Welche Probleme müssen gelöst werden, wenn wir wollen, dass mehr Menschen im Weltraum bleiben?

Am 30. Mai 2023 beförderte die Rakete Langer Marsch 2F das bemannte Raumschiff Shenzhou 16 ins All. Mit dem Weltraumflug der 16 Astronauten der Shenzhou-Crew beträgt die Gesamtzahl der Astronauten in Raumfahrzeugen wie der chinesischen Raumstation und der internationalen Raumstation in erdnaher Umlaufbahn 17 und stellt damit einen Rekord für die höchste Zahl von Astronauten im Weltraum zur gleichen Zeit in der Geschichte dar. Gleichzeitig ist der Weltraumtourismus in vollem Gange und der Bau kommerzieller Raumstationen im Ausland steht in den Startlöchern. Man kann davon ausgehen, dass in Zukunft immer mehr Menschen im Orbit arbeiten und leben werden.

Die Besatzungen von Shenzhou 15 und Shenzhou 16 mit insgesamt sechs Astronauten „bündeln ihre Kräfte im Weltraum“

Wie viele technische Schwierigkeiten müssen Forscher überwinden, um mehr Menschen im Orbit zu unterstützen?

Immer mehr Menschen machen Karriere in der Raumfahrt

„Der Traum vom Fliegen wird nie an Gewicht verlieren, und der Traum von der Wissenschaft hat grenzenlose Spannung.“ Dies ist nicht nur der „Same“, den Weltraumlehrer jungen Menschen zur Erforschung der Geheimnisse des Universums säen, sondern auch eine lebendige Darstellung der Arbeit und des Lebens professioneller Astronauten im Orbit. Neben der Durchführung von weltraumwissenschaftlichen Bildungsaktivitäten müssen Astronauten beim Rendezvous und Andocken große Aufmerksamkeit schenken, vorsichtige Weltraumspaziergänge durchführen und umfangreiche Experimente in der Weltraumphysik und Weltraummedizin durchführen. Ein wichtiger Grund für die steigende Zahl von Menschen im Orbit liegt darin, dass Weltraummissionen immer komplizierter werden und der Bedarf an Personal stark zunimmt.

Die Internationale Raumstation ist für einen Langzeitaufenthalt von sieben Personen ausgelegt und stellte einmal einen Rekord auf, als sie für einen kurzen Zeitraum 13 Menschen beherbergen konnte. Seit ihrer Fertigstellung und Inbetriebnahme im Jahr 2010 hat die Internationale Raumstation Hunderte von Besuchern empfangen, darunter viele Spezialisten für Weltraumnutzlasten oder Luft- und Raumfahrtingenieure.

Die Internationale Raumstation stellte einst einen Rekord auf, indem sie für kurze Zeit 13 Menschen beherbergte

Einige von ihnen führen aktiv biomedizinische Experimente durch, untersuchen die Lebensaktivitäten von Tieren, Pflanzen, Mikroorganismen und Zellen unter Weltraumflugbedingungen und widmen sich den Zerstörungs- und Regenerationseigenschaften biologischer Gewebe. Einige untersuchen die Auswirkungen von Raumflügen auf die Telomere der menschlichen Chromosomen, die kognitiven Fähigkeiten, die Genexpression usw. und erzielen bahnbrechende Ergebnisse auf dem Gebiet der Biowissenschaften. Einige bauen im Weltraum Nutzpflanzen an, um so zur Linderung der Nahrungsmittelknappheit beizutragen, und manche bringen sogar mehrere Flaschen Wein ins All und behaupten, sie würden „die Auswirkungen der Schwerelosigkeit auf die Brautechnologie untersuchen“.

