noch mehr mit naiven Träumen, ihren Heimatplaneten zu verlassen.
Landwirtschaft Blechdose
Es ist unmöglich, ohne technologische Innovation im Weltraum zu überleben, aber frühere Entscheidungen waren rein vorübergehender Natur. Denken Sie nur an die Reihe bemannter Flüge der NASA mit dem Apollo-Raumschiff - ihre maximale Dauer erreichte 12 Tage. Aber der Wandel steht vor der Tür: Die Trump-Regierung verspricht, bis 2024 auf dem Mond zu landen. Luke Robertson, leitender Flugtestwissenschaftler am Kennedy Space Center der NASA, sagt, die Agentur beabsichtige, bis 2028 eine nachhaltige Infrastruktur auf der Mondoberfläche aufzubauen, die eine langfristige, erneuerbare Speicherung von Nahrungsmitteln, Luft und Wasser erfordert.
Einige dieser Technologien werden über die Astronautik hinausgehen. Schließlich wanderten einige Erfindungen, die von Raumfahrtagenturen entwickelt wurden, in den kommerziellen Sektor. Nehmen wir zum Beispiel eine Reihe umweltfreundlicher Projekte - darunter eine nachhaltige Ölförderung und die Verwendung von LED-Beleuchtung für den Pflanzenbau.
Das Ernten von Pflanzen im Weltraum ist keine triviale Aufgabe. Technologien wie dedizierte Beleuchtung und fortschrittliche Sensoren spielen an Bord der Internationalen Raumstation (ISS) eine Schlüsselrolle, wo energieeffiziente Methoden wie das Veggi-System zur Herstellung von Lebensmitteln eingesetzt werden, erklärt der NASA-Erzeuger Gioia Massa. Pflanzenwachstums-LEDs wurden erstmals in den 1980er Jahren im Rahmen von NASA-Experimenten eingesetzt. Laut Massa spart diese Technologie heutzutage enorme Mengen an Energie bei der Produktion von Gewächshauspflanzen.
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Die NASA arbeitete auch mit Florikan zusammen. Dieses Unternehmen entwickelt polymerbeschichtete Düngemittel, die langsam und allmählich Nährstoffe freisetzen. Dies trägt dazu bei, das Abfließen von Dünger in die Umwelt zu verringern und Umweltschäden zu verringern. Laut Massa wurden Düngemittel erfolgreich im Weltraum eingesetzt und haben sich auf der ISS bewährt. Obwohl sie für die weitere Verwendung im Weltraum vorgesehen sind, werden sie auch erfolgreich in der kommerziellen Landwirtschaft eingesetzt.
Einige Umweltinnovationen sind nur entstanden, weil die NASA auf ein verantwortungsbewusstes Umweltmanagement hinarbeitet, sagt Daniel Lockney, Leiter Technologietransfer. Das Bauen von Weltraumgeräten auf der Erde ist ein chaotisches Geschäft. Kraftstoffe, Farben, Lösungsmittel und andere giftige Stoffe können in die Umwelt freigesetzt werden. Aus diesem Grund hat die NASA emulgiertes Eisen mit null Valenz (EZVI) entwickelt, ein Material, das an chlorierten Lösungsmitteln im Grundwasser „haftet“. Ursprünglich wurde es zur Sanierung von Startplätzen verwendet, aber nach und nach wurde es im Rahmen des Superfund-Programms der Regierung in Chemiefabriken und stark kontaminierten Standorten eingesetzt.
Kosmonauten und Erdbewohner brauchen gleichermaßen Trinkwasser. Vergiftetes Wasser tötet jedes Jahr Millionen von Menschen, und alle Mittel sind gut, um diese Tragödie zu verhindern.
