Eine weitere Welle kommt! Die „schwarze Technologie“, die die menschliche Erforschung des Weltraums veränderte

Am 10. Januar 2023 veröffentlichte die offizielle Website der NASA die Finanzierungsliste für das jährliche Innovative Advanced Concepts Program. Insgesamt gelangten 20 Projekte in die engere Auswahl, die Projektinhalte wurden später sukzessive aktualisiert und bekannt gegeben.

Zu diesen Projekten zählen vor allem: Strahlteleskop, photophoretischer Antrieb, nuklearbetriebene Heizdetektoren, Biegeformen großer elektrostatisch angetriebener Weltraumstrukturen, Sauerstoffleitungen am Südpol des Mondes, Teilchenstrahlantrieb, neuer bimodaler nuklearthermischer/nuklearelektrischer Antrieb, selbsterzeugte biomineralische Bausteine ​​für Marshabitate, großes Langwellenobservatorium, fortschrittliche Flüssigkeitssammeltechnologie, Taschenlampe für Kernfusionsenergie, Koronagraph-Exoplanetenanalysator mit Beugungsinterferometer, Batteriegenerator für Radioisotopen-Wärmestrahlung, Raketentriebwerk aus Kernspaltungsfragmenten in Aerogelform, Quantenradar, planetares Verteidigungssystem, radioisotopenelektrisches Antriebssystem, fortschrittliches geräuschloses Festkörperantriebsgerät für Luftfahrzeuge, Langstreckenobservatorium und Weltraumpharmazeutikafabrik.

Wir haben 9 innovative Lösungen ausgewählt, die eng mit der Luft- und Raumfahrt verbunden sind und innovative Antriebe, Asteroidenabwehr, Lebenserhaltung usw. umfassen, um zu sehen, wie diese „schwarzen Technologien“ funktionieren und wie sie die „Spielregeln“ für die menschliche Erforschung des Weltraums ändern könnten.

Photophoretischer Antrieb: Erkundung der Erdatmosphäre und Blick zum Mars

Die Mesosphäre ist ein Teil der Erdatmosphäre und liegt in einer Höhe von etwa 50 bis 80 Kilometern. Offensichtlich ist dieser Bereich für Ballons und Flugzeuge zu hoch und für Raumfahrzeuge wie Satelliten zu niedrig. Bislang ist es der Menschheit nicht gelungen, dieses Gebiet über einen längeren Zeitraum hinweg stabil zu erforschen. Die einzigen Erkenntnisse, die sie erlangt haben, stammen im Wesentlichen aus den wenigen Minuten, die eine Rakete beim Vorbeiflug dort verweilt.

Schematische Darstellung des Photophorese-Antriebsschemas

Um die Mesosphäre zu erfassen, hat ein Forscherteam der University of Pennsylvania ein neues Antriebssystemkonzept vorgeschlagen. Es wird keine Antriebsenergie benötigt und nur durch die Bestrahlung des Geräts mit Licht kann das Fluggerät schweben und über längere Zeit in der Atmosphäre operieren.

Die Forschung basiert auf einem Phänomen namens photophoretische Levitation. Dabei wird ein Feststoff durch Beleuchtung im Verhältnis zum umgebenden Gas erhitzt, wodurch eine sogenannte photophoretische Kraft erzeugt wird, die einen Impulsaustausch zwischen dem Feststoff und dem Gas bewirkt. Diese Kraft ermöglicht es der Sensorplattform, Auftrieb zu erzeugen, während sie unten Licht absorbiert und Wärme erzeugt, oben jedoch kühl bleibt.

Das Penn-Design verwendet eine Platte mit zwei unterschiedlichen Seiten: eine obere Schicht aus Polyesterfolie zur Isolierung und eine untere Schicht aus Polyesterfolie, die mit einer „flauschigen Decke“ aus winzigen stäbchenförmigen Kohlenstofffilamenten, sogenannten Kohlenstoffnanoröhren, überzogen ist. Das technische Team demonstrierte und überprüfte die Platte unter verschiedenen Luftdrücken im Labor und bewies damit die Machbarkeit eines zentimetergroßen Detektors, der „unbegrenzt“ in der Luft schwebt. Obwohl das Flachpanel nur wenige Zentimeter lang und breit ist, kann es dennoch mit einer Vielzahl an Mikrosensoren ausgestattet werden. Wissenschaftler sind davon überzeugt, dass durch leichte Verbesserungen dieser Technologie die Sensorplattform über einen horizontalen Schub verfügen könnte, sodass sie jeden Punkt der Mesosphäre erreichen könnte, indem sie nur Licht als Antriebsquelle nutzt.

