Ein Raumschiff zum Mond oder Mars zu bringen, ist buchstäblich Raketenwissenschaft. Während die Raketenwissenschaft dabei hilft, das Raumschiff zum Mond zu bringen, sind andere Bereiche der Wissenschaft erforderlich, um das Leben zu erhalten und Aktivitäten während Reisen zum Mond und auf der Mondoberfläche zu ermöglichen. Experimente an Bord der Internationalen Raumstation dienen als Grundlage für einen Großteil dieser Wissenschaft und tragen dazu bei, eine Grundlage für die Artemis-Missionen zu legen.
Am 16. November startete die NASA die Raumsonde Orion auf der Rakete des Space Launch System (SLS) zum Artemis-I-Flugtest. Während der unbemannte Flug der NASA helfen wird, die Leistung der Rakete und des Raumfahrzeugs in der Weltraumumgebung zu verstehen, arbeitet die Agentur auch daran, die Fähigkeiten zu entwickeln, die für zukünftige Artemis-Missionen benötigt werden. Diese Missionen werden Astronauten auf die Mondoberfläche zurückbringen, die Infrastruktur entwickeln, die für eine langfristige Präsenz auf dem Mond erforderlich ist, und als Sprungbrett für die Entsendung von Astronauten zum Mars dienen.
Artemis-Astronauten müssen im Weltraum leben und arbeiten und während tage- oder wochenlanger Expeditionen die Mondoberfläche durchqueren. Laufende wissenschaftliche Untersuchungen und Technologiedemonstrationen auf der Internationalen Raumstation können dazu beitragen, Lösungen für viele der Hürden zu finden, die mit Missionen zum Mond und Mars verbunden sind.
Hier erfahren Sie, wie einige der Arbeiten im Orbitallabor dazu beitragen könnten, die Herausforderungen anzugehen, die uns auf unserer Reise zurück zum Mond, zum Mars und darüber hinaus bevorstehen.
Die Herausforderung: Begrenztes Nahrungsangebot
Die Lösung: Hydroponischer und aeroponischer Nahrungsanbau
Menschen brauchen Nahrung und Wasser zum Überleben, aber während längerer Missionen können die Qualität und der Nährwert von verpackten Lebensmitteln abnehmen. Eine ausreichende Menge an Nahrung ist unerlässlich, um die Besatzung während Missionen auf dem Mond und im Sonnensystem zu ernähren und zu ergänzen. Das eXposed Root On-Orbit Test System (XROOTS)-Experiment der Raumstation verwendet aeroponische und hydroponische Systeme, um frische Lebensmittel ohne die Notwendigkeit traditioneller Wachstumsmedien anzubauen. Die Ergebnisse könnten zu groß angelegten Lebensmittelproduktionssystemen führen, während die Gewichtsanforderungen für diese Systeme gesenkt werden und frische Lebensmittel auf den Markt gebracht werden müssen, wodurch mehr Platz für andere wertvolle Fracht geschaffen wird. Derzeit bietet die Raumstation die einzige Möglichkeit, das Pflanzenwachstum in der Mikrogravitation zu untersuchen und letztendlich Technologien zur Maximierung der Pflanzenproduktion zu entwickeln. Hier vor Ort könnte XROOTS durch die Verbesserung des Pflanzenanbaus zu einer verbesserten Ernährungssicherheit beitragen.
Die Herausforderung: Begrenzte Wasserversorgung
Die Lösung: Neue Wasserrückgewinnungstechniken
Wasser macht etwa 60 % des menschlichen Körpers aus und ist entscheidend für Gesundheit, Hygiene und Bewässerung. Um genügend Wasser für Langzeitmissionen bereitzustellen, müssen die Systeme etwa 98 % des von der Besatzung verbrauchten Wassers zurückgewinnen. Auf der Raumstation arbeiten Forscher an diesem Ziel. Ein Gerät, das getestet wird, ist das ECLSS: Brine Processor System, das eine Technologie zur Rückgewinnung von zusätzlichem Wasser aus dem Urin der Besatzung und zur Reduzierung von Wasserverschwendung demonstriert. Spezielle Membranen im System halten Verunreinigungen zurück und leiten Wasserdampf in die Atmosphäre der Kabine, wo er aufgefangen und einem Wasseraufbereitungssystem zugeführt wird. Das System kann auch saubere Luft liefern und die Entwicklung von Technologien unterstützen, die für zukünftige Missionen benötigt werden. Die Methode hat potenzielle Anwendungen auf der Erde in abgelegenen Umgebungen mit begrenztem Zugang zu Wasser.
