Dieser Luftrecycler der Raumstation könnte Astronauten helfen, auf dem Mars besser zu atmen.

Auf der Internationalen Raumstation wird ein neues Lebenserhaltungssystem installiert, das atembare Luft recyceln kann und verspricht, die Wassermenge, die zum orbitalen Außenposten gebracht werden muss, um Sauerstoff zu erzeugen, drastisch zu reduzieren.

Das System stellt einen wichtigen Schritt in Richtung sogenannter Closed-Loop-Lebenserhaltungssysteme dar, die eines Tages die Weltraumbesatzungen ohne Versorgungsmissionen von der Erde auf unbestimmte Zeit versorgen könnten. Solche Systeme werden für zukünftige Langzeitmissionen zum Mond und Mars entscheidend sein.

Das neu installierte Advanced Closed Loop System (ACLS), das von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) entwickelt wurde, kam Ende September mit dem japanischen HTV-7-Frachtschiff auf der Raumstation an. Dieses System könnte die für das Sauerstoffsystem benötigte Wassermenge um 400 Liter (100 Gallonen) reduzieren. [Die Internationale Raumstation: Innen und Außen (Infografik)]

Das 750 Kilogramm schwere System, das in einem 2 Meter x 1 Meter x 90 Zentimeter großen Nutzlastgestell untergebracht ist, recycelt 50 Prozent des von den Astronauten ausgeatmeten Kohlendioxids (CO2) wieder zu Sauerstoff. Während die Luft durch das System strömt, wird das CO2 in kleinen Perlen aus Amin, einer organischen Verbindung ähnlich Ammoniak, eingeschlossen.

„Sobald wir CO2 aus der Kabinenluft entfernt haben, entziehen wir es diesen Materialien und erhalten fast reines CO2“, sagte Daniele Laurini, der das ESA-Team leitete, das das System entwickelte, gegenüber Space.com. „Dann reagieren wir das CO2 mit Wasserstoff und gewinnen Wasser und Methan.“

Wasser wird weiter in Wasserstoff und – was noch wichtiger ist – Sauerstoff gespalten, den die Astronauten atmen können. In der Vergangenheit musste das gesamte Wasser zur Herstellung von Sauerstoff von der Erde gebracht werden. Das neue Verfahren extrahiert eine gleiche Menge an Wasser und Methan, sagte Laurini. Aber für das Methan, das in Form von Kohlenstaub entsteht, gibt es derzeit keinen Nutzen.

„Die Verarbeitung von reinem Methan im Orbit und das Herausholen von brauchbarem Material aus dem Orbit ist eine große Herausforderung“, sagt Laurini. „Staub in der Schwerelosigkeit ist chaotisch. Also entlüften wir das Methan einfach in den Weltraum.“

Laurini sagte, dass sein Team nicht plant, die Effizienz des Systems zu erhöhen, um mehr als die derzeitigen 50 Prozent des ausgeatmeten CO2 zu recyceln. Im nächsten Jahr wird das Team das System jedoch in Verbindung mit einem von der Deutschen Luft- und Raumfahrtagentur DLR entwickelten Algen-Photo-Bioreaktor testen.

„Das gewonnene CO2 wird dann den Algen zugeführt. Die Algen wachsen mit dem CO2 und setzen durch die Photosynthese Sauerstoff frei“, sagt Laurini. „In ferner Zukunft würden Algen das CO2 direkt aus der Kabinenatmosphäre aufnehmen.“

ACLS wird im November im US Destiny Modul installiert und wird die Hälfte des Sauerstoffbedarfs für drei Astronauten decken, sagten ESA-Beamte in einer Erklärung. (Eine voll besetzte Raumstation hat sechs Besatzungsmitglieder, und bis zu neun können dort leben.) Die Agentur plant, das System für ein bis zwei Jahre zu testen. Die Station nutzt bereits ein System, das den Urin wieder in Trinkwasser umwandelt.

Ein System ähnlich wie ACLS könnte in Zukunft eingesetzt werden, um die Regeneration der Atemluft im Inneren des Mondtores zu unterstützen. Diese vorgeschlagene Mondumlaufstation wird derzeit von den Weltraumbehörden geprüft. Laurini sagte jedoch, dass ein System wie die ACLS an Bord eines Raumschiffes nur für längerfristige Missionen sinnvoll wäre.

„Es gibt einen Kompromiss zwischen der Startmasse und der Anzahl der Tage, die Sie an diesem Ort verbringen“, sagte er. Auf Reisen auf der Erde, „wenn man nur ein paar Wochen unterwegs ist, muss man keine Waschmaschine mitbringen. [Ähnlich, im Weltraum] wäre es nur sinnvoll, wenn Sie längerfristige Missionen machen würden – 90, 120 Tage – dann wird der Kompromiss zwischen Wiederherstellung und einem Open-Loop-System bequem.“

Für eine zukünftige Mission auf dem Mars, die Jahre dauern könnte, wäre ein geschlossenes System eine Notwendigkeit; Wiederversorgungsmissionen wären nicht möglich, und das Tragen von Ressourcen, die für die gesamte Mission reichen würden, wäre nach Ansicht von Experten zu teuer.

Die ESA arbeitet bereits an einem geschlossenen Kreislaufsystem namens Melissa, das alle Ressourcen, die die Besatzung zum Überleben auf dem Mars benötigen würde, recyceln würde: Nahrung, Wasser und Sauerstoff. Dieses System würde Ausatemluft, menschliche Abfälle und Abwässer aufnehmen und Bakterien nutzen, Algen und höhere Pflanzen erzeugen Trinkwasser und atmungsaktiven Sauerstoff. Das System würde auch Pflanzen anbauen, die die Astronauten essen können.

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