Nachhaltigkeit in der Raumfahrt kann die Bemühungen hier auf der Erde unterstützen

Dr. Angelo Vermeulen ist Raumfahrtsystemforscher an der Technischen Universität Delft in den Niederlanden, wo er fortschrittliche Konzepte für die interstellare Erforschung erforscht. Im letzten Jahrzehnt hat er eng mit dem MELiSSA-Programm der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) zusammengearbeitet und Konzepte für bioregenerative Lebenserhaltungssysteme für den Weltraum entwickelt. In solchen Systemen zersetzen verschiedene Mikroorganismen nach und nach menschliche Ausscheidungen und die dabei entstehenden Verbindungen werden von Pflanzen genutzt, um Sauerstoff und Nahrung für die Besatzung zu produzieren.

Über seine wissenschaftlichen Aktivitäten hinaus ist Dr. Vermeulen auch ein versierter Künstler und Mitbegründer des Kollektivs SEADS (Space Ecologies Art and Design). SEADS schafft Kunstwerke, die Konzepte und Technologien aus verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen, darunter Biologie, Neurowissenschaften, Informatik und Astrophysik, nahtlos integrieren.

Er ist Autor eines kürzlich veröffentlichten Buches Grenzen in der Astronomie und den Weltraumwissenschaften Artikel, in dem er und seine Co-Autoren ein neues Modell beschreiben, das theoretisch alle benötigten Nahrungsmittel und Sauerstoff bei Langzeit- und Fernraummissionen produziert und so die Notwendigkeit einer Nachlieferung von der Erde überflüssig macht. In diesem neuesten Beitrag zur Frontier Scientists-Reihe hat er uns über seine aktuelle Forschung informiert.

Was hat Sie dazu inspiriert, Forscher zu werden?

Seit ich denken kann, habe ich mich schon immer für Wissenschaft und Forschung interessiert. Als ich acht Jahre alt war, wusste ich, dass ich Biologe werden würde, und begann mit dem Bau meines eigenen Miniatur-Heimlabors. Ich habe mein eigenes Mikroskop gekauft (das immer noch in meinem Büro steht) und das hat mir eine ganz neue Welt eröffnet. Im Alter von zwölf Jahren gründeten ein Freund und ich unser Wissenschaftsmagazin „Know“ und verkauften Exemplare in der Schule. Ich habe mich hauptsächlich mit Biologie und Weltraumforschung befasst. Beide Bereiche waren für mich äußerst faszinierend und es ist im Wesentlichen das, was ich derzeit als Forscher an der TU Delft beschäftige.

In meinen prägenden Jahren entwickelte ich auch ein tiefes Interesse an den Künsten und vertiefte mich in Fotografie, Kino und Literatur. Während meiner Biologie-Doktorarbeit besuchte ich eine Kunstschule und absolvierte ein vierjähriges Fotografieprogramm, das sich natürlich zu Video- und Installationskunst entwickelte. Derzeit kombiniere ich Praktiken und verbinde wissenschaftliche Forschung mit künstlerischem Schaffen.

Können Sie uns etwas über die Forschung erzählen, an der Sie derzeit arbeiten?

Zusammen mit meinen Mitarbeitern entwickle ich Computermodelle für Systeme zur interstellaren menschlichen Erforschung. Können wir uns ein bemanntes Raumschiff vorstellen, das mehrere Jahrzehnte lang ohne Nachschubmöglichkeiten im Weltraum unterwegs ist? Was müssten solche Systeme benötigen, um robust genug zu sein, um mit dem hohen Maß an Unsicherheit zurechtzukommen, das während einer Mission durch unbekannte Gebiete auftritt? Wie würde die Architektur solcher Systeme aussehen?

Eine der Voraussetzungen wird die Integration eines bioregenerativen Lebenserhaltungssystems (BLSS) sein. Diese Idee geht auf Konstantin Tsiolkovsky zurück, der sich Pflanzen vorstellte, die in einem raketenförmigen Raumschiff wachsen, um die Astronauten zu ernähren.

In unserer aktuellen Forschung entwickeln wir ein agentenbasiertes Modell (ABM) des MELiSSA-Loops, der ESA-Version eines BLSS. Dieser Modellierungsansatz wird verwendet, um die Interaktionen einzelner Agenten innerhalb eines Systems zu simulieren, um zu verstehen, wie sie zu entstehenden Mustern auf kollektiver Ebene führen.

In unserem ABM repräsentieren die Agenten Besatzung, Bioreaktoren und Anlagenparzellen, jeweils mit ihren eigenen Regeln und Verhaltensweisen. Die Grundlage des ABM ist eine detaillierte Beschreibung der wichtigsten chemischen Pfade im gesamten BLSS. Da wir an vollständig autonomen Systemen interessiert sind, besteht die Herausforderung darin, den Kreislauf zu schließen und sicherzustellen, dass der gesamte Sauerstoff- und Nahrungsbedarf der Besatzung gedeckt wird.