Die Herausforderung: Infrastruktur und Materialien, die zum Arbeiten und Wohnen benötigt werden
Die Lösung: 3D-Druck und verbesserter Zement
Astronauten, die unsere Galaxie erkunden, benötigen Ersatzteile, Werkzeuge und Materialien, die auf Abruf verfügbar sind. Eine kontinuierliche Frachtversorgung ist unpraktisch, da Missionen weiter von der Erde entfernt sind, aber kreative Lösungen wie 3D-Druck könnten die Antwort sein. 3D-Druck In Zero-G wurden Dutzende von Teilen auf der Station hergestellt, was beweist, dass additive Fertigung und 3D-Drucker in der Mikrogravitation funktionieren. Dieses Experiment könnte der erste Schritt zur Einrichtung einer Maschinenwerkstatt für Langzeitmissionen sein und sogar eine Möglichkeit bieten, Kunststoffmaterialien zu recyceln. Die Verbesserung des 3D-Drucks könnte auch für Industrien auf der Erde von Vorteil sein.
Lebensräume und Infrastruktur sind weitere wichtige Bestandteile des Lebens und Arbeitens im Weltraum. Microgravity Investigation of Cement Solidification (MICS) untersucht den komplexen Prozess der Zementhärtung. In Abwesenheit der Schwerkraft unterscheidet sich die Mikrostruktur von erstarrtem Zement erheblich von Beton, der auf der Erde ausgehärtet ist. Die Studie bewertet die Mikrostruktur und Materialeigenschaften von Zement und testet Reaktionen auf unterschiedliche thermische und mechanische Belastungen, was zu Möglichkeiten führen könnte, dieses Material zum Bau leichter Weltraumstrukturen zu verwenden. Die Ergebnisse könnten auch die Eigenschaften des auf der Erde verwendeten Zements verbessern und die bei seiner Herstellung entstehenden Kohlendioxidemissionen senken.
ESA-Astronaut Matthias Maurer testet das Bioprint FirstAid-Experiment des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) auf der Internationalen Raumstation. Das Gerät druckt bei Bedarf mithilfe von Biotinte, die aus den Zellen des Patienten hergestellt wird, ein individuelles Wundpflaster in 3D. Bildnachweis: NASA
Die Herausforderung: Begrenzter Zugang zu medizinischer Behandlung bei Verletzungen
Die Lösung: Benutzerdefinierte Wundpflaster
Im Weltraum gibt es kein Krankenhaus oder Krankenwagen, um einen Notfall zu rufen. Die Forschung im Orbiting Lab rüstet Besatzungen für Missionen aus, ohne dass eine sofortige medizinische Unterstützung erforderlich ist, indem innovative Technologien wie Bioprint FirstAid getestet werden. Dieses ESA-Experiment (Europäische Weltraumorganisation) demonstriert ein Gerät, das bei Bedarf mithilfe einer aus den Zellen des Patienten hergestellten Biotinte ein benutzerdefiniertes Wundpflaster in 3D drucken kann, eine Methode, die den Heilungsprozess beschleunigen könnte. Auf der Erde könnten solche maßgeschneiderten Wundpflaster Patienten personalisierte und tragbare Behandlungsoptionen bieten.
Dies sind nur einige der vielen Herausforderungen, die vor uns liegen, während wir uns auf Missionen zum Mond, Mars und darüber hinaus vorbereiten, und nur einige der möglichen Lösungen, die auf der Raumstation getestet wurden. Während die Artemis-Missionen daran arbeiten, eine langfristige Präsenz auf dem Mond aufzubauen, und die Raumstation ihr Jahrzehnt der Ergebnisse fortsetzt, sind Missionen, die Menschen weiter von der Erde wegbringen, näher als je zuvor.
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