Wie viele Herausforderungen müssen Astronauten bewältigen, um zum Mond zurückzukehren?

Ende Februar dieses Jahres gab die Japan Aerospace Exploration Agency zwei Astronautenkandidaten bekannt, einen 46-jährigen Risikomanagementexperten der Weltbank und einen 28-jährigen Chirurgen. Sie werden am von den USA geleiteten „Artemis-Projekt“ teilnehmen und die erste japanische Landung auf dem Mond anstreben. Zuvor hatte die NASA die Auswahl von 28 Astronauten für das Artemis-Programm bekannt gegeben, darunter 14 Frauen, und damit die nach der Mondgöttin benannte Aktion aufgegriffen. Was also ist das Besondere am bemannten Mondlandeprogramm der neuen Ära im Hinblick auf die Auswahl und Ausbildung der Astronauten? Welche neuen Technologien könnten Astronauten nutzen, um neue Herausforderungen zu meistern?

Japan Aerospace Exploration Agency gibt zwei Astronautenkandidaten bekannt

„Return to the Moon“ stellt den Menschen stärker in den Mittelpunkt

Armstrongs „kleiner Schritt“ im Jahr 1969 war ein „großer Schritt“ für die menschliche Erforschung des Weltraums. Danach schickte das „Apollo-Projekt“ gruppenweise 12 Astronauten zum Mond. Das Ziel des „Artemis-Projekts“ besteht nicht nur darin, „den Mond zu besuchen“, sein „Ehrgeiz“ und seine Komplexität übertreffen seine „Vorgänger“ bei weitem.

Geplant ist der Bau einer Raumstation namens „Gateway“ im Mondorbit, die kurzfristig als Basislager für die Mission „Rückkehr zum Mond“ dienen und von Zeit zu Zeit Astronauten zum Mond schicken kann, um dort Mondressourcen zu erschließen. Auf lange Sicht könnte es als Außenposten für bemannte Landungen auf dem Mars dienen und Pioniere zum richtigen Zeitpunkt zur Landung auf dem Mars schicken, um zu versuchen, eine neue Heimat zu errichten. Im Vergleich dazu sind die schwere Rakete SLS und das Raumschiff Orion, die nach mehr als zehn Jahren voller Höhen und Tiefen ihren gemeinsamen Erstflug erfolgreich absolvierten, nur die „Vorspeisen“ im gesamten Plan. Der Bau des „Gateways“ ist der „erste Hauptgang“. Bei komplexeren Systemen müssen die Bedürfnisse und Einschränkungen des Astronauten stärker berücksichtigt werden.

Die Mondraumstation wird gemeinsam von den Vereinigten Staaten, Europa, Japan und anderen Parteien gebaut. Der Hauptkörper besteht aus Kernmodulen wie dem Energie- und Antriebssystem, dem Wohn- und Logistiksystem, dem internationalen Wohnmodul sowie Funktionsmodulen wie dem Betankungsmodul und dem Luftschleusenmodul. Es wird erwartet, dass es gleichzeitig an das Raumschiff Orion, „Starship“ und das Raumschiff zur Frachtversorgung andocken kann. Nach ihrer Fertigstellung wird die Raumstation zur Hauptbasis für die Umsetzung des „Artemis-Projekts“. Die Raumschiffe Orion und White Crane aus Japan werden für den Transport von Personal und Fracht von der Erde zur Raumstation zuständig sein, und das „Starship“ wird für den Transport von Menschen und Gütern von der Raumstation zum Mond (und langfristig möglicherweise auch zum Mars) zuständig sein. Dies entspricht der Errichtung einer semi-permanenten „Station“ im Erde-Mond-Raum, von der aus komplexe, mehrmonatige Mondmissionen durchgeführt werden sollen.

Daher stand die Frage, ob das „Gateway“ den Langzeitaufenthalt mehrerer Astronauten unterstützen kann, schon immer im Mittelpunkt der Aufmerksamkeit von außen. Vor nicht allzu langer Zeit sagten einige an der Konstruktionsarbeit beteiligte Luft- und Raumfahrtingenieure, dass der Wohnbereich für Astronauten im „Gateway“ zu klein sei, was es den Astronauten erschwerte, zu stehen und sich zu bewegen. Zudem sei der größte Teil des Raums in der Kabine wahrscheinlich mit Gerätegeräuschen und Vibrationen gefüllt, was die körperliche und geistige Gesundheit der Astronauten ernsthaft beeinträchtigen würde. Um Zweifel auszuräumen, beschloss das Projektteam, ein lebensgroßes Modell eines Wohnmoduls zu bauen, um zu testen, ob es versteckte Gefahren gibt, die die Astronauten bedrohen, damit sie das erste Modul des Gateways wie geplant im Jahr 2024 starten können.