Diese Forschung ist Teil der E|A|S (Evolving Asteroid Starships) Projekt, das ich vor einigen Jahren initiiert habe. In diesem Projekt erforschen wir den Nutzen bioregenerativer Systeme und bioinspirierter Technik für die generationenübergreifende Erforschung des Weltraums.

Warum ist Ihrer Meinung nach Ihre Forschung wichtig?

Das Nachdenken über geschlossene Kreislaufsysteme ist auch für das Leben auf der Erde äußerst wertvoll. Es handelt sich um einen Ansatz, der Abfälle radikal reduzieren oder sogar eliminieren könnte und vollständig in das Konzept der Kreislaufwirtschaft passt. Ich nenne diesen Ansatz „molekulare Nachhaltigkeit“. Es ist eine Linse, um Nachhaltigkeit auf der kleinsten Ebene zu betrachten: Moleküle und Atome. Es erzeugt eine andere Sensibilität und ermöglicht es uns, die Welt und ihren Materialfluss viel vernetzter zu betrachten.

Gibt es häufige Missverständnisse über diesen Forschungsbereich? Wie würden Sie sie ansprechen?

Eines der größten Missverständnisse, mit denen ich mich oft auseinandersetzen muss, ist der wahrgenommene Gegensatz zwischen Weltraumforschung und Klimawandel. Ist es nicht eine Verschwendung, in den Weltraum zu fliegen, während wir hier auf der Erde so viele Probleme mit unserem Klima haben? Allerdings handelt es sich dabei nicht um ein Nullsummenspiel. Im Gegenteil: Wir haben den Klimawandel tatsächlich durch die Erforschung des Weltraums entdeckt – mithilfe von Erdbeobachtungssatelliten. Und wir brauchen Weltraumtechnologie, um die Erde angemessen zu verwalten und ihre Zukunft zu sichern. Unser Leben auf der Erde und das Leben im Weltraum sind untrennbar miteinander verbunden. Darüber hinaus wird bei einem Flug ins All die Schönheit und Einzigartigkeit unseres Planeten noch deutlicher. Es wird oft gesagt, dass das berühmte „Earthrise“-Foto aus der Apollo-Ära die Umweltbewegung ins Leben gerufen hat.

Welche Forschungsbereiche würden Sie in den kommenden Jahren gerne in Angriff nehmen?

Der nächste Schritt unserer Forschung ist die Multimodellierung: die Verknüpfung verschiedener Modelltypen, um ein ganzheitlicheres Verständnis der von uns untersuchten Fragen zu erlangen. Neben dem ABM haben wir auch ein Modell entwickelt, das das Verhalten einer sich selbst replizierenden Weltraumarchitektur für die interstellare Erforschung beschreibt. Es wäre wunderbar, alle unsere Arbeiten der letzten Jahre in einer einzigen virtuellen Werkbank zusammenzuführen.

Ich denke, wir müssen uns auch stärker auf die Anwendung geschlossener und bioregenerativer Systeme hier auf der Erde konzentrieren und mehr Anstrengungen unternehmen, um das große Problem der Lebensmittelverschwendung anzugehen. Nach Angaben der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen gehen jährlich unglaubliche 1,3 Milliarden Tonnen Lebensmittel verloren oder werden verschwendet. Dieses Problem ist angesichts der wachsenden Weltbevölkerung und der gleichzeitigen Herausforderungen der Ernährungsunsicherheit und der Umweltzerstörung besonders alarmierend. Die Annahme einer auf „molekulare Nachhaltigkeit“ ausgerichteten Denkweise scheint für die Lösung dieses Problems von entscheidender Bedeutung zu sein.

Darüber hinaus denke ich, dass wir einen ehrgeizigeren und gerechteren Ansatz benötigen, um die Menschheit in den Weltraum zu befördern, und zwar nicht durch politische Motive oder Konkurrenz, sondern als einheitliches gemeinschaftliches Unterfangen.

Wie hat Open Science zur Reichweite und Wirkung Ihrer Forschung beigetragen?

Offene Wissenschaft ist von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung einer globaler informierten Gesellschaft. Da ich mit Menschen aus sehr unterschiedlichen Bereichen sowohl innerhalb als auch außerhalb der Wissenschaft zusammenarbeite, ist es wichtig, dass meine Arbeit für alle zugänglich ist. Dieses Engagement für Offenheit beschleunigt nicht nur den Wissensfortschritt, sondern fördert auch einen kollaborativen Geist, der Grenzen überschreitet und die kollektive Vorstellungskraft bereichert.