Das Weltraumwurfzelt für eine Mond- oder Marsmission

SHEE Consortium, rendering-LSG, 2014

Barbara Imhof über das sich selbst entfaltende Habitat SHEE

Wenn eines Tages Menschen zum Mond zurückkehren oder zum Mars fliegen, brauchen sie dort eine Wohnung, in der sie arbeiten, aber auch mal die Beine hochlegen können. Und diese Wohnung sollten sie nicht selbst errichten müssen, sondern die sollte schon bezugsfertig auf sie warten. Roboter, die mit der Zuverlässigkeit und dem Geschick menschlicher Bauarbeiter mal eben ein Gebäude hochziehen, dürften allerdings auf absehbare Zeit nicht zur Verfügung stehen. Aussichtsreicher sind Unterkünfte, die selbst mit Robotiktechnologie ausgestattet sind und deren Komponenten sich selbstständig zusammenfügen können.

Das ist die Idee des EU-Projekts SHEE (Self-Deployable Habitat for Extreme Environments), das eine Art Wurfzelt fürs All entwickelt hat: Ein komplett ausgestattetes Habitat für ungemütliche Umgebungen, das sich automatisch entfalten und in Betrieb gehen kann. Koordiniert wurde das Projekt von der International Space University in Strassburg, wo das Habitat derzeit noch bis Ende des Jahres getestet wird. Verantwortlich für das Design war die Wiener Liquifer Systems Group. Deren für Weltraumarchitektur verantwortliche Ko-Direktorin Barbara Imhof erläutert im Interview die Hintergründe des Projekts.

