Warum man Mars-Astronauten am besten in das Reich der Träume schickt

Die ESA forscht daran, wie Mars-Raumfahrer den langen Flug zum Roten Planeten am besten "überwintern" könnten und nimmt das Ganze wortwörtlich

Bis dem Roten Planeten die ersten "echten Marsmenschen" die Aufwartung machen, bis erstmals Abgesandte von der Erde im fremdartigen, rötlichen Sand waten, werden noch viele Marsjahre durchs Sonnensystem ziehen. Zwar ist eine bemannte Marsmission technisch bereits heute machbar. Doch ist der bemannte Trip zum vierten Planeten des Sonnensystems noch reines Wunschdenken, da Geld an allen Ecken und Enden fehlt und die Missionskonzepte bislang nur auf dem Reißbrett Konturen gewonnen haben. Dabei erweist sich der Mensch selbst auf dem langen Weg zum Roten Planeten als größtes Hindernis. Aber dieses Problem lässt sich nach Ansicht der ESA lösen, indem man die Astronauten einfach in Tiefschlaf versetzt. Im Rahmen des Ariadna-Programms des Teams für Fortschrittliche Konzepte (ACT) läuft die erste Testreihe: Ein Team von der Universität Verona führt die ESA-Studie durch, die dem Winterschlaf bei Säugetieren und dessen Relevanz für mögliche Hibernationszustände des Menschen nachgeht.

Mars - Planet des Lebens? Bild

Wenn die Mikrogravitation die Oberhand gewinnt, beginnt für Astronauten die unerträgliche Leichtigkeit der Schwerelosigkeit. Abseits der irdischen Gravitation nehmen die gravierenden Folgen der Schwerelosigkeit zum Nachteil der Raumfahrer stark an Gewicht zu. Der Mensch und nicht die Technik ist das anfälligste und schwächste Glied in der Raumfahrt.

Fakt ist: Bislang lässt sich noch nicht vollends abschätzen, inwiefern ein langjähriger All-Aufenthalt Körper und Psyche der Astronauten verändert. Von den Shuttle- und MIR-Aufenthalten ist zwar bekannt, dass selbst robuste Astronauten auf die folgenschwere Leichtigkeit der Schwerelosigkeit vorübergehend mit Gleichgewichtsstörungen und Übelkeit reagieren ("Weltraumkrankheit"). Langfristig hingegen dürften die Folgen weitaus komplexer sein. Und sie fallen besonders ins Gewicht, weil eine Reise zum Mars mit einem chemischen Antrieb je nach Missionskonzept zwischen 350 und 900 Tagen dauert.

Zum Roten Planeten, dessen Entfernung zur Erde je nach Umlaufbahn zwischen 56,8 und 399,4 Millionen Kilometer beträgt, führen mehrere Routen, die sich durch Länge, Reisezeit und Energieaufwand unterscheiden. Sicher ist nur, dass das Mars-Team insgesamt ein Jahr in Schwerelosigkeit (Hin- und Rückflug jeweils sechs Monate) und bis zu 18 Monate auf dem Mars, auf dem nur ein Drittel der Erdanziehung herrscht, schadlos überstehen müsste. Nicht zuletzt deshalb bestimmt der Kampf gegen Gleichgewichts- und Appetitstörungen sowie Knochen- und Muskelschwund den Tagesablauf der Crew.

Die bisherige Erfahrung lehrt, dass trotz des härtesten Fitnessprogramms und ungeachtet eines täglich zweistündigen Trainingspensums die Muskeln und Knochen der Raumfahrer sukzessive verkümmern. Ebenso wenig lässt sich der Kalziumverlust in den Knochen (bis zu 15 Prozent) bremsen. Und da im All die körpereigene Flüssigkeit nicht mehr durch die Schwerkraft nach unten gezogen wird, verteilen sich etwa zwei Liter aus den Beinen in die obere Körperhälfte; mit dem Effekt, dass das Gesicht aufgedunsen ist. Da außerdem auch die Schleimhäute anschwellen und im Gegenzug die Beine dünner werden, ist es nicht mehr verwunderlich, dass dabei auch die Libido auf der Strecke bleibt, wie der deutsche Wissenschaftsastronaut Ulrich Walter, der im April 1993 mit der D2-Mission (STS-87) im Orbit war, aus eigener Erfahrung bestätigt: "Wir dachten alle an alles Mögliche - nur an das Eine nicht."