Ein gutes Beispiel dafür, wie die NASA dieses Problem lösen kann, ist das mikrobiologische Rückschlagventil. Das System wurde ursprünglich für amerikanische Raumfahrzeuge entwickelt, aber seine verbesserte Version ist an Bord der ISS installiert, um zu verhindern, dass schädliche Mikroben in die Trinkwassertanks gelangen. Andere Modifikationen wirken auf der Erde und halten das Wasser in verschmutzten Gebieten ohne Zugang zu Elektrizität sauber - und in Zahnarztpraxen. (Erinnern Sie sich an die Flüssigkeit, mit der Sie Ihren Mund ausspülen, nachdem Sie Ihren Arzt aufgesucht haben? Nun, dieses Wasser wurde der gleichen Reinigung unterzogen, um das Risiko oraler Infektionen zu minimieren.)
Roberson und Melanie Pickett, eine promovierte NASA-Wissenschaftlerin, arbeiten an Wasseraufbereitungssystemen für die Raumfahrt, einschließlich der ISS. Abwasser wird jetzt mit Chemikalien behandelt. "Aber diese Chemikalien sind nicht nachhaltig", sagt Roberson. Das System muss ständig von der Erde nachgefüllt werden. Er und Pickett entwickeln neue Systeme, bei denen Pflanzen und Mikroben zur Abfallverarbeitung eingesetzt werden. Letztendlich wird sich dies als ein neues Wort in der Arbeit von Toiletten und Klärgruben auf der Erde herausstellen.
Wie bei Wasser ist es alles andere als einfach, atmungsaktive Luft zu einer unbegrenzten Ressource im Weltraum zu machen. Auf der ISS wird Sauerstoff traditionell aus Wasser gewonnen - er muss ständig von der Erde gebracht werden, was teuer und verschwenderisch ist. Seit 2018 versucht die Europäische Weltraumorganisation (ESA), die Situation mit einem neuen, fortschrittlichen System zu ändern, das Kohlendioxid aus der Atmosphäre der Raumstation entfernt, Sauerstoff freisetzt, um die Atemluft wieder aufzufüllen, und Wasser spart.
Obwohl in unverhältnismäßig großem Umfang und mit unterschiedlichen betrieblichen Anforderungen, werden Kohlenstoffabscheidungssysteme auf der Erde als Teil einer umfassenden Lösung für Klimaprobleme sehr nützlich sein. Für den Weltraum entwickelte Technologie könnte auf der Erde funktionieren.
Zufällige zusätzliche Effekte
Eines der Hauptprinzipien all dieser Innovationen ist, dass nichts verschwendet wird. Im Weltraum, so Massa, wird sogar Abfall als wertvolle Ressource angesehen und es ist rücksichtslos, ihn zu entsorgen. Dies ist die Basis für Systeme mit geschlossenem Regelkreis: Im Idealfall werden alle Komponenten ausnahmslos verarbeitet und es entsteht überhaupt kein Abfall. Stellen Sie sich ein versiegeltes Terrarium vor, in dem Miniatur-Pflanzenökosysteme jahrzehntelang ohne die geringste Störung von außen leben und gedeihen.
Das Projekt Microecological Life Support System Alternative oder Melissa (MELiSSA) folgt strikt diesem Prinzip. Mit Hilfe einer kontinuierlich verbesserten Pilotanlage in Barcelona arbeitet dieses Projekt unter der Schirmherrschaft der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) an der Schaffung eines geschlossenen biologischen Lebenserhaltungssystems.
Die Pilotanlage, die mithilfe der Photosynthese Abfälle verarbeitet, Luft reinigt, Sauerstoff liefert und Lebensmittel produziert, wird nicht von Astronauten, sondern von Ratten bewohnt. Während ihrer Arbeit haben sich bereits mehrere Tiergenerationen verändert, und bisher gab es keine Opfer unter ihnen. Eine Reihe von Melissa-bezogenen Experimenten - zum Beispiel Artemiss, die aus der Photosynthese Lebensmittelbiomasse und Sauerstoff produzieren - werden auf der ISS erfolgreich durchgeführt.