Darüber hinaus haben Astronauten im Orbit zahlreiche Forschungsarbeiten zur Anwendung ingenieurtechnischer Technologien durchgeführt, beispielsweise Außenbordeinsätze zum Austausch von Kühl- und Kommunikationssystemkomponenten sowie zur Wartung und Montage von Weltraumteleskopen. Obwohl die Raumstation mit hochentwickelten Automatisierungssystemen ausgestattet ist, sind Astronauten besser in der Lage, mit unerwarteten Situationen umzugehen. Schon einmal hatte es in der Raumstation Mir einen Brand gegeben und nur dank der Astronauten war es ihnen möglich, den Brand rechtzeitig zu löschen, die Luftzusammensetzung wieder zu normalisieren und einige Geräte zu reparieren.

Auf der Raumstation Mir bestand einst Brandgefahr

Kurz gesagt: Komplexe Angelegenheiten erfordern die Beteiligung von Astronauten, und in Zukunft werden mehr Astronauten in neuen Bereichen arbeiten. Da der Weltraumtourismus immer beliebter wird, hat nicht nur die Zahl der Menschen im Orbit neue Höchststände erreicht, sondern um die Sicherheit und das Vergnügen der Touristen zu gewährleisten, müssen sich professionelle Astronauten auch um detailliertere und trivialere Angelegenheiten kümmern.

Technischer Support erfüllt hohe Ansprüche

Wenn wir mehr Menschen in der Umlaufbahn halten wollen, ist die erste Voraussetzung natürlich ein bemannter Hin- und Rücktransport zwischen Erde und Himmel, und der Indikator „Sicherheit“ ist von größter Bedeutung. Besonders wichtig ist der Hinweis, dass die bestehenden medizinischen Rettungsmöglichkeiten im Orbit letztlich begrenzt sind, wenn Astronauten im Weltraum einen Unfall haben. Daher erfordert das „sicherste“ Prinzip, dass die Raumstation jederzeit in der Lage sein muss, Astronauten zur Erde zurückzubringen.

Da sich immer mehr Astronauten im Orbit befinden, müssen auch immer mehr Raumfahrzeuge zur Notfallrettung am Boden vorbereitet werden. Der Schlüssel liegt darin, ihre Sicherheit und Zuverlässigkeit im Standby-Modus zu gewährleisten. Derzeit verwenden bemannte Raumfahrzeuge im Allgemeinen einen Betriebsmodus mit rollierender Rettungsbereitschaft und normalen Flugmissionen, um sicherzustellen, dass die Wartezeit jedes Raumfahrzeugs am Boden nicht lang und im Wesentlichen gleich ist. Dadurch werden eine Reihe versteckter Gefahren vermieden, die durch die langfristige Lagerung von Raumfahrzeugen entstehen können.

Darüber hinaus werden Güter des täglichen Bedarfs und persönliche Gegenstände überwiegend mit Frachtraumschiffen zur Raumstation geliefert. Wissen Sie, im Bereich der Weltraumstarts gibt es ein Sprichwort, das besagt: „Ein Gramm Gewicht ist ein Gramm Gold“, was zeigt, dass die Transportkapazität im Weltraum äußerst wertvoll ist.

Frachtraumschiffe verfügen über zahlreiche Nutzlasten, darunter Güter des täglichen Bedarfs, Trinkwasser für den Weltraum, Gasvorräte, experimentelle Nutzlasten und Treibstoffnachschub für Raumstationen. Da die Zahl der Astronauten im Orbit zunimmt, steigt auch die Abhängigkeit von bodengestützten Frachtlieferungen. Daher ist die Verbesserung der Transporteffizienz von Frachtraumfahrzeugen zu einer technischen Schwierigkeit und einem wichtigen Verbesserungsbedarf geworden.

Das US-Frachtraumschiff Cygnus liefert Güter mit einer Störung

Derzeit werden bei Frachtraumfahrzeugen verschiedener Länder in großem Umfang Methoden wie das Hinzufügen von Verbundwerkstoffen, die Optimierung der Rumpfstruktur und der Eigengewichtskontrolle, die Verbesserung der Effizienz der Treibstoffenergieumwandlung und die Verbesserung der Genauigkeit des Einbringens in die Umlaufbahn eingesetzt, sodass Frachtraumfahrzeuge ihre Aufgaben hinsichtlich des Uplink-Frachtverhältnisses, des schnellen Transports und der Treibstoffnachfüllung besser erfüllen können.

Die wichtigste technische Unterstützung für die langfristige Arbeit und das Leben der Astronauten im Orbit ist das Umweltkontroll- und Lebenserhaltungssystem der Raumstation. In der rauen Weltraumumgebung verfügt die Raumstation über mehrere Schutzfunktionen wie Wärmedämmung, Hitzeschutz, Aufprallschutz, Strahlenschutz, Temperaturregulierung und Druckregulierung. Es kann dem Einfluss von Weltraummüll, kosmischer Strahlung und anormaler Strahlung widerstehen und eine solide Barriere für das Leben der Astronauten im Weltraum bilden.

Da sich immer mehr Astronauten im Orbit aufhalten, steigen die Anforderungen an das Lebenserhaltungssystem. Es ist notwendig, ein Vielfaches an Sauerstoff und Wasser als bisher zu produzieren, mehr Kohlendioxid zu entfernen, schädliche Gase, Mikroorganismen und Staub aufzuspüren und Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck genauer und schneller anzupassen.

In der aktuellen Raumstation kann die Technologie zur Sauerstofferzeugung durch Elektrolyse die Astronauten mit Sauerstoff versorgen, und die Technologie zur Kohlendioxidreduzierung kann das von den Astronauten ausgeatmete Kohlendioxid geschickt in Wasser umwandeln, das nach weiterer Verarbeitung zu Trinkwasser für den täglichen Gebrauch werden kann.

Astronauten installieren Kohlendioxid-Reduktionsgerät in chinesischer Raumstation

Man kann sagen, dass das effiziente und zuverlässige Umweltkontroll- und Lebenserhaltungssystem „endlos“ funktioniert und so die Abhängigkeit von Raumtransportern hinsichtlich der Versorgung effektiv verringert. Um mehr Menschen im Orbit zu versorgen, ist dessen Erweiterung und Modernisierung unabdingbar.

Gute Aussichten für Innovationen in vielen Bereichen

Raumfahrzeuge und Raketen sind traditionell im Grunde Einwegprodukte und verursachen hohe Gesamtkosten. Jede Mission der bemannten Raumfahrzeuge der russischen Sojus-Serie kostet fast 100 Millionen Dollar, und dieser hohe Preis ist zu einem wichtigen Faktor geworden, der die menschliche Erforschung des Weltraums einschränkt.

Mit dem Fortschritt von Wissenschaft und Technologie ist die Technologie zur Bergung und Wiederverwendung von Raketen oder Raumfahrzeugen zu einem heißen Thema in der Luft- und Raumfahrtforschung geworden und hat sich allmählich weiterentwickelt. Nach einer einfachen Wartung können immer mehr Luft- und Raumfahrtgeräte mehrfach verwendet werden, was die Startkosten erheblich senkt. Sobald kostengünstige, wiederverwendbare Technologie in der Luft- und Raumfahrt größere praktische Fortschritte erzielt, wird sie sicherlich mehr Astronauten dabei helfen, ins All zu reisen.

Recycelbare Raketen und Raumfahrzeuge werden die Kosten bemannter Weltraummissionen deutlich senken

Während ihres Betriebs ist die Raumstation dem Widerstand der dünnen Atmosphäre und des Sonnenwindes ausgesetzt und ihre Umlaufbahn sinkt ständig. Um die Umlaufbahn der Raumstation anzuheben und den Normalbetrieb aufrechtzuerhalten, ist eine große Menge Treibstoff erforderlich. Darüber hinaus ist während des Betriebs der Raumstation eine Zusammenarbeit bei Aufgaben wie Rendezvous und Andocken, Weltraumspaziergängen und rechtzeitigen Bahnänderungen und Lageanpassungen erforderlich. Offensichtlich verbrauchen diese Orbitalmanöver wertvollen Treibstoff der Raumstation und es ist notwendig, neue Technologien für den Antrieb von Raumfahrzeugen zu erforschen.

In den letzten Jahren sind Gitterionentriebwerke und Hall-Triebwerke allmählich in die Praxis umgesetzt worden. Die neuesten Forschungsergebnisse zeigen, dass der Umwandlungswirkungsgrad elektrodenloser Plasmatriebwerke mit Argon-Treibstoff etwa 30 % erreicht hat.

Plasmatriebwerke und Halltriebwerke werden häufig in Raumfahrzeugen eingesetzt

Ich bin davon überzeugt, dass in naher Zukunft bei der Weltraumforschung fortschrittlichere Antriebstechnologien zum Einsatz kommen werden, die effizienter sind und weniger Energie verbrauchen, sodass mit der gleichen Menge Treibstoff größere Raumfahrzeuge angetrieben werden können und mehr Astronauten über längere Zeit in der Umlaufbahn bleiben können.

Derzeit sind Astronauten für die Lieferung von Versorgungsgütern ins All hauptsächlich auf Raumschiffe angewiesen. Obwohl die Wissenschaftler am Boden ihr Bestes tun, um sicherzustellen, dass sich die Astronauten gut ernähren und ihr Speiseplan eine große Vielfalt an Nahrungsmitteln umfasst, ist es dennoch unvermeidlich, bei einem einjährigen Aufenthalt im Weltraum häufig Konserven- und Gelee-Nahrung zu sich zu nehmen.

Doch sie müssen sich keine Sorgen machen – Weltraumbepflanzungsexperimente liefern ständig Ergebnisse. Astronauten bauen im Weltraum selbst Gemüse und Obst an und probieren oft frische Zutaten, was sicherlich zu besseren Arbeits- und Lebensbedingungen im Weltraum beiträgt.

Der Wachstumsprozess von Reis auf der chinesischen Raumstation

Natürlich stellen die Bepflanzung des Weltraums und die Anwesenheit von mehr Astronauten im Orbit höhere Anforderungen an die Umweltkontroll- und Lebenserhaltungssysteme. Ob es um die Genauigkeit der Steuerung, die Überwachungsindikatoren, den Energieverbrauch oder die Lebensdauer geht, all dies sind Bereiche, in denen künftig Verbesserungen möglich sind.

Darüber hinaus werden mit der steigenden Zahl der Menschen im Orbit auch die Anforderungen an Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Beleuchtung und sogar Schwerkraft immer vielfältiger und individueller. Das technische Niveau der Umweltkontroll- und Lebenserhaltungssysteme wird zwangsläufig verbessert und es ist sehr wahrscheinlich, dass Astronauten Wartungs- und Fehlerbehebungsarbeiten im Orbit durchführen dürfen.

Immer mehr professionelle Astronauten und Weltraumtouristen halten sich in der Umlaufbahn auf und liefern den Raumfahrtforschern große Mengen an Rohdaten, wodurch wertvolle Erfahrungen für die zukünftige Erforschung außerirdischer Objekte und des Weltraums gesammelt werden können. Da in Zukunft die Hürde für Flüge ins All sinkt, werden mehr Menschen die Schönheit des Weltraums aus erster Hand erleben können. Und eine erfülltere Arbeit und ein erfüllteres Leben im Weltraum werden auch dazu beitragen, dass die menschliche Weltraumforschung weiter voranschreitet.

Der Originaltitel dieses Artikels lautet „Wie viele technische Schwierigkeiten gibt es, wenn immer mehr Menschen in die Umlaufbahn gelangen?“ und wurde in der Ausgabe 2023 des Magazins Space Exploration veröffentlicht.