Wie baut man im Weltraum Gemüse an?

Beim Anblick des Raumschiffs „Shenzhou 13“, das drei Astronauten in die chinesische Raumstation bringt und ihnen den Start in ihr wundervolles Weltraumleben ermöglicht, können viele junge Leser nicht anders, als sich zu fragen: Was isst man im Weltraum?

Tatsächlich gibt es in der chinesischen Raumstation eine große Auswahl an Speisen, wie zum Beispiel Schweinefleischstreifen mit Fischgeschmack, Kung Pao-Hühnchen, geschmortes Schweinefleisch usw., die schnell zubereitet und lecker sind. Doch ständig solches Fast Food zu essen, ist keine langfristige Lösung. Da die Menschheit ihr Territorium auf außerirdischen Planeten immer weiter ausdehnt, wird die Frage, wie man im Weltraum Gemüse anbaut, immer wichtiger.

Warum Gemüse anbauen?

Wenn es auf der Raumstation so viele köstliche Nahrungsmittel gibt, warum müssen wir dann im Weltraum noch Gemüse anbauen?

Das größte Problem sind die Versandkosten. Derzeit verbraucht jede Person auf der Internationalen Raumstation täglich 1,8 Kilogramm Lebensmittel und Verpackungen. Würde ein Team von vier bis fünf Personen den Mars drei Jahre lang erforschen (der derzeitige Hinflug zum Mars dauert etwa ein halbes Jahr), bräuchten sie fast zehn Tonnen Nahrung, was den Flug erheblich belasten würde.

Der zweite Faktor ist die Haltbarkeitsdauer der Lebensmittel. Bei einer hypothetischen dreijährigen Marserkundung wäre eine Haltbarkeit der Nahrungsmittel von mindestens drei Jahren erforderlich. Mit der Zeit verschlechtern sich Qualität und Geschmack der Lebensmittel rapide – vielleicht schmecken sie im ersten Jahr noch gut, im dritten jedoch nicht mehr.

Wenn Weltraumnahrung fünf Jahre lang bei 22 °C gelagert und ihr Nährstoffgehalt jährlich geprüft wird, ändert sich dieser: Im ersten Jahr werden die Vitamine A, Vitamin C, Folsäure und Thiamin in den meisten Nahrungsmitteln deutlich abgebaut. Wenn dieses Problem nicht schnell gelöst wird, könnte bei zukünftigen Astronauten der Skorbut wieder auftreten, unter dem Seeleute vor hundert Jahren litten. Der Skorbut im Zeitalter der Seefahrt wurde durch den fehlenden Zugang zu Obst und Gemüse während der langen Zeit auf See verursacht.

Neben der Nahrungsmittelversorgung ist der Gemüseanbau im Weltraum tatsächlich ein wichtiger Teil des Aufbaus eines künstlichen Ökosystems: Der Pflanzenanbau kann dazu beitragen, Abwasser zu recyceln, Sauerstoff zu produzieren, die Luft zu reinigen und so weiter.

Der Anbau von Gemüse im Weltraum ist schwierig

Möchte man tatsächlich Gemüse im Weltraum anbauen, stehen einem noch erhebliche Schwierigkeiten bevor.

Der direkteste Punkt ist die Schwerelosigkeit im Weltraum. Die Schwerkraft auf dem Mars beträgt weniger als ein Drittel der Schwerkraft auf der Erde, und die Schwerkraft auf dem Mond und der Raumstation ist sogar noch geringer, was auch zu Veränderungen in der Verteilung der Wachstumshormone und der Richtung des Pflanzenwachstums führen wird.

Wenn Sie beispielsweise Arabidopsis thaliana in der Weltraumumlaufbahn bzw. auf der Erde züchten, werden Sie feststellen, dass die Pflanzen im Weltraum langsamer wachsen und ihre Wurzelzellen kleiner sind. Es gibt auch eine einzigartige Schwankung beim Wurzelwachstum, wobei die Wurzeln kürzer und stärker „verdreht“ geformt sind.

Gleichzeitig kann die anhaltende Strahlung im Weltraum auch DNA-Mutationen bei Pflanzen verursachen, die deren Keimung, Wachstum oder Fortpflanzung beeinträchtigen können.