Da der Luftdruck der Marsatmosphäre dem der Mesosphäre der Erde ähnelt, untersucht das technische Team außerdem die potenzielle Anwendung dieser Technologie bei der Marserkundung.

Gitterfusion: Hilfe bei der Erforschung der Ozeane fremder Planeten

Um die Möglichkeit der Existenz außerirdischen Lebens zu untersuchen, haben Wissenschaftler auf fremden Planeten nach Wasserressourcen gesucht. Wie wir alle wissen, sind die Oberflächen vieler fremder Planeten mit dicker Eisschicht bedeckt, beispielsweise Ceres, Enceladus, Pluto und Europa. Die Dicke der Eisdecke wird auf mehrere zehn Kilometer geschätzt und darunter befindet sich ein riesiger flüssiger Ozean. Diese exoplanetaren Ozeane könnten durch die Gezeitenheizung ihrer Planeten oder durch radioaktiven Zerfall entstanden sein.

Die Erforschung dieser fremden Ozeane ist mit zahlreichen Herausforderungen verbunden. Die NASA untersucht die Möglichkeit, beheizte Sonden oder Bohrsonden einzusetzen, um das Eis zu durchdringen und in die inneren Ozeane fremder Planeten vorzudringen. Sie hat außerdem vorgeschlagen, nuklearbetriebene Sonden einzusetzen, die auf radioaktivem Zerfall basieren und so Hitze erzeugen, mit der das Eis auf der Oberfläche fremder Planeten schmelzen kann. Allerdings unterliegen nuklearbetriebene Detektoren Einschränkungen, beispielsweise in Bezug auf die Sicherheit und den Preis.

Imaginäres Bild einer Ozeansonde unter der Eisschicht eines fremden Planeten

Das Glenn Research Center hat eine neue Methode namens „Gittereinschlussfusion“ vorgeschlagen, bei der Energie hauptsächlich durch die Fusion von Brennstoff in einem Metallgitter erzeugt wird. Einfach ausgedrückt: Wenn ein leitfähiges Metall eine sehr hohe Elektronendichte aufweist, verringert sich die Möglichkeit, dass sich zwei leichte Atomkerne bei Annäherung gegenseitig abstoßen, und die Gitterbeschränkung kann die Fusion positiv geladener Atome stimulieren.

Ingenieure des Glenn Research Center untersuchen derzeit, ob diese Methode kleine unbemannte Rover auf der Marsoberfläche mit Energie versorgen könnte. Da für die Gitterfusion keine teuren, schwer zu handhabenden spaltbaren Materialien (wie etwa angereichertes Uran) erforderlich sind, wird sich ihr Anwendungsbereich erweitern, wenn die Technologie in Zukunft ausgereifter ist. Es wird nicht nur den Bedarf von Weltraummissionen decken, sondern auch das Potenzial haben, der Öffentlichkeit zu dienen, indem es beispielsweise einzelne Gebäude mit Strom versorgt und so die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen verringert und die Belastbarkeit des Stromnetzes verbessert.

Neuer bimodaler nuklearthermischer/nuklearelektrischer Antrieb: Hoffnung auf schnelle Ankunft auf dem Mars

Der Kernthermische Antrieb gilt als „die Antriebstechnologie der Wahl für bemannte Weltraummissionen im Sonnensystem“. Während des Kalten Krieges forschten sowohl die USA als auch die Sowjetunion jahrzehntelang an der Nutzung nuklearer Wärmeantriebe, doch die praktischen Ergebnisse waren leider begrenzt. Im Jahr 2023 finanzierte die NASA ein Kernantriebsprojekt zur Entwicklung eines bimodalen Kernantriebs, eines Konzepts, das sowohl aus einem nuklearen thermischen Antrieb als auch einem nuklearen elektrischen Antrieb besteht. Das System soll den sogenannten „Wave Rotor Top Cycle“ nutzen, der die Reisezeit eines Raumfahrzeugs zum Mars theoretisch auf nur 45 Tage verkürzen könnte.