Gefährliche Strahlung, Viren und unberechenbare Psyche

Eine andere ernstzunehmende Gefahr ist die hochenergetische Strahlung, die auf die Mars-Besatzung (und anderen bemannten Missionen) in Form von kosmischer Strahlung, aber auch infolge zahlreicher Sonneneruptionen permanent niederprasselt. Mittlerweile kursieren sogar Pläne, wonach ausschließlich ältere Menschen zum Mars geschickt werden sollen, da wegen deren geringerer Rest-Lebenserwartung ernsthafte Strahlenschäden nicht mehr zum Tragen kämen.

3-D-generierte Aufnahme der High Resolution Stereo Camera (HRSC) des Mars Express Orbiters. Zu sehen ist ein Teil von Ophir Chasma (Valles Marineris Canyon). Werden hierin eines Tages Menschen waten? Bild

Weitere Risiken erschweren eine Mission: So ist bekannt, dass in dem Speichel von Astronauten die Konzentration des Epstein-Barr-Virus im Gegensatz zu irdischen Testpersonen um das Vierzigfache höher ist. Dieser eigentlich ungefährliche Virustyp, der bei vielen Menschen in den weißen Blutkörperchen sitzt, wird nur in bestimmten Stresssituationen aktiv. Für Marsreisende könnte er jedoch zum ernsthaften Problem "mutieren". Zumal Viren und andere Erreger in Raumschiffen längst zum lebenden Inventar gehören. Im schwerelosen Milieu und auf engstem Raum fühlen sich die Mikroben pudelwohl, können sie doch auf diese Weise die geschwächten Immunsysteme der Raumfahrer besonders leicht überlisten.

Eine mehrjährige Mars-Mission kann sich auch nachhaltig auf die Psyche der Astronauten auswirken. Wenn soziale Isolation, Langweile, Streitereien an Bord - gefördert durch die räumliche Enge - sich anstauen und kein Ventil finden, sind Eskalationen programmiert. Frühere Raumflüge haben gezeigt, dass Besatzungen in der Regel nach 30 Tagen eine gegenseitige Abneigung entwickeln oder ihren Frust an die Bodenstation weiterleiten.

Ohnehin weiß keiner so recht, ob sich bei den Marsreisenden nach einer gewissen Zeit jener Rauschzustand einstellt, den Tiefseetaucher und Fallschirmspringer als "Break-off-Effekt" fürchten. Angesichts der Ausnahmesituation, dass Marsreisende zum ersten Mal die Nabelschnur zur Erde komplett durchtrennen, könnte es zu einem interplanetaren "Break-off" kommen. Wie reagiert ein Mensch, der seinen Heimatplaneten über ein Jahr lang nur als kleinen Punkt wahrnimmt? Auf jeden Fall wird die Bordapotheke auch einen großen Bestand an Psychopharmaka haben müssen.

Unklar ist zudem, wie die Besatzung auf eine schwere Krankheit oder gar einen Todesfall eines Kollegen reagiert. Wird die Crew mit der belastenden Situation ganz allein fertig? Wer füllt das Aufgabenfeld des verstorbenen Kollegen aus?

Auch rein technische Störungen sind denkbar. Unvorhersehbare Zwischenfälle wie etwa technische Defekte, Computerausfälle oder Zusammenstöße mit Mikrometeoriten können das Raumschiff beschädigen und steuerungsunfähig machen. Ein Defekt an der Wohn- und Landeeinheit könnte das ohnehin komplizierte Landemanöver auf dem Mars erschweren. Unberechenbare Sand- und Wirbelstürme sowie Felsspalten, die auf dem Roten Planeten keine Seltenheit sind, können bei den notwendigen Außenarbeiten lebensgefährliche Situationen heraufbeschwören.

