Wohnung im Weltall

30. Juli 2020

In nicht allzu ferner Zukunft sollen Astronauten endlich auch auf dem Mars landen. Wie es sein könnte, dort zu wohnen, weiß Christiane Heinicke bereits aus eigener Erfahrung. 2015 nahm sie an dem von der NASA finanzierten Projekt HI-SEAS teil, das auf Hawaii das Leben auf dem Mars simulierte. Ein Jahr lang lebte sie zusammen mit fünf anderen Wissenschaftlern in einem Habitat am Vulkan Mauna Loa. Heute arbeitet Heinicke am Zentrum für angewandte Raum­fahrt­technologie und Mikro­gravitation (ZARM) der Universität Bremen an einem realen Habitat – einer Unterkunft, die Leben und Arbeiten auf Mond oder Mars ermöglichen soll.

#explore: Wie lebt es sich auf dem Mars, Frau Heinicke?

Christiane Heinicke: Einerseits so ähnlich wie in einer normalen WG auf der Erde: Man muss kochen, aufräumen und sich gegen­seitig absprechen. Anderer­seits waren die Lebens­umstände natürlich sehr außer­gewöhnlich. Der Kontakt zur Außen­welt beschränkt sich auf Sprach­nachricht oder E-Mail, man kann keine Freunde zum Geburts­tag einladen, und man muss mit den beschränkten Wasser- und Nahrungs­reserven auskommen. Wenn der Vorrat auf­gebraucht ist, kann man ja nicht in den Super­markt oder ins Restaurant gehen. Und man lebt über ein Jahr mit fünf Menschen auf engem Raum zusammen – mit denen muss man klarkommen.

Welches Ziel verfolgt die NASA mit der Mars-Simulation auf Hawaii?

Die NASA möchte im Rahmen dieses Forschungsprojekts mehr über die Gruppendynamik bei einer solchen Mission herausfinden: Wie entwickelt sich eine Gruppe über einen so langen Zeitraum unter den extremen Isolationsbedingungen, welche Probleme treten auf? Und, daraus abgeleitet: Wie muss man eine Crew zusammenstellen, damit die Mitglieder diese Zeit gemeinsam überstehen können?

Wenn man die unterschiedlichen Crews aus dem Simulationsprogramm vergleicht, kann man Rückschlüsse ziehen, mit welchen Persönlichkeitstypen es während der Missionen Probleme gegeben hat und welche Charaktereigenschaften man entsprechend in Zukunft vorab aussieben sollte. Zugleich möchte die NASA auch herausfinden, inwieweit man eine Crew auf einer Mars-Mission von der Erde aus psychologisch und durch weitere Trainings unterstützen kann.

Wie sahen diese begleitenden Maßnahmen aus?

Wir hatten, als Teil des Forschungs­projekts, einzelne Trainings­programme, die sich um den Umgang mit Stress, Konflikten und psychischen Problemen gedreht haben: Wie erkenne ich so früh wie möglich, wenn sich bei mir oder einem Crew-Mitglied etwa eine Depression entwickelt, wie kann ich aktiv gegen­steuern, damit sich Probleme gar nicht erst auswachsen?

Was waren die größten Konflikt­herde innerhalb der Gruppe?

Wie in einer normalen WG ging es meist um Kleinigkeiten: Wer hat mal wieder nicht abgewaschen, wer lässt ständig seine Kaffee­tasse im Labor herum­stehen? Die Lösung war hier eigentlich immer, solche Dinge so früh und so sachlich wie möglich an­zu­sprechen. Und weil wir alle gleich motiviert waren, dieses Jahr gut zusammen durch­zu­stehen, haben wir eine solche Kritik nicht als persönlichen Angriff auf­genommen, sondern uns tatsächlich bemüht, unser Verhalten zu ändern.

Wir haben im Vorfeld ein entsprechendes psychologisches Training bekommen, wurden aber natürlich auch ohnehin danach aus­gewählt, dass die Charakter­eigenschaften tendenziell passen. Ein Eigen­brötler wird durch ein bisschen Training ja nicht über Nacht zum Team­player.

Was war Ihre eigene Motivation, an dem Projekt teil­zu­nehmen?

Neugier! Ich wollte ausprobieren, ob ich persönlich so etwas durch­stehen kann und ob die anderen fünf es ein Jahr mit mir aus­halten. (Lacht.) Auf einer Ebene ging es also um persönliche Erfahrung und Weiter­entwicklung.

Als Wissenschaftlerin hat mich auch das umfang­reiche Crew-Monitoring während des Versuchs interessiert: Wir haben regel­mäßig Frage­bögen ausgefüllt, Schlaf­tage­bücher geführt und aufgezeichnet, womit wir während der Mission unsere Zeit verbringen. Im Labor oder im normalen Umfeld lässt sich eine so umfängliche Studie ja gar nicht durch­führen.

Sind Sie als umgänglicherer Mensch nach Hause zurück­gekehrt?

Seit meiner Rückkehr ist es auf jeden Fall unheimlich schwer geworden, mich aus der Ruhe zu bringen. Wir wurden natürlich vor­