Bei der nuklearthermischen Antriebstechnik wird flüssiger Wasserstoff als Treibstoff in einem Kernreaktor erhitzt und in ionisiertes Wasserstoffgas umgewandelt, das dann durch eine Düse Schub erzeugt. Der nukleare elektrische Antrieb basiert auf einem Kernreaktor, der die Energie für die Hall-Effekt-Triebwerke liefert. Der Hall-Effekt-Antrieb soll das Magnetfeld nutzen, um die axiale Bewegung der Elektronen zu begrenzen, den Treibstoff zu ionisieren, die Ionen zu beschleunigen, Schub zu erzeugen und die Ionen in der Abgasfahne zu neutralisieren, um die Sicherheit zu verbessern.

Imaginäres Bild einer Ozeansonde unter der Eisschicht eines fremden Planeten

Öffentlichen Informationen zufolge ist die fortschrittlichste Lösung für den nuklearen thermischen Antrieb die Feststoffraketen-Kerntriebwerkstechnologie, die einen spezifischen Impuls von 900 Sekunden liefern soll, also das Doppelte eines Raketentriebwerks mit chemischer Energie. Hinter dem höheren spezifischen Impuls nuklearthermischer Raketentriebwerke verbergen sich jedoch einige potenzielle Mängel, da sie insbesondere bei Missionen mit hoher Umlaufgeschwindigkeit während des gesamten Prozesses die Missionsanforderungen nur schwer erfüllen können. Im Gegensatz dazu kann ein Kernantrieb einen ultrahohen spezifischen Impuls von etwa 1 Million Sekunden liefern, allerdings ist der Schub geringer und das Masse-Leistungs-Verhältnis begrenzt. Insbesondere der Strombedarf hat das Problem der Wärmeableitung verschärft. Unter idealen Bedingungen kann die Umwandlungsrate thermischer Energie bis zu 30 bis 40 % erreichen.

Um diese und andere Herausforderungen zu bewältigen, schlägt dieses Projekt eine neue Top-Cycle-Methode für Wellenrotoren vor. Das Antriebssystem soll einen Schub erreichen, der dem eines nuklearthermischen Antriebs entspricht, mit einem spezifischen Impuls von 1400 bis 2000 Sekunden. In Kombination mit einem Kernkraftantrieb kann der spezifische Impuls durch bloße Erhöhung der minimalen Strukturmasse noch weiter auf 1800 bis 4000 Sekunden gesteigert werden. Dieses Design soll bemannte Weltraummissionen zum Mars in nur 45 Tagen ermöglichen und so die durch kosmische Strahlung, Mikrogravitation usw. verursachten Gesundheitsrisiken deutlich reduzieren und sogar die menschliche Reise zur Erforschung des Sonnensystems völlig verändern.

Radioisotopen-Wärmestrahlungsbatterie: CubeSats sind noch leistungsfähiger

Derzeit werden die meisten Raumfahrzeuge durch Solarzellen angetrieben, doch im tiefen Weltraum jenseits der Marsumlaufbahn oder in rauen Umgebungen wie Marsstaubstürmen und den langen Nächten auf dem Mond kann das Sonnenlicht nicht die nötige Energie liefern. Als Alternative dazu sind in vielen Raumfahrzeugen Mehrzweck-Radioisotopengeräte mitgeführt, die Temperaturgradienten zur Stromerzeugung nutzen. Allerdings sind solche Geräte sperrig und schränken die Leistungsfähigkeit der Raumfahrzeuge in gewissem Maße ein.

Um dieses Problem zu lösen, hat das Rochester Institute of Technology eine Energiequelle vorgeschlagen, die als „revolutionär“ gilt: eine Wärmestrahlungsbatterie. Im Vergleich zu herkömmlichen Multitasking-Radioisotopengeräten ist sein Volumen um drei Größenordnungen reduziert.