Das Habitat SHEE soll zwei Personen für 14 Tage Unterkunft gewähren. Orientiert sich diese zeitliche Vorgabe am Tag-Nacht-Rhythmus des Mondes?
Barbara Imhof: Nein, das ist der gängige Zeitrahmen für eine kurzfristige Mission, die "nominal mission", wie es auf Englisch heißt. Man geht allgemein bei einer Rückkehr zum Mond oder der ersten bemannten Mission zum Mars zunächst von einer Aufenthaltsdauer von zwei bis drei Wochen aus. Das reicht, um sich einen ersten Überblick zu verschaffen.
Q Wie muss ich mir die Entwicklung des Designs vorstellen? Womit beginnt man?
Barbara Imhof: Wir haben uns zunächst einmal umgeschaut, was es schon alles an faltbaren Architekturen gibt, insbesondere in diesem eher kleinen Maßstab. Das Ergebnis war ein Dokument von etwa 100 Seiten Umfang, das Konzepte vom faltbaren Campingwagen bis hin zu militärischer Ausrüstung auflistete. Daraus haben wir Ideen herausdestilliert, die von der Größe her zu unserem Vorhaben passten. Bei der Größe wiederum haben wir uns an Überlegungen zu zukünftigen Schwerlastraketen für Marsmissionen orientiert, bei denen ein Durchmesser von sechs Metern angenommen wird. Da sollte das Habitat hineinpassen.
Das Ziel von SHEE war aber nicht, ein weltraumtaugliches Habitat zu entwerfen, sondern den ersten Schritt in diese Richtung zu vollziehen und die technologischen Grundlagen zu entwickeln.
Barbara Imhof: Das ist richtig. Es sollte aber einige Parameter haben, die später eins zu eins bei realen Weltraummissionen übernommen werden könnten. Da war die Größe sehr wichtig, um zu sehen, was sich mit diesen sechs Metern überhaupt machen lässt. In dem Zusammenhang war auch der Transport am Boden von Bedeutung: Wir wollten das Habitat so gestalten, dass es sich möglichst leicht transportieren lässt. Im gefalteten Zustand ist es allerdings etwas länger als ein Standardcontainer und braucht daher einen Tieflader und nicht nur einen gewöhnlichen Lastwagen. In einen Container passt SHEE im gefalteten Zustand nicht. Es hat nur die Außenmaße davon.
Wie ist das Verhältnis des Volumens im gepackten Zustand zu dem im entfalteten Zustand?
Barbara Imhof: Das Volumen verdoppelt sich ungefähr. Das ist ein sehr wichtiges Kriterium. Es gab auch Konzepte mit noch günstigeren Volumenverhältnissen, aber dafür wären Abstriche bei der Ausstattung erforderlich gewesen. Viele Systeme lassen sich ja nicht falten. Wir sind etwa davon ausgegangen, dass das Lebenserhaltungssystem in das gepackte Habitat passen muss. Auch andere Komponenten, etwa die sanitären Einrichtungen, lassen sich nicht beliebig komprimieren.
Ist SHEE nach der automatischen Entfaltung sofort betriebsbereit? Oder muss die Besatzung noch zusätzliche Ausstattung installieren?
Barbara Imhof: Die gesamte Infrastruktur, Elektrik ebenso wie Wasseranschlüsse, ist sowohl im gepackten wie im entfalteten Zustand benutzungsfähig. Lediglich die Möbel werden transformiert, also zusammengeklappt oder auseinander gefaltet.
Blick ins Innere. Bild: SHEE consortium, April 2015
Lassen sich die Möbel hin und her schieben oder ist die Einrichtung fest vorgegeben?
Barbara Imhof: Das Habitat ist einigermaßen fest eingerichtet. Dennoch ist unser Ansatz modular. Es soll ja Testzwecken dienen und kann daher unterschiedlich ausgestattet werden, etwa als Gewächshaus, als medizinische Station oder als Labor. Dazu haben wir beispielhaft verschiedene Konzepte entwickelt. Es ist auch denkbar, mehrere Habitate zusammenzuschließen, sodass eine Besatzung von vier Personen beherbergt werden kann oder auch vier Personen und ein Gewächshaus oder ein Labor.
Das Habitat könnte demnach auch zur Keimzelle einer wachsenden Siedlung werden?
Barbara Imhof: Ja, das ist durchaus vorstellbar.
Gab es die Alternative, ein aufblasbares Habitat zu entwerfen, oder war Robotiktechnologie von vornherein vorgesehen?
Barbara Imhof: Es ging uns darum, etwas zu bauen, das bisher noch nicht untersucht wurde. Ein von der Firma Bigelow entwickeltes aufblasbares Habitat soll ja dieses Jahr zur Internationalen Raumstation gebracht und dort getestet werden. Die Nasa hat am Boden ebenfalls ein aufblasbares Habitat. In Europa wird so etwas von der italienischen Firma Thales Alenia gebaut. Wir wollten entweder einen Hybrid bauen oder ein Habitat, das komplett aus harten Schalen besteht. Die Idee dahinter ist es, ein breiteres Spektrum an konstruktiven Möglichkeiten aufzufächern und zu testen.
