Es gibt einen beunruhigenden Mangel an Winterschlaf in unseren Raumfahrtplänen. Wenn wir jemals einen Winterschlaf herausfinden, können wir ihn nutzen, um mit kleineren Raumfahrzeugen auszukommen?
Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) arbeitet daran, diese Frage zu beantworten.
Die ESA hat ein sogenanntes "Thementeam", das sich mit dem menschlichen Winterschlaf befasst. Das Thementeam arbeitet unter dem Dach des Advanced Concepts Teams, das Ideen und Technologien untersucht, die für die Raumfahrt der ESA von langfristiger Bedeutung sind. Es ist wie eine Denkfabrik, die multidisziplinäre Forschung unterstützt.
Wenn wir eine Zukunft wollen, in der Missionen mit Besatzung zu anderen Planeten - oder möglicherweise zu anderen Sonnensystemen - Realität sind, dann wird der menschliche Winterschlaf ein Teil davon sein. Entweder das oder ein Sternenschiff mit mehreren Generationen und all seinen ressourcenhungrigen Parametern.
Die ESA sagt, sie habe "den kontrollierten Einsatz von Erstarrung und Winterschlaf als bahnbrechende Technologie für die menschliche Raumfahrt identifiziert". Sie spekulieren auch, dass eine Senkung der Stoffwechselrate von Astronauten auf langen Weltraumreisen nicht nur Luft, Wasser und Nahrung sparen, sondern auch ihre Anfälligkeit für Strahlenschäden senken könnte.
Die ESA nutzt ihre Concurrent Design Facility (CDF), eine Multimedia-Einrichtung, mit der ihre verschiedenen Teams zusammenarbeiten können, um den Winterschlaf des Menschen für eine Reise zu einem nahe gelegenen Planeten, wahrscheinlich dem Mars, zu untersuchen. Die Teammitglieder nahmen eine Bestandsaufnahme der aktuellen Raumfahrttechnologie für eine fünfjährige Marsmission vor, bei der sechs Astronauten auf den roten Planeten und zurück geschickt wurden. Dies ist das erste Mal, dass sie die Auswirkungen des Winterschlafes auf das Missionsdesign untersuchen.
„Wir haben daran gearbeitet, die Architektur des Raumfahrzeugs, seine Logistik, den Schutz vor Strahlung, den Stromverbrauch und das gesamte Missionsdesign anzupassen“, kommentiert Robin Biesbroek von der CDF.
Es gibt viel zu überlegen. Verschiedene Science-Fiction-Filme und -Bücher haben den menschlichen Winterschlaf untersucht, sodass die meisten von uns viele der Probleme nennen können. Welche psychologischen Auswirkungen wird es geben? Es wäre sicherlich schockierend, eine Woche, einen Monat, ein Jahr oder sogar länger im Winterschlaf zu bleiben und dann irgendwo im Weltraum aufzuwachen. Wie könnte sich ein Mensch darauf vorbereiten?
Und was ist mit Sicherheit? Sci-Fi ist übersät mit Menschen, die zu früh oder zu spät aus dem Winterschlaf aufgewacht sind. Schwach und gekotzt oder vielleicht von kaltem Schweiß bedeckt, sind viele Protagonisten zur falschen Zeit aufgewacht und haben festgestellt, dass ihr Leben durch ein fehlerhaftes Winterschlaf-System auf den Kopf gestellt wurde.
Aber das Wichtigste zuerst.
Wie würde sich die Winterschlaf-Technologie, wenn wir sie entwickeln könnten, auf das Design von Raumschiffen auswirken?
„Wir haben uns angesehen, wie ein Astronautenteam am besten in den Winterschlaf versetzt werden kann, was in Notfällen zu tun ist, wie mit der Sicherheit des Menschen umgegangen wird und welche Auswirkungen der Winterschlaf auf die Psychologie des Teams haben würde. Schließlich haben wir eine erste Skizze der Lebensraumarchitektur erstellt und eine Roadmap erstellt, um einen validierten Ansatz für den Winterschlaf des Menschen zum Mars innerhalb von 20 Jahren zu erreichen “, sagte Biesbroek.
Wahrscheinlich ist als erstes die Größe der Wohnmodule zu bemerken. Eine Besatzung im Winterschlaf könnte ein viel kleineres Hab-Modul als eine Wachmannschaft verwenden, wie dieses Bild zeigt.
Die Vorstudie zeigte, dass die Masse des Raumfahrzeugs um ein Drittel reduziert werden konnte. Die Besatzung würde in kleinen Hülsen überwintern, die im Wachzustand als Kabinen für die Besatzung dienen würden. Das Entfernen von Verbrauchsmaterialien würde helfen, indem mehrere Tonnen Masse eliminiert würden.
Die Studie befasste sich mit einer 180-tägigen Kreuzfahrt zum Mars. Die Astronauten müssten vor der Mission zusätzliches Körperfett anlegen, und eine Droge würde ihren Winterschlaf oder ihre Erstarrung auslösen. Sie würden in ihren dunklen, gekühlten Hülsen überwintern, und wenn sie aufwachten, würde es eine 21-tägige Erholungsphase geben.
Eine der bekanntesten Gefahren für Astronauten bei langen Raumflügen ist die Strahlung. Hochenergetische Partikel sind im Weltraum im Überfluss vorhanden, und der Schutz der Besatzung ist ein Hauptanliegen. Da die Besatzungsmitglieder jedoch an einer Stelle Winterschlaf halten würden, ist es einfacher, Schutz zu entwerfen. Um die Kapseln könnten Abschirmungen wie Wasserbehälter angebracht werden.
Die Grundannahme hinter dem menschlichen Winterschlaf im Weltraum basiert auf dem Winterschlaf der Tiere. Es gibt zwei Arten von Winterschlaf im Tierreich: obligatorische Winterschlaf, die unabhängig von Temperatur und Bedingungen jährlich Winterschlaf halten; und fakultative Ruhezustände, die als Reaktion auf Stressfaktoren in der Umwelt überwintern. Viele Arten von Tieren halten Winterschlaf, darunter Bären, Beuteltiere, Fledermäuse, einige Nagetiere und einige Eichhörnchen.
„Seit einiger Zeit wird der Winterschlaf als wegweisendes Werkzeug für die Raumfahrt des Menschen vorgeschlagen“, erklärt Jennifer Ngo-Anh, Teamleiterin von SciSpacE. „Wenn wir den Grundumsatz eines Astronauten um 75% senken könnten - ähnlich wie wir es in der Natur bei großen Winterschlaf-Tieren wie bestimmten Bären beobachten können -, könnten wir erhebliche Massen- und Kosteneinsparungen erzielen und langfristige Explorationsmissionen durchführen machbarer. "
Das ist aber immer noch ein großes Wenn. Der Winterschlaf der Bären ist immer noch etwas mysteriös. Sie recyceln ihre Proteine und ihren Urin im Winterschlaf. Und sie können bis zu 7 Monate Winterschlaf halten, ohne Knochenmasse zu verlieren. Andere Winterschlaf-Tiere unterbrechen ihre Erstarrung mit Perioden typischer Temperatur und Herzfrequenz, die als euthermische Erregungen bezeichnet werden. Wie all dies beim Menschen, einer Art, die von Natur aus keinen Winterschlaf hält, gehandhabt werden würde, ist unbekannt.
Es gibt jedoch einige Voraussetzungen für den menschlichen Winterschlaf, und das kommt aus der modernen Medizin.
"Und die Grundidee, Astronauten in einen lang anhaltenden Winterschlaf zu versetzen, ist eigentlich nicht so verrückt: Eine weitgehend vergleichbare Methode wurde getestet und als Therapie bei Traumapatienten auf der Intensivstation und bei Patienten angewendet, die sich seit mehr als zwei Jahrzehnten größeren Operationen unterziehen müssen", sagte er Ngo-Anh. "Die meisten großen medizinischen Zentren haben Protokolle zur Auslösung von Unterkühlung bei Patienten, um ihren Stoffwechsel zu reduzieren, um im Grunde Zeit zu gewinnen und die Patienten in einer besseren Form zu halten, als sie es sonst wären."
Forscher fangen also nicht bei Null an. Sie haben zumindest einen Ausgangspunkt, worum es bei diesen Arten von Think Tanks geht.
"Wir wollen in Zukunft darauf aufbauen, indem wir die Gehirnwege untersuchen, die während des Beginns des Winterschlafes aktiviert oder blockiert werden, angefangen bei Tieren bis hin zu Menschen", schloss Ngo-Anh.
Mehr:
- Pressemitteilung: Astronauten im Winterschlaf benötigen kleinere Raumschiffe
- ESA: Advanced Concepts Team; Bioengineering: Winterschlaf
- JSTOR Daily: Die Geheimnisse des Winterschlafes