Im Wesentlichen handelt es sich dabei um ein Solarpanel, das „umgekehrt“ funktioniert. Wenn ein Solarpanel Licht absorbiert, wird ein Teil der Lichtenergie in Elektrizität und der größte Teil in Wärme umgewandelt. Das Funktionsprinzip von Wärmestrahlungszellen folgt dem Prinzip von Wärmestrahlungselementen. Das Zellpanel besteht aus Elementen wie Indium, Arsen, Antimon und Phosphor. Die in Form von Infrarotphotonen freigesetzte Wärme trifft auf das Panel, wodurch eine Potentialdifferenz mit der entgegengesetzten Polarität zu der im Inneren des Solarpanels entsteht. Mit anderen Worten: Wärmestrahlungszellen nutzen Wärme zur Stromerzeugung und geben die verbrauchte Energie in Form von Infrarotphotonen ab. Man kann sagen, dass sie in die „umgekehrte Richtung“ von Solarmodulen arbeiten und effizienter sind.

Wenn diese neue Technologie praktikabel ist, könnten Sonden bei Missionen zur Erforschung des Jupiters und darüber hinaus oder zu den ständig im Schatten liegenden Kratern an den Polen des Mondes auf große und sperrige Konstruktionen verzichten und stattdessen kubische Satelliten mit kleinen Energiesystemen verwenden.

Raketentriebwerk aus Kernspaltungsfragmenten: Suche nach bewohnbaren Planeten außerhalb unseres Sonnensystems

Um den dringenden Bedarf an fortschrittlichen Antriebslösungen zu decken, hat Positron Dynamics ein Raketentriebwerk auf Basis von Kernspaltungsfragmenten entwickelt. Theoretisch ist sein Antriebswirkungsgrad viel höher als der derzeit verwendeter Raketentriebwerke und er kann bei hoher Leistungsdichte einen hohen spezifischen Impuls von über 100.000 Sekunden erreichen.

Tatsächlich sind Raketentriebwerke aus Kernspaltungsfragmenten kein neues Konzept. Ihr Funktionsprinzip ist im Wesentlichen das gleiche wie bei den Reaktoren heutiger Kernkraftwerke. Allerdings sind die bisher vorgeschlagenen Raketentriebwerkskonstruktionen auf der Basis von Kernspaltungsfragmenten zu groß und weisen zu große thermische Einschränkungen auf. Ihre praktische Anwendung erfordert die Überwindung technischer Hindernisse, wie beispielsweise der Partikelplasma-Suspension.

Ein Bild einer nuklearbetriebenen Rakete, die eine Raumsonde transportiert

Um dieses Problem anzugehen, versucht Positron Power, es auf zwei Arten zu lösen: Erstens, indem das Kernspaltungsmaterial in ultraleichtes Aerogel geladen wird, um sicherzustellen, dass die an der Kernspaltungsreaktion beteiligten Brennstoffpartikel aneinander fixiert werden, während gleichzeitig die gesamte Strukturmasse kontrolliert wird, sodass sie in die Umlaufbahn geschickt werden können; Zweitens werden supraleitende Magnete verwendet, um das durch die Reaktion erzeugte Plasma einzuschließen, die Kernspaltungsfragmente in die gleiche Richtung zu lenken und sie dann effektiv in Schub umzuwandeln, um zu verhindern, dass die Fragmente den Motor beschädigen.

Das ultimative Ziel dieses Antriebssystems besteht darin, die Raumsonde so anzutreiben, dass sie nach etwa 15 Jahren Flugzeit die Position der solaren Gravitationslinse in 500 astronomischen Einheiten Entfernung von der Erde erreicht und rechtzeitig abbremst und manövriert, um eine direkte Abbildung und hochauflösende Spektralanalyse von Exoplaneten in 100 Lichtjahren Entfernung durchzuführen. Dort stationierte Weltraumteleskope werden in der Zukunft in der Lage sein, die Region des Einsteinrings zu durchqueren und die Oberflächenmerkmale und Anzeichen von Bewohnbarkeit von Exoplaneten zu fotografieren.

