Wie haben die Menschen vor über 30 Jahren auf der Raumstation Mir Gemüse angebaut?

Die weltweit erste voll funktionsfähige Anlage zur Pflanzenzucht im Weltraum wurde nicht von den Vereinigten Staaten, der Sowjetunion oder Russland, auch nicht von den entwickelten westeuropäischen Ländern oder Japan, sondern von dem kleinen osteuropäischen Land Bulgarien entworfen. Von 1983 bis 1991 arbeiteten die Sowjetunion und Bulgarien im Rahmen des Programms „Interstellar“ bei der Entwicklung von SVET-Geräten zusammen.

Wie sieht das SVET Space Greenhouse aus?

Das SVET Space Greenhouse verfügt über eine Anbaufläche von 1.000 Quadratzentimetern und bietet Platz für 40 ausgewachsene Pflanzen. Der Pflanzenraum wird durch Leuchtstoffröhren beleuchtet und verfügt über zwei breite Fenster (das vordere Fenster ist transparent), durch die das Personal Samen säen, beobachten und Proben entnehmen kann. Das Wurzelmodul ist in zwei gleiche Teile geteilt und mit einem natürlichen, mineralsalzreichen Zeolith gefüllt, um mehrere aufeinanderfolgende Erntezyklen zu überstehen. Dies ist eine original bulgarische Technologie. Dieses Modul ist austauschbar und wie eine Schublade auf einer Schiene montiert. Sensoren, Ventile und Pumpen regeln den Feuchtigkeitsgehalt des Substrats präzise auf das optimale Niveau und versorgen den Wurzelbereich mit dem nötigen Sauerstoff.

SVETs Auftritt

Der Controller sammelt Umweltdaten aus den Keim- und Wurzelzonen und führt eine automatische Steuerung über Licht, Ventilatoren, Pumpen und Kompressoren durch. Am 16. Juni 1990 führten die sowjetischen Kosmonauten Alexander Barand und Anatoli Solowjow das erste Langzeit-Pflanzenexperiment namens „Gewächshaus 1“ durch, das 54 Tage lang an weißköpfigen roten Radieschen und Chinakohl durchgeführt wurde.

Zusammensetzung von SVET

Als frische Pflanzenproben zur Untersuchung auf die Erde zurückgebracht wurden, entwickelten sie sich gut – es war das erste Mal, dass Menschen in der Mikrogravitation ein Radieschenwurzelgemüse angebaut hatten –, sie waren jedoch nur ein Drittel so groß wie die Kontrollgruppe auf der Erde. Die Biomasse der im Weltraum und auf der Erde angebauten Pflanzen unterschied sich erheblich (4- bis 8-mal), was darauf hindeutet, dass die Weltraumpflanzen unter schwerem Wasser- und Nährstoffmangel litten und das Gleichgewicht zwischen dem optimalen Luft- und Wassergehalt im Wurzelmedium der Pflanzen gestört war.

Pflanzen wachsen im SVET

Das erste Experiment war jedenfalls ein unbestreitbarer Erfolg und stellte die Leistungsfähigkeit der bulgarischen Weltraumforschungsausrüstung und Biotechnologie unter Beweis. Das Ende dieses Tests fiel jedoch mit dem Zusammenbruch der Sowjetunion zusammen, und nachfolgende Tests blieben fünf Jahre lang auf Eis.

Erstes Seed-to-Seed-Experiment im Weltraum

Das Interesse der NASA an der Raumstation Mir rettete SVET. Im Jahr 1993 unterzeichneten der US-Vizepräsident Al Gore und der russische Ministerpräsident Viktor Tschernomyrdin ein Abkommen zur Durchführung gemeinsamer Weltraumforschung mit der an Bord der Mir verfügbaren Hardware. Im April 1994 unterzeichneten die Vereinigten Staaten, Russland und Bulgarien in Moskau ein Abkommen zur Durchführung von Langzeitexperimenten mit SVET an Bord der Mir von 1995 bis 1997. Die grundlegende biologische Mission besteht darin, den kompletten Lebenszyklus des Weizenkorns unter Beteiligung amerikanischer Astronauten zu rekonstruieren. Die Ausrüstung und Proben sollen mit mehreren Space-Shuttle- und russischen Frachtmissionen angeliefert werden. Bulgarien ist weiterhin für die Entwicklung des verbesserten Weltraumgewächshauses SVET-2 der zweiten Generation verantwortlich.

SVET-System auf der Raumstation Mir

Der gemeinsame Flug der Raumstation Mir und des US-amerikanischen Space Shuttle ermöglichte die Durchführung des STVE-Experiments über einen langen Zeitraum.

Im Rahmen der Vereinbarung entwickelte das Space Dynamics Laboratory der Utah State University das US-Gas Exchange Measurement System (GEMS) zur Verbesserung der Umweltüberwachung. GEMS wurde 1995 zum im Orbit befindlichen Weltraumgewächshaus SVET hinzugefügt.

Der neue SVET-2 platziert zwei separate transparente Beutel über den Pflanzen, einen Beutel über jedem der beiden Wurzelmodulabschnitte, die das Pflanzenkammervolumen umschließen, um einen lokalen Gasaustausch und Messungen der Blattumgebung zu ermöglichen. GEMS bietet vier hochpräzise Infrarot-Gasanalysatoren, die den absoluten Kohlendioxid- und Wasserdampfgehalt und deren Unterschiede in der in jeden Beutel ein- und austretenden Luft sowie den absoluten und Differenzdruck der gemessenen Gase messen. Diese sind notwendig, um die Photosynthese, Atmung und Transpiration von Pflanzen zu beurteilen. Außerdem müssen der Kabinendruck und der Sauerstoffgehalt gemessen werden. Sämtliche Umweltdaten wurden mit einem Laptop auf einer Diskette gesammelt und am Ende der Mission zur Erde gebracht.