Aufblasbare Komponenten kommen gleichwohl zum Einsatz, um die Räume zwischen den beweglichen Teilen abzudichten.
Barbara Imhof: Wir hatten auch das Konzept erwogen, um das Habitat herum eine Hülle aufzublasen, sodass es sich quasi in einem Luftballon entfaltet und dadurch beim Auffalten auch abgedichtet ist. Jetzt wirken die pneumatischen Dichtungen erst im aufgefalteten Zustand. Aber das ist bei diesem Prototyp natürlich noch in einem experimentellen Stadium und schließt noch nicht hundertprozentig hermetisch. Bei der Technologie gibt es noch einigen Verbesserungsspielraum.
Bild: SHEE consortium
Es waren auch einige andere Kompromisse nötig. So gibt es etwa kein Fenster.
Barbara Imhof: Doch, es gibt ein Fenster in der Eingangstür. Außerdem haben wir "virtuelle" Fenster, die mit verschiedenen Lichtfarben bespielt und persönlich gestaltet werden können, ein bisschen einer Lavalampe vergleichbar. Die könnten zukünftig auch mit einer Außenansicht der Umgebung gefüttert werden, in der das Habitat steht. Die Fensterproblematik ist aber insofern diffizil, als ein Habitat längerfristig stärker vor Strahlung geschützt und daher wahrscheinlich eingegraben werden müsste, auf dem Mond ganz sicher, auf dem Mars wahrscheinlich auch. Dann wären ohnehin nur virtuelle Fenster möglich.
Es gibt auch das Konzept, vorhandene Höhlen als Unterkünfte zu nutzen, etwa Lavaröhren, die auf Mond und Mars vermutet werden. Ein sich selbst entfaltendes Habitat wäre demnach eine Zwischenlösung, um den ersten Astronauten eine Unterkunft zu bieten, die von dort aus die Höhlenräume bezugsfertig machen.
Barbara Imhof: Ja, das ist ein weiterer Grund, warum so ein Habitat nur kurzfristig genutzt wird. Für längere Aufenthalte würde man entweder in Höhlen gehen oder aus dem vorhandenen Material Unterkünfte im 3-D-Druckverfahren errichten.
SHEE soll zukünftig auch Analogstudien zur Verfügung stehen, also simulierten Weltraummissionen, die in Mond- oder Marslandschaften auf der Erde durchgeführt werden. Sind bei solchen Studien schon vergleichbare Habitate zum Einsatz gekommen?
Barbara Imhof: Dies ist das erste Habitat überhaupt, das in Europa gebaut wurde. Und es ist weltweit das erste, das sich auf diese Art und Weise selbst entfalten kann. Die anderen bisher verwendeten Simulationshabitate, die transportierbar sind, hat die Nasa gebaut. Das läuft heute unter dem Namen HERA (Human Exploration Research Analog) und war früher Teil der "Desert Rats"-Missionen, die alljährlich in Arizona stattfanden, um Weltraumtechnologien zu testen.
Wie könnte die nächste Generation von Habitaten aussehen? Sind die nächsten Entwicklungsschritte schon absehbar?
Barbara Imhof: Wir werden zusammen mit den SHEE-Partnern Comex und Space Applications sowie dem DLR Ende dieses Jahres ein Projekt beginnen, bei dem es um solares 3-D-Drucken auf dem Mond geht, zunächst aber unter Laborbedingungen in einer Vakuumkammer. Wir wollen herausfinden, was sich mit konzentriertem Sonnenlicht und den auf dem Mond verfügbaren Rohstoffen herstellen lässt.
SHEE Consortium, Foto Souchier, background courtesy of NASA, 2015
Noch vor 13 Jahren waren langwierige und mühsame Diskussionen nötig, um im Rahmen großer Raumfahrtkongresse Veranstaltungen zu architektonischen Fragen unterzubringen. Wie ist der Status der Weltraumarchitektur heute?
Barbara Imhof: Ich habe 1998 auf einer Habitation-Konferenz in Orlando Marc Cohen getroffen, der damals als Architekt bei der Nasa beschäftigt war. Dessen Aufgabe hatte zunächst darin bestanden, Baumaßnahmen auf dem Gelände des Ames Research Centers zu betreuen. Von dort ist er langsam in die Raumfahrtprojekte quasi hineingerutscht und konnte auch dort den architektonischen Blickwinkel einbringen. Um 1998 herum hat sich dann die Weltraumarchitektur als eigene Disziplin formiert.