Schematische Darstellung einer nuklearbetriebenen Rakete

Teilchenstrahlantrieb: Beschleunigte Erforschung naher Sterne

Simulationsberechnungen zufolge müsste eine Raumsonde mit herkömmlichen Triebwerken 19.000 bis 81.000 Jahre fliegen, um Proxima Centauri zu erreichen, den nächstgelegenen Stern außerhalb des Sonnensystems, der etwa 4,25 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Zu diesem Zweck untersuchen Ingenieure neue Detektorkonzepte in der Hoffnung, die Lichtsegel, die die Detektoren antreiben, mithilfe gerichteter Energiestrahlen (wie etwa Lasern) auf einen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen und so die Erforschung nahegelegener Sterne zu beschleunigen.

Forscher der University of California, Los Angeles gingen noch einen Schritt weiter und schlugen eine Partikelstrahllösung vor. Wenn dieser Plan Wirklichkeit wird, könnte in weniger als 20 Jahren eine Nutzlast von etwa 1 Tonne über eine Entfernung von 500 astronomischen Einheiten transportiert werden.

Tatsächlich besteht der Strahl, der das Lichtsegel antreibt, aus winzigen Partikeln, von denen jedes durch Laserablation auf unglaublich hohe Geschwindigkeiten beschleunigt wird und dann seinen Impuls nutzt, um das Raumfahrzeug im Flug anzutreiben. Im Gegensatz zu Laserstrahlen divergieren diese Partikel nicht so schnell, wodurch die Beschleunigung schwererer Raumfahrzeuge möglich wird. Schließlich sind diese Teilchen viel schwerer als Photonen, besitzen mehr Impuls und können dem Raumfahrzeug größere Kräfte verleihen.

Derzeit wird die Weltraumforschung durch Raketengleichungen eingeschränkt und nur zwei Sonden haben die Heliosphäre durchquert und den interstellaren Raum erreicht. Unter ihnen flog die Sonde Voyager 1 35 Jahre lang mit einer Geschwindigkeit von 3,6 astronomischen Einheiten pro Jahr, bevor sie die Spitze der Heliosphäre erreichte. Das von der University of California in Los Angeles vorgeschlagene Partikelstrahl-Antriebssystem könnte diesen langen Zeitraum für Raumfahrzeuge erheblich verkürzen: Man geht davon aus, dass das Raumfahrzeug einen Exoplaneten in weniger als einem Jahr erreichen wird. es wird etwa drei Jahre dauern, um 100 astronomische Einheiten zu überfliegen; und es wird 15 Jahre dauern, um den 500 Astronomische Einheiten entfernten Standort der solaren Gravitationslinse zu erreichen. Noch wichtiger ist, dass der Teilchenstrahlantrieb Raumfahrzeuge mit einem Gewicht von etwa einer Tonne antreiben kann, was die Anpassungsfähigkeit der Missionen erheblich erweitert.

Schematische Darstellung des Teilchenstrahlantriebs

In der ersten Arbeitsphase werden die Forscher die Machbarkeit des Teilchenstrahlantriebs durch detaillierte Modellierung verschiedener Subsysteme und Experimente zur Konzeptüberprüfung nachweisen, wobei der Schwerpunkt auf der Erforschung der Rolle von Teilchenstrahlantriebssystemen bei interstellaren Missionen liegt.

Asteroidenabwehr: Planung des Krieges zur Verteidigung der Erde

Bei herkömmlichen Methoden zur Asteroidenabwehr werden vor allem Raumfahrzeuge gestartet, die mit bedrohlichen Asteroiden kollidieren, wodurch die Umlaufbahn des Asteroiden durch Impulsübertragung verändert und von der Erde abgelenkt wird.

Im Jahr 2022 schlug Philip Rubin, ein Forscher an der University of California, einen auf bestehender Technologie basierenden Asteroidenabwehrplan vor, der die Rolle der Energieübertragung betonte. Dabei wird im Wesentlichen eine Reihe kleiner hypersonischer kinetischer Impaktkörper im Weltraum eingesetzt, um Asteroiden oder Kometen zu zerstören und zu zerlegen. Anschließend wird die Erdatmosphäre als „Schutzschild“ genutzt, um die Gefahr durch Trümmer zu verringern. Diese Methode eignet sich für den Abfangmodus mit längerer Vorwarnzeit und kann auch rechtzeitig wenige Minuten vor dem Einschlag eines Asteroiden auf der Erde eingesetzt werden.