Nicht auszuschließen ist eine Kontamination mit winzig kleinen Nanopartikeln, die beim Einatmen Lungenkrankheiten verursachen können. Da auf dem Mars kein flüssiges Wasser existiert, das Staub binden oder fortspülen könnte, wirbelt jeder Schritt eines Astronauten feinpulvrige Staubwolken auf, die Helmvisiere verkratzen, Raumanzüge verkleben, Kurzschlüsse hervorrufen oder sogar die Elektrizitätsversorgung lahm legen können.

Handfeste Ehekrisen ungewünscht

Für die Moral der Crew nahezu lebensnotwendig ist ein stetige Verbindung zur Heimat in Form von regelmäßigen Bildschirmtelefonaten mit den Lieben daheim. Freilich müssen auch hier kommunikative Abstriche gemacht werden, weil aufgrund der großen Distanz jede Nachricht vom Mars mindestens 20 Minuten unterwegs wäre, bis sie ihren Adressaten erreicht und vertrauliche Gespräche unter vier Augen kaum möglich wären. Natürlich müssen Nahrungs-, Luft-, Wasser- und Nährstoffquellen absolut zuverlässig sein.

Fiele nur ein Element des Lebenserhaltungssystems aus, wäre die Crew unweigerlich verloren. Aber nicht nur das pure Überleben allein, sondern auch ein gewisser Luxus und Komfort muss gewährleistet werden. Abwechslungsreiche Kost, lebendiges Design, bequeme, farbenfrohe Möbel, gute Frischluftzufuhr, gut funktionierende sanitäre Einrichtungen bis hin zu abwechslungsreichen Freizeitaktivitäten - das ist das Mindeste, was den Astronauten für die lange Fahrt mit auf dem Weg gegeben werden muss.

Der Wunsch nach Privatsphäre ist ebenso wichtig wie die Berücksichtigung sexueller Bedürfnisse. Deswegen sollte nach Ansicht von Experten die Besatzung ohnehin aus verheirateten Paaren bestehen. Es müssten aber sehr gut funktionierende Beziehungen sein, weil bereits eine handfeste Ehekrise den Missionserfolg gefährden könnte.

Kälteschlaf à la "Alien"

Es gibt aber einen geschickten Weg, all diesen Problemen elegant vorzubeugen. Das Rezept hierfür ist nicht neu, eher ein alt bekanntes Motiv aus Science-Fiction-Filmen: Man versetzte die Crew einfach in einen künstlichen Winterschlaf, so wie es die Regisseure in "2001: A Space Odyssey" oder in "Alien" inszenierten. Erreicht das Raumschiff seinen Zielplaneten etc., erwacht die Mannschaft aus ihrem Kälteschlaf, steigt erfrischt aus ihren Kojen und macht sich ausgeruht an die Arbeit.

Im Tiefschlaf zum Roten Planeten? Bild

Mögen Manche dieses Phänomen, das sich "Hibernation nennt, in das Reich der SF-Legenden verweisen - ESA-Wissenschaftler der Universität Verona sehen dies ganz anders. "Mit anwendbaren Hibernationstechniken ist frühestens in zehn Jahren zu rechnen", verkündet Dr. Mark Ayre vom ACT der ESA.

Ayre und sein Team testen derzeit die Möglichkeit, Menschen durch eine chemische Substanz in eine Art künstliche Winterstarre bzw. jahrelangen Kälteschlaf zu versetzen. Kein Scherz, sondern eine von der ESA ernst gemeinte Vision, die in nicht allzu ferner Zukunft Realität werden könnte. Vieles hängt davon ab, ob die Wissenschaftler des im Europäischen Zentrum für Weltraumforschung und -technologie (ESTEC) angesiedelten Teams für Fortschrittliche Konzepte (ACT), die bereits heute den Forschungsfahrplan ausarbeiten, einen langen Atem haben. Denn der Weg zum Ziel ist lang. Bis die ersten praktisch verwertbaren Resultate vorliegen, ist noch viel Forschungs- und Entwicklungsarbeit notwendig.