Darüber hinaus sind das Sonnenlicht, das Wasser, der Boden und der Dünger, die für den Anbau von Nutzpflanzen auf der Erde erforderlich sind, auch für den Anbau im Weltraum von entscheidender Bedeutung. Sonnenlicht kann durch künstliches Licht ersetzt werden, Wasser kann durch das Wasserzirkulationssystem der Raumkapsel ersetzt werden und der Boden wird zum kritischsten Problem.

Obwohl der Marsboden die meisten von Pflanzen benötigten Substanzen enthält, fehlt ihm der für Pflanzen lebenswichtige aktive Stickstoff. Um das Pflanzenwachstum zu unterstützen, müssen stickstofffixierende Bakterien hinzugefügt werden. Andernfalls wird es für die Pflanze schwierig sein, Früchte zu tragen.

Wissenschaftler zeigen ihre einzigartigen Fähigkeiten im Gemüseanbau. Um die Schwierigkeiten des Gemüseanbaus im Weltraum zu überwinden, sind Wissenschaftler aus verschiedenen Ländern sozusagen „acht Unsterbliche, die das Meer überqueren und jeweils ihre einzigartigen Fähigkeiten unter Beweis stellen“.

Bereits 1971 begann die Sowjetunion mit dem Anbau von Weizen, Radieschen und Zwiebeln im Weltraum zu experimentieren. Nach jahrzehntelangen Versuchen ist es Wissenschaftlern aus den USA und Russland gelungen, eine Vielzahl von Pflanzen, darunter Weizen, Raps und Erbsen, im Weltraum anzubauen. Heute werden auf der Internationalen Raumstation Nutzpflanzen wie Salat und Kohl angebaut. Astronauten haben dieses Weltraumgemüse probiert und fanden, dass es „außergewöhnlich schmeckt“.

Auch Chinas eigenes Weltraumlabor experimentiert mit dem Gemüseanbau. Im 2016 gestarteten Weltraumlabor Tiangong-2 wurde Salat angebaut. Durch verschiedene Tests stellten Wissenschaftler fest, dass der Salat in Tiangong-2 nach der Optimierung der Bewässerungsmethoden und Düngemittel sogar besser wuchs als der Salat auf der Erde. Im Jahr 2019 pflanzten Forscher Arabidopsis und Reis auf Tiangong-2 an, um die Auswirkungen der Weltraumumgebung auf das Pflanzenwachstum zu untersuchen.

Wie können die Weltraumfarmen der Zukunft ein komplettes Ökosystem aufbauen, sodass die Raumfahrt der Zukunft eine autonome Versorgung mit Sauerstoff, Wasser und Nahrung erreichen kann? Dies ist auch die Konzeption zukünftiger Weltraumfarmen.

Tatsächlich begannen Forscher bereits in den 1960er und 1970er Jahren mit dem Versuch, eine solche „künstliche Biosphäre“ zu errichten, doch leider scheiterten alle Versuche. Daher entschieden sich die Wissenschaftler für die nächstbeste Lösung: Sie bauten ein System, das eine gewisse Verbindung zur Außenwelt hat (wie etwa Elektrizität, Energie usw.), nämlich das Controlled Ecological Life Support System (CELSS), das derzeit auf der Internationalen Raumstation verwendet wird.

Dieses System erfordert, dass die Pflanzen genügend Sauerstoff produzieren können. Gleichzeitig müssen diese Anlagen den täglichen Nahrungsmittelbedarf der Menschen im Weltraum decken und in der Lage sein, von Menschen produzierte Abfallprodukte wie Urin und Kot zu verwerten.

Das Team um Professor Liu Hong von der Pekinger Universität für Luft- und Raumfahrt baute einst ein kontrolliertes ökologisches Lebenserhaltungssystem – „Mondpalast Nr. 1“. Von 2017 bis 2018 betraten acht Freiwillige nacheinander den „Mondpalast 1“ und überlebten mehr als 370 Tage, womit sie den weltweit längsten Rekord für ein geschlossenes Überlebensexperiment aufstellten. Dies stellt eine hervorragende Vorlage für den Bau zukünftiger Monderkundungsbasen dar.

Vielleicht wird die Weltraumbasis aus Science-Fiction-Werken in einigen Jahren dank der Bemühungen der Wissenschaftler Realität!