Das Projekt wurde 1989 ins Leben gerufen, um ein lebenserhaltendes System für die Besatzung auf einer langen interplanetaren Reise bis Mitte der 2020er Jahre zu schaffen. Die Ergebnisse sind vielversprechend, sagt Christophe Lasseur, Leiterin von Melissa bei der ESA. Zum Beispiel kann dieselbe Urinreinigungstechnologie auf abgelegene Gebiete und Katastrophenorte angewendet werden, wodurch Geld für den kostspieligen Transport von Trinkwasser aus der Ferne gespart wird.
Hohe Ideale sind eine Sache, aber das Kriterium aller Wahrheit ist die Praxis. Nicht alle Innovationen werden realisiert, und außerdem ist es sicherlich nicht über Nacht. Wie Robertson erklärt, dauert es durchschnittlich sieben bis zehn Jahre, bis seine eigenen Erfindungen das kommerzielle Niveau erreichen. Melissa ist seit 50 Jahren konzipiert.
Wir müssen geduldig sein. "Eigentlich ist das sehr weitsichtig", sagt Lockney. „Wir haben keinen Zweifel daran, dass das Wasser nass ist. Wenn wir also in neue Experimente investieren, erhalten wir früher oder später Erfindungen, die der gesamten Menschheit zugute kommen."
Die Innovationen unterstreichen nur die Notwendigkeit, in Design- und Entwicklungsarbeiten zu investieren. "Das Merkwürdigste an der Wissenschaft ist, dass man nie weiß, was am Ende passieren wird", sagt Marvel. Am Ende ahnte niemand, dass das Internet und der Large Hadron Collider aus demselben Bestreben hervorgehen würden.
Abgesehen von den langen Vorlaufzeiten und dem Element der Unvorhersehbarkeit hat die Astronautik bereits dazu beigetragen, eine Reihe effektiver (wenn nicht revolutionärer) Verbrauchertechnologien zu entwickeln. Warum sind sie der Öffentlichkeit noch wenig bekannt? Chad Anderson, CEO der Risikokapitalgruppe Space Angels, glaubt, dass ein Teil davon auf schlechtes Marketing zurückzuführen ist.
Anderson glaubt, dass der Technologietransfer aus dem Weltraum zu bedeutenden Fortschritten in der nachhaltigen Fertigung sowie in den profaneren Bereichen Verkehr, Gesundheitswesen und Kommunikation geführt hat. Das Problem ist, dass Raumfahrtagenturen ihre Erfolgsgeschichten nicht effektiv der Öffentlichkeit bekannt machen. "Raumfahrtunternehmen sind bekannt für ihre schlechte Eigenwerbung", sagt Anderson.
Ironischerweise, sagt Anderson, spiegelt die Bewältigung der aktuellen Situation eine noch größere Herausforderung wider. Nehmen wir zum Beispiel die NASA-Firmenzeitschrift Spinoff, die seit 1976 über technologische Innovationen berichtet. Trotz seiner soliden Abstammung bleibt das Magazin eine hochspezialisierte und unzugängliche Publikation - es wird fast nie gelesen und viele haben noch nie davon gehört. Um die Öffentlichkeit zu interessieren und den allgemeinen Leser zu erreichen, empfiehlt Anderson, die Beziehung zwischen Astronautik und Alltag klarer herauszustellen.
Schatz, ich habe den Planeten geschrumpft
Wie auch immer, Umweltinnovationen sind willkommen, aber wir können uns nicht allein auf technologische Lösungen verlassen. Das Land ist ziemlich lebenswert, sagt Marvel, und es gibt nichts zu bemühen, um zu Dosen zu gelangen. Glücklicherweise ermöglichen uns einige Projekte nicht nur, im Weltraum zu überleben, sondern helfen uns auch, unseren eigenen Planeten besser kennenzulernen.