Das SVET-System setzt für jeden Wurzelmodulabschnitt einen Substratfeuchtigkeitssensor ein, der ausreicht, um den Feuchtigkeitsgrad des Substrats zu messen und zu regeln. GEMS verfügt außerdem über 16 Substratfeuchtigkeitssensoren (8 pro Modul), um die Feuchtigkeitsverteilung im gesamten Substratvolumen zu überwachen.

Zwischen 1995 und 1997 wurden im SVET-GEMS-Komplex eine Reihe von Langzeit-Pflanzenexperimenten durchgeführt. Im Jahr 1995 wurde im Rahmen des Mir-Raumstation-Space-Shuttle-Programms der erste Versuch unternommen, in dem Komplex Superzwergweizen anzubauen.

Während des 90-tägigen Experiments wurde der genetische Zyklus der Weizenpflanzen durch die geringe Lichtintensität im Gewächshaus 2a und andere technische Probleme erheblich gestört. 1996 entwickelten bulgarische Wissenschaftler ein neues, verbessertes Gerät, das an Bord der Mir gestartet wurde. Die neue Beleuchtungseinheit ist 2,5-mal so hell und alle anderen Einheiten funktionieren hervorragend.

Astronaut Lucid beobachtet das Wachstum von Weizen im SVET

Das Super-Zwergweizen-Experiment „Gewächshaus 2b“ wurde 1996 im neuen SVET-2-GEMS-Komplex wiederholt. Das Treibhausexperiment 2b wurde in zwei Phasen durchgeführt: 123 Tage und 42 Tage. In der ersten Phase besteht das Ziel darin, Weizen im gesamten Lebenszyklus vom Samen bis zum Samen anzubauen. Obwohl sich im Anbaugebiet 297 perfekt aussehende Weizenähren entwickelten, waren sie alle steril, da ihre Entwicklung im Stadium der Pollenentwicklung gestoppt worden war. Bodenuntersuchungen haben gezeigt, dass 1 bis 2 ppm Ethylen in der Luft in der Mir-Kabine männliche Sterilität bei Weizenpflanzen hervorrufen können.

In der zweiten Versuchsphase wurden neue Weizensamen gepflanzt, Laubsäcke installiert und erstmals über einen Zeitraum von 12 Tagen erfolgreich Transpirations- und Photosynthesemessungen mit der GEMS-Ausrüstung durchgeführt. GEMS hat gezeigt, dass im Weltraum Gasaustauschmessungen mit offenem Ende durchgeführt werden können. Die grünen Pflanzen wurden eingefroren und zur biochemischen Analyse zur Erde zurückgebracht.

Im Jahr 1997 wurde das Saatgutexperiment „Gewächshaus 3“ mit der Anlage SVET-2-GEMS durchgeführt. Dabei wurde die Senfpflanze Brassica napus mit einem sehr kurzen Lebenszyklus verwendet.

Am 25. Juni 1997 kollidierte das Versorgungsraumschiff Mir-Progress, wodurch das Weltraumgewächshaus SVET-2 seine Leistung verlor, abkühlte und sich der Luftdruck und die Luftzusammensetzung veränderten. Der amerikanische Astronaut Michael Fowler übertrug elektrische Energie über Kabel vom Kernmodul zum SVET, rettete so das Experiment und stellte den Erfolg des ersten vollständigen Reproduktionszyklus von Samen zu Samen im Weltraum sicher. Die ersten (im Weltraum erzeugten) Weltraumsamen wurden ausgesät und erneut zum Keimen gebracht, und es wurde eine normale Pflanze gezüchtet.

Raumstation Mir

Weizen in den Himmel pflanzen

Das Ziel der Wissenschaftler ist es, Weizensamen zu züchten. Bruce Bagby, ein Wissenschaftler an der Utah State University in den USA, schlug vor, eine andere Weizensorte namens Apogee zu verwenden, da diese gegen hohe Ethylenkonzentrationen resistent sei.

Die Versuche mit Weizenpflanzen wurden 1998 und 1999 fortgesetzt. Die Experimente „Greenhouse 4“ und „Greenhouse 5“ wurden von russischen Astronauten durchgeführt. Im Experiment Gewächshaus 4 produzierten 12 Apogees insgesamt 508 Samen. Es wurden Trockenmasseproben entnommen und die meisten Samen zur Erde zurückgebracht.

Im Experiment „Gewächshaus 5“ wurden zehn im Weltraum produzierte Samen gepflanzt, von denen einer eine zweite Generation von Weltraumsamen hervorbrachte. Alle während beider Experimente produzierten Samen waren normal. Sie wurden in die Erde gepflanzt und wuchsen zu gesunden grünen Pflanzen heran.

Die letzten Experimente von SVET-2 „Gewächshaus 6“ wurden im Mai und Juni 2000 durchgeführt. Die Samen von vier verschiedenen Salatsorten (Brassica oleracea), die von der letzten Besatzung der Raumstation Mir gepflanzt wurden, wuchsen normal. Diese Pflanzen wurden aufgrund ihrer kurzen Vegetationsperiode ausgewählt. Von jeder Pflanze wurden Proben zur Erde zurückgebracht. Der Rest wurde von den Kosmonauten Sergej Saljotin und Alexander Kaleri mit Vergnügen probiert, die die Geschmacksqualität der Pflanzenprodukte beurteilten.

Die Astronauten Sergey Zaliotin (links) und Alexander Callery