Astronauten auf Sparflamme

Um ihrem Ziel näher zu kommen, setzen die Wissenschaftler auf Biomimikry, d.h. auf die Entwicklung von Methoden sowie Lösungen durch Beobachtung und Nachahmung von Pflanzen und Tieren. In der Natur sind Winterschlaf, Winterstarre oder ähnliche Zustände gängige Strategien, mit denen ein Organismus sein Überleben in lebensfeindlicher Umgebung sichert. Der Trick besteht darin, den Energieverbrauch des eigenen Körpers dem äußerst geringen Ressourcenangebot des Umfeldes anzupassen. Das betreffende Tier fährt seine Lebensfunktionen herunter und der Metabolismus pendelt sich auf ein neues Gleichgewicht im extremen Energiesparmodus ein.

Schlafend alle potenziellen Krisen überwintern, die während einer langen interplanetaren Mission an Bord entstehen könnten? Bild

Astronauten in den Reich der Träume schicken bedeutet, deren Leben ebenfalls auf Sparflamme zu setzen. Dabei werden Herzschlag, Atemfrequenz, Körpertemperatur und Stoffwechsel drastisch herabgesetzt. Die Folge: Der Organismus verfällt in eine Art Starre, Dauerschlaf oder zeitweiliges Koma. Während die Körpertemperatur hierbei oft nur wenige Grad Celsius über null liegt, fällt der Puls von mehreren Hundert auf drei bis vier Schläge pro Minute und der Sauerstoffverbrauch sinkt zugleich auf gerade mal zwei Prozent des Normalbedarfs.

Noch basieren die Forschungen auf einer Untersuchungsreihe, bei der die Hibernationsmechanismen von winterschlafenden Säugetieren analysiert wurden. Hierbei isolierten die Forscher ein Protein aus Blut der Winterschläfer, das die Verlangsamung der Lebensfunktionen auslöst. Die chemische Beschaffenheit dieses als "Hibernation Induction Trigger" oder kurz HIT bezeichneten Winterruhehormons ist noch nicht vollständig geklärt. Das Interesse der Forscher gilt derzeit einem Stoff, der dem HIT sehr ähnlich ist und synthetisch hergestellt werden kann, dem "D-Leu-Enkephalin" oder kurz DADLE.

Versuche an Tieren wenig erfreulich

Als opiumähnliche Verbindung kann DADLE beispielsweise bei Erdhörnchen auch im Sommer den Winterschlaf auslösen. Immerhin haben Biggiogera und sein Team bereits herausgefunden, dass DADLE auch menschliche Zellen quasi auf Zeitlupe schaltet, d.h. den Zellstoffwechsel sowie die intrazellulären Teilungsaktivitäten verlangsamt. "Wir wissen zwar noch nicht, ob es funktioniert", meint Marco Biggiogera von der Universität Pavia gegenüber Nature. "Aber diese Idee ist keineswegs abwegig."

Vor kurzem sind Versuchsreihen angelaufen, in denen der Stoff Säugetieren verabreicht wird, die natürlicherweise keinen Winterschlaf halten. Die Wissenschaftler in Verona haben die Substanz zunächst an Ratten erprobt und dabei Herzschlag und Gehirnaktivität der Tiere aufgezeichnet. Ergebnisse liegen noch nicht vor, die erhobenen Daten werden aber derzeit ausgewertet.

Auch wenn die ESA damit argumentiert, dass der extrem herabgesetzte Sauerstoff-, Nahrungs- und Platzbedarf der schlafenden Raumfahrer Größe und Startgewicht des Raumschiffs und damit die Missionskosten erheblich senken könnte, dürften die Tierversuche vielen Tierschützern und Tierfreunden sicherlich wenig schmecken. Daher ist zu wünschen, dass die Tiere die ganzen Versuchsreihen heil überstehen. Ähnliches wünscht man aber auch den Astronauten auf ihrer langen Reise zum Roten Planeten, die laut Aurora-Plan der ESA so ungefähr 2030 zum Mars aufbrechen sollen.

http://www.heise.de/tp/artikel/18/18469/1.html