Nehmen Sie die berühmte Biosphäre 2 in Arizona. In den 1990er Jahren fand hier ein hochmodernes Experiment statt: Sorgfältig ausgewählte Männer und Frauen wurden zwei Jahre lang in einen isolierten Lebensraum gebracht, um die Entwicklung ihrer Beziehungen und Ökosysteme zu beobachten (Biosphäre 1 wird als Erde verstanden).
Obwohl der größte Teil von "Biosphere-2" als eine Episode in Erinnerung blieb, in der der Sauerstoffgehalt so stark sank, dass das Leben der Bewohner in Gefahr war und Eingriffe von außen erforderlich waren, war das Experiment erfolgreicher, als es den Anschein hatte. Wissenschaftler haben viel über die Lebenserhaltungssysteme der Erde verstanden, und verschiedene wissenschaftliche Arbeiten ergossen sich wie ein Füllhorn. Dies war in der Tat die Idee: die verschiedenen Systeme der Erde zu verstehen, um den Planeten besser verwalten zu können, erklärt John Adams, der derzeitige stellvertretende Direktor der Einrichtung, die später an die Universität von Arizona überging.
Heute reproduziert der Standort mehrere Modellökosysteme - von naturalistischen Regenwäldern bis zur ozeanischen Masse. Durch die gemeinsame und individuelle Manipulation der verschiedenen Elemente dieser Ökosysteme versuchen Wissenschaftler zu verstehen, wie ihre realen Gegenstücke funktionieren (und zusammenbrechen).
An derselben Stelle, jedoch nicht im Rahmen des ersten Experiments "Biosphere-2", funktioniert das Observatorium für Landschaftsentwicklung. Es besteht aus drei massiven Strukturen, die am Hang des vulkanischen Basalts errichtet wurden und in vielerlei Hinsicht dem Gelände des Mars ähneln. Peter Troch, wissenschaftlicher Direktor von Biosphere 2, erklärt, dass das Observatorium hilft zu verstehen, wie man eine leblose Landschaft in etwas Nachhaltiges verwandelt. "Normalerweise sind die physische und die biologische Welt eng miteinander verbunden, und es ist nicht einfach, sie zu trennen, um die Dynamik ihrer Beziehungen zu verstehen und sie wieder zu verbinden", sagt Adams. Das Observatorium für Landschaftsentwicklung ist für diese "ökologische Öffnung" vorgesehen.
Während sich diese Arbeit hauptsächlich auf die Weltraumumgebung konzentriert, könnte das gewonnene Wissen dazu beitragen, die am stärksten degradierten Ökosysteme der Erde wiederherzustellen. „Ob im Weltraum oder auf der Erde, wir lösen dieselben Probleme“, sagt Daniele Laurini, Leiterin der ESA-Forschungssysteme.
Ein Verständnis der Erde ist hier von größter Bedeutung. "Wenn wir immer noch nicht verstehen, wie die irdischen Systeme funktionieren, dank denen wir leben und von denen wir abhängig sind, warum haben wir uns dann vorgestellt, dass wir sie neu erschaffen könnten?" Fragt Adams.
Weltraumtechnologien spielen sicherlich eine Schlüsselrolle - und das nicht nur in lebenserhaltenden Systemen. Schließlich beobachten wir dank derselben Satelliten den Planeten seit mehreren Jahrzehnten mit einem beispiellosen Detaillierungsgrad. Für Klimatologen und Umweltschützer war dies ein Wendepunkt, bemerkt Marvel.
Aber wenn wir die Erde lebensfähig halten - und wir sind bereits in der Lage, diese Krise zu lösen -, was ist dann der Sinn des Strebens nach den Sternen? Wir können auf dem Mars Sauerstoff produzieren, damit wir etwas zu atmen haben, oder auf dem Mond Salat anbauen, damit wir etwas haben, aber die Erde hat uns all dies bereits gegeben, sagt Massa. Vielleicht, überlegt sie, werden die Herausforderungen des Überlebens im Weltraum die Menschen dazu bringen, mehr von den Dingen zu schätzen, die wir zu Hause für selbstverständlich halten.
Robin George Andrews