Schematische Darstellung des Asteroidenabwehrplans

Ziel des Forschungsprojekts ist es, die physikalischen Eigenschaften des Impaktkörpers zu verstehen, der mit hoher Geschwindigkeit auf einen herannahenden Himmelskörper trifft, und herauszufinden, wie der herannahende Himmelskörper effektiver in ausreichend kleine Fragmente zerschmettert werden kann. Das Forschungsteam arbeitete mit dem Supercomputer Center der NASA zusammen, um mithilfe von Software zur Strömungsdynamik die Auswirkungen des Aufpralls verschiedener Himmelskörper zu simulieren und zu testen. Vorläufige Simulationsergebnisse zeigen, dass ein kleinerer Impaktkörper einen Asteroiden leicht zersplittern kann, wobei sich die Trümmerwolke radial nach außen ausbreitet. Wenn das Abfangen im Kurzwarnzeitmodus durchgeführt wird, gelangt die Trümmerwolke in die Atmosphäre, das Volumen dieser Fragmente ist jedoch sehr gering, sodass sie nicht zu Boden fallen und in der Luft verglühen. Vorläufige Simulationen lassen darauf schließen, dass die entstehenden Schallwellen und Blitze unterhalb der Schwelle für erhebliche Schäden liegen würden.

Die zweite Phase des Projekts umfasst eine weitere Ausweitung der oben genannten Simulationsarbeiten, um wichtige Teile des Fahrplans für das Asteroidenabwehrsystem zu untersuchen, einschließlich Bodentests von Impaktkörpern und simulierten Zielen, der Untersuchung chemischer Auswirkungen in der Atmosphäre und der Durchführung hochfrequenter Himmelsdurchmusterungen.

Fortschrittliche Luftmobilität: Geräuscharmer Transport mit elektrisch angetriebenen Drohnen

Der sogenannte „fortgeschrittene Luftverkehr“ bezieht sich auf den Einsatz kleiner elektrischer unbemannter Luftfahrzeuge zur Beförderung von Passagieren, Fracht und privaten Geschäften innerhalb und zwischen Städten. Neben den technischen Herausforderungen ist die Abneigung der Anwohner gegen Lärm vielleicht das größte Hindernis für den Plan.

Ähnliche Forschungsergebnisse zeigen, dass unbemannte, vertikal startende und landende Flugzeuge mit elektrischem Antrieb theoretisch in der Lage sind, Luft-Luft-Flugmissionen durchzuführen. Dieses elektrische Antriebsgerät erzeugt seinen Schub hauptsächlich durch die Beschleunigung von Ionen durch ein elektrisches Feld und ist nahezu geräuschlos, so dass künftige Flugzeuge den Forderungen der Bevölkerung nach geringer Geräuschentwicklung gerecht werden dürften.

Schematische Darstellung einer elektrisch angetriebenen, geräuscharmen Drohne

Bisher konzentrierten sich die Forschungsanstrengungen vor allem auf die konzeptionelle Fahrzeugkonstruktion und die Antriebsmodellierung. Als nächstes werden sich die Forschungsarbeiten auf die detaillierte Konstruktion und Herstellung des Flugzeugs konzentrieren und so schnell wie möglich Flugtests durchführen. Das Forschungsteam wird ein Verifizierungsflugzeug mit vertikalen Start- und Landefähigkeiten herstellen, das die gleiche Struktur wie das Zielflugzeug hat. Durch Flugtests und Windkanaltests wird das Team das Designmodell des Zielflugzeugs überprüfen, insbesondere die Antriebsleistung und die Geräuschkontrolleffekte, und die Leistung der elektronischen Komponenten weiter verbessern.