Schematische Darstellung der Raumstation „Gateway“ (Quelle: NASA)

Bis zur Fertigstellung der Mondraumstation stehen den Astronauten noch schwere Aufgaben bevor. Die dritte Mission des „Artemis-Projekts“ ist laut Plan eine bemannte Mondlandung. Zu diesem Zeitpunkt werden die Astronauten an Bord der Raumsonde Orion gehen, die mit der schweren Rakete SLS in die Mondumlaufbahn gebracht wird, und im Orbit an das modifizierte Mondmodul des zuvor gestarteten „Starship“ andocken. Anschließend bestiegen die Astronauten das Mondmodul und machten sich auf den Weg zur Landung am Südpol des Mondes.

Diesmal dürfte die Reise der Astronauten zum Mond erfüllender sein als das „Apollo-Projekt“. Die Erkundung ist vielleicht weniger aufregend und unterhaltsam, dafür werden aber detailliertere und trivialere wissenschaftliche Forschungsaktivitäten durchgeführt, bei denen der Schwerpunkt auf der Suche nach möglichen Wasserressourcen, der Untersuchung geologischer Bedingungen und der Grundsteinlegung für die spätere Errichtung einer Mondbasis liegt.

Überall lauern neue Herausforderungen

Heutzutage besuchen immer mehr gewöhnliche Weltraumtouristen die Internationale Raumstation. Werden also die physischen Auswahlkriterien für Astronauten durch den im Raumstationsprojekt enthaltenen Plan einer neuen Ära für eine bemannte Mondlandung gelockert? Die Antwort könnte genau das Gegenteil sein.

Am Beispiel des „Artemis-Projekts“ lässt sich unschwer erkennen, dass die aus dem Langzeitbetrieb der Raumstation gewonnenen Erkenntnisse in den Plan für eine bemannte Mondlandung im neuen Zeitalter vollständig eingeflossen sind.

Schon lange haben sich Menschen nicht mehr auf einem fremden Planeten niedergelassen. Das Leben im Weltraum findet im Allgemeinen in abgeriegelten Einrichtungen in einer niedrigen Erdumlaufbahn statt, die sich erheblich von der Umgebung auf der Mondoberfläche unterscheidet. Daher werden Astronauten bei einem längeren Aufenthalt auf der Mondoberfläche zwangsläufig mit vielen neuen Problemen konfrontiert, darunter die physiologische Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Schwerkraftumgebungen, Strahlengefahren und Strahlenschutz, die Erhaltung der psychischen Gesundheit sowie „blinde Flecken“ der Weltraummedizin.

Auf der Raumstation herrschen nahezu Schwerelosigkeit, während die Schwerkraft auf der Mondoberfläche etwa 1/6 der Erdschwerkraft beträgt. Wenn Astronauten auf einer Mondraumstation leben und von Zeit zu Zeit zur Arbeit auf die Mondoberfläche gehen, muss sich ihr Körper ständig an die veränderte Schwerkraftumgebung anpassen, die sich stark von der auf der Erde unterscheidet. Diese sich unregelmäßig ändernde Schwerkraftumgebung kann dem Herz-Kreislauf-System, dem Immunsystem, dem Nervensystem, der Skelettmuskulatur usw. der Astronauten derzeit unvorhersehbare Schäden zufügen.

Noch problematischer ist, dass Astronauten lange Zeit im „Mondkreis“ arbeiten und leben, wodurch sie praktisch den Schutz des Erdmagnetfelds verlieren und der Bedrohung durch kosmische Strahlung stärker ausgesetzt sind. Körperliche Beschwerden sind wahrscheinlich ein häufiges Leiden, und einige schwerwiegende Strahlensymptome sind sogar noch besorgniserregender.

Tatsächlich ist die bemannte Mondmission in der neuen Ära komplizierter. Möglicherweise ist es das erste Mal, dass sich die Menschheit wirklich an langfristigen Aktivitäten außerhalb des erdnahen Weltraums beteiligt, und die Frage des Schutzes vor kosmischer Strahlung muss dabei mit höchster Priorität angegangen werden. Dies wird auch mehr Erfahrung als Leiter für zukünftige bemannte Marserkundungsmissionen bieten.

Darüber hinaus sind Astronauten auf dem Mond weit von der Umwelt der Erde entfernt, ihre Aktivitäten sind eingeschränkt, ihre zwischenmenschlichen Beziehungen sind einfach und sie müssen sich stets vor Risiken wie kosmischer Strahlung, Geräteausfällen und Verletzungen in Acht nehmen. Es wird erwartet, dass sie einem großen psychischen Druck ausgesetzt sind. Beispielsweise unterscheiden sich die Tag- und Nachtbedingungen auf dem Mond erheblich von denen auf der Erde. Der Wechsel von Tag und Nacht ist lang, der Temperaturunterschied zwischen Tag und Nacht kann bis zu 300 Grad Celsius betragen, und die Stadt ist von Wüsten und Totenstille geprägt. Dies beeinträchtigt unweigerlich die biologische Uhr sowie den physischen und mentalen Zustand der Astronauten und führt zu einer Verschlechterung ihres Verhaltens und ihrer kognitiven Fähigkeiten.