Damals beschäftigten sich bei der Nasa ein paar Architekten mit der Raumstation, wobei insbesondere deren integrative Kompetenz maßgebend war, also die Fähigkeit, einzelne Elemente zu einem großen Ganzen zusammenzufügen. Über das Technical Committee for Space Architecture, das am American Institute of Aeronautics and Astronautics angesiedelt ist, hat sich dann eine Gemeinschaft von Forschern gebildet, von denen allerdings nur wenige in dem Bereich aktiv arbeiten.
Erst vor kurzem hat mir Scott Howe, der am Jet Propulsion Laboratory der Nasa arbeitet, gesagt, dass die Disziplin vor allem wegen ihrer 3-D-Modellierfähigkeiten und der Integrationskompetenz dringend gebraucht wird. Es gibt bei der Nasa auch eine 3-D Printing Challenge, bei der neben dem Ingenieurskonzept ausdrücklich auf ein architektonisches Konzept Wert gelegt wird.
Der Status der Weltraumarchitektur hat sich also offensichtlich verbessert. Die Möglichkeiten, in dem Bereich zu arbeiten, sind trotzdem noch recht dünn gesät. Der neue ESA-Generaldirektor Johann-Dietrich Wörner propagiert als ein Ziel der ESA ein Moon Village, in dem alle Aspekte der Raumfahrt wie Kommunikation, Satellitennetzwerke, wissenschaftliche Forschung und Habitate vorkommen. Wenn er sich durchsetzen kann, dann wird sich die Position der Weltraumarchitektur stärker verändern und einen wichtigen Teil auf diesem Gebiet einnehmen.
Raumfahrtprojekte arbeiten immer unter starken Restriktionen, etwa hinsichtlich der Masse, des Volumens oder der verfügbaren Energie. Sind die Architekten diejenigen, die innerhalb dieser engen Grenzen die Freiräume suchen und den gestalterischen Spielraum möglichst optimal nutzen?
Barbara Imhof: Ja, das ist schön formuliert.
Danke. Architektur bewegt sich ja auf der Schnittstelle von Ingenieur- und Sozialwissenschaften, also recht unterschiedlichen Disziplinen. Ist es schwierig, da eine gemeinsame Sprache zu finden?
Barbara Imhof: Das ist bei interdisziplinären Projekten ja immer eine Herausforderung. Warum gutes Design wichtig ist und die "human factors" nicht vergessen werden dürfen, leuchtet Ingenieuren nicht immer gleich ein. Aber die Anstrengung lohnt sich, weil sich das Spektrum auf beiden Seiten erweitert und wir gemeinsam noch viel mehr Aspekte finden, die wir testen können.
Bei bemannten Missionen gibt es neben dem System "Maschine" immer auch das System "Mensch". Hier geht es um psychologische und physiologische Komponenten und den Einfluss einer guten Gestaltung und richtigen Einrichtung, um der Besatzung einen möglichst komfortablen Alltag fern der Erde zu ermöglichen. Die Habitatorganisation und die Funktionen soll die Besatzung bei ihren Tätigkeiten unterstützen. Je besser das Habitat dafür ausgelegt ist, desto besser kann die Crew ihre Arbeit erledigen und sich auch entspannen.
Wie werden wir im Weltraum wohnen?
Barbara Imhof: Auf der Konferenz Space 2015 hat der Nasa-Architekt Scott Howe jetzt gerade gesagt, wir hätten noch etwa 50 Jahre Zeit, um zu einer "spacefaring species", einer wirklichen Weltraumzivilisation, zu werden und drohende Katastrophen wie Klimaveränderungen oder Asteroideneinschläge in den Griff zu bekommen.
Elon Musk stellt sich vor, dass er schon recht bald mit seiner Firma SpaceX den Mars besiedeln wird. Aber sicherlich werden zunächst kleinere Besatzungen auf dem Mond landen. Der ist einfach viel näher als der Mars und viel leichter zu erreichen und man kommt im Notfall auch viel leicht von dort weg. Für mich ist es eine schöne Vorstellung, dass wir unser Besiedlungsgebiet ausdehnen, und das vielleicht ein bisschen anders, als wir die Erde besiedelt haben. Wir müssen sehen, dass wir mit fremden Planeten besser umgehen und in der Folge vielleicht auch auf der Erde aufräumen.
Aber wie wir dann wohnen werden? Buckminster Fuller hat sehr schön gesagt: Im englischen Wort "habitation" steckt "habit", also in der Bewohnbarkeit steckt die Gewohnheit. Das heißt, mit den Gewohnheiten ändern sich auch die Wohnungen und umgekehrt. Die Möglichkeiten dafür sind ungeheuer vielfältig.

Konsortium: International Space University, LIQUIFER Systems Group GmbH, Space Applications Services N.V., Institute of Technology, University of Tartu, Compagnie Maritime D Expertises S.A., Sobriety s.r.o., Space Innovations.

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