Weltraumpharmazeutika: Langzeitvorsorge für die Gesundheit von „Astronauten“

Die Prävention, Diagnose und Behandlung von Krankheiten ist für bemannte Weltraummissionen von entscheidender Bedeutung. Zurzeit verlassen sich Astronauten bei der Behandlung oder Vorbeugung von Krankheiten vor allem auf Medikamente, die am Boden entwickelt wurden. Diese Medikamente sind in der Weltraumumgebung jedoch möglicherweise nicht zuverlässig. Dies gilt insbesondere für Medikamente wie kleine Proteine ​​(Peptide), die selbst bei sorgfältiger Kühlung nur wenige Monate haltbar sind. Mit dem Beginn einer neuen Ära der Weltraumforschung werden Menschen langfristige Erkundungsmissionen jenseits der Erdumlaufbahn durchführen und möglicherweise auch in Zukunft noch mehrere Jahre lang in der Erdumlaufbahn fliegen. Daher ist die Lösung des Problems der Verwendung humanmedizinischer Arzneimittel im Weltraum in den Mittelpunkt breiter Aufmerksamkeit gerückt, und die „Produktion auf Abruf“ im Weltraum ist zweifellos die grundlegende Lösung.

Ein imaginäres Bild der pharmazeutischen Laborkabine im Weltraum im Betrieb

Das Ames Research Center der NASA hat einen Plan vorgeschlagen, bei Langzeit-Weltraummissionen Bakterien zur Herstellung von Medikamenten einzusetzen. In der ersten Phase des Projekts modifizierten die Forscher Bacillus subtilis, um Medikamente zur Behandlung von Strahlenschäden und zum Schutz der menschlichen Knochengesundheit herzustellen. Sie verwendeten außerdem ein kleines und leichtes System zur Reinigung und erzielten damit gute Ergebnisse. Allerdings ist noch immer unklar, ob es möglich ist, Medikamente in ausreichender Menge und Reinheit herzustellen, um den Bedarf der Astronauten zu decken. Dies ist zu einem zentralen Thema geworden, das in der zweiten Phase des Projekts behandelt wird.

In Zukunft werden die Forscher weitere Medikamente auf der Medikamentenliste der Astronauten untersuchen, um den Anwendungsbereich des Systems weiter zu erweitern. Sie werden außerdem einen Prototyp eines auf Mikrofluidik basierenden, leichten Produktions-/Reinigungssystems für die Herstellung von Weltraummedikamenten bauen.

Wenn die entsprechende Technologie in die Praxis umgesetzt werden kann, wird die Weltraummedizin einen großen Durchbruch erzielen und voraussichtlich den medizinischen Bedarf bei langfristigen bemannten Weltraummissionen decken. Tatsächlich bieten Biopharmazeutika aus dem Weltraum nicht nur einzigartige Vorteile in der wissenschaftlichen Forschung, sondern haben auch einen enormen wirtschaftlichen Wert. Es hat sich zu einem Grenzgebiet in der Entwicklung der globalen Weltraumwissenschaft und -technologie entwickelt.

Das Innovative Advanced Concepts Program der NASA ist darauf ausgerichtet, Forschung im Frühstadium zu finanzieren, innovative Konzepte für die Luft- und Raumfahrt zu fördern und bahnbrechende Lösungen zu erarbeiten, die das Potenzial haben, zukünftige Missionsmodi zu verändern und die Breite und Tiefe der menschlichen Weltraumforschung zu erweitern. Seit 2011 wurden im Rahmen des Programms zahlreiche Vorschläge gefördert, die „wie Science-Fiction klingen“, und deren Durchführbarkeit zunächst nachgewiesen. Science-Fiction ist daher keine wilde und unrealistische Fantasie, sondern eine vernünftige Vorstellungswelt, die auf modernen wissenschaftlichen Theorien basiert. Es dürfte einen tiefgreifenden Einfluss auf die Entwicklung der Wissenschaft haben und wissenschaftlichen Forschern als Inspiration dienen. Ich bin davon überzeugt, dass die Möglichkeit, dass Science-Fiction Wirklichkeit wird, angesichts der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Luft- und Raumfahrttechnologie nicht immer unerreichbar sein wird und dass die Erforschung des Weltraums beispiellose neue Perspektiven eröffnen wird.