Da der Rückflug vom Mond zur Erde mindestens zweieinhalb Tage dauert, ist es, sobald ein Astronaut körperliche Auffälligkeiten aufweist und dringend eine Notfallbehandlung benötigt, unmöglich, Menschen so schnell wie möglich wieder zur Erde zu schicken oder vom Boden aus Notfallunterstützung zu erhalten, wie es bei einer Raumstation in niedriger Erdumlaufbahn der Fall ist. Dies stellt höhere Anforderungen an das Lebenserhaltungssystem im Weltraum.

Kurz gesagt: Die Langzeitmissionen der Astronauten im „Mondkreis“ stellen größere Herausforderungen an ihre körperliche und geistige Fitness sowie an das medizinische Weltraumsystem dar, und das Auswahlverfahren wird noch strenger werden. Angesichts der Tatsache, dass die wissenschaftliche Mondforschungsmission der Astronauten „auf ein höheres Niveau gehoben“ wurde, dürfen die Standards auch im professionellen Bereich nicht gelockert werden.

Mehr Helfer bei höherer Qualität

Die Umgebung ist unfreundlicher und die Aufgaben sind anstrengender, was von den Astronauten umfassendere Fähigkeiten erfordert.

Die Auswahlkriterien der NASA für Astronauten des Artemis-Programms lauten: mindestens 1.000 Stunden Erfahrung als Jetpilot oder mindestens drei Jahre Berufserfahrung in einem MINT-bezogenen (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaft und Technik) Bereich. Erwähnenswert ist, dass dies das erste Mal in der Geschichte der NASA ist, dass von Astronautenbewerbern ein Master-Abschluss in einem MINT-Fach verlangt wird.

Der Grund für die Festlegung dieser hohen „Schwelle“ liegt darin, dass die NASA davon ausgeht, dass Mondlandungen und Langzeitaufenthalte im „Mondkreis“ im Vergleich zu Missionen mit Flügen in erdnahe Umlaufbahnen höhere Anforderungen an die körperliche und geistige Verfassung sowie an das kreative Potenzial usw. der Astronauten stellen. Außerdem müssen die Astronauten mehr Wert auf Teamarbeit legen und insgesamt effizienter arbeiten. Darüber hinaus ist diese wissenschaftliche Mondexpedition und experimentelle Mission nicht mit dem „Apollo-Programm“ vergleichbar, das besondere Anforderungen an den beruflichen Hintergrund und die wissenschaftliche Kompetenz der Astronauten stellt.

Ab 2022 wird die erste Gruppe der für das „Artemis-Projekt“ ausgewählten Astronauten eine zweijährige Ausbildung erhalten. Zu den konkreten Projekten gehören der Betrieb und die Wartung der Raumstation, Weltraumspaziergänge, das Fliegen von Überschall-Schulflugzeugen und das Erlernen komplexer Fähigkeiten im Umgang mit Robotern.

Nach Abschluss der Grundausbildung müssen sie ein spezielles Intensivtraining für die Mondlandungsmission absolvieren. Sie müssen beispielsweise ihre Ausdauer und Anpassungsfähigkeit an die Mondlandung und die Mondumgebung verbessern, den Umgang mit dem Mondraumschiff erlernen und sich mit Flugverfahren und Missionen vertraut machen, ganz zu schweigen vom Bestehen der Kernteile der Mission - Training für Mondlandung und Aktivitäten auf der Mondoberfläche, Training für Mondaufenthalte, Training für wissenschaftliche Monderkundung und experimentellen Betrieb usw. Je nach Situation umfasst das Training die Zusammenarbeit von Einzelpersonen und kleinen Gruppen oder sogar groß angelegte gemeinsame Übungen mit systemübergreifender und systemübergreifender Beteiligung.

Dank der rasanten Entwicklung der Virtual-Reality-Technologie und der digitalen Technologie werden hochqualifizierten Astronauten in Zukunft jedoch mehr „Helfer“ zur Verfügung stehen, bevor sie auf dem Mond landen. So werden beispielsweise teure und aufwändige Trainingsprogramme mit physischen Objekten und realen Szenen nach und nach abgeschafft. Astronauten können auf einem Panoramasimulator ein Flugtraining für Mondlandefähren, eine Raumstation und ein Aufenthalt auf der Mondoberfläche absolvieren, ganz zu schweigen von simulierten Betriebsbewertungen mit verschiedenen wissenschaftlichen Untersuchungen und experimentellen Geräten.

Mit Blick auf die Zukunft werden die Auswahl und Ausbildung von Astronauten durch die Weiterentwicklung von Big Data-Anwendungen und Informationstechnologie eine umfassendere und vielfältigere Datenunterstützung erhalten. Künstliche Intelligenz kann bei der Missionsplanung und Personaloptimierung zum Einsatz kommen, um die „optimale Lösung“ für die Auswahl von Astronautenteams für bestimmte Flug- und wissenschaftliche Forschungsmissionen sicherzustellen. (Autor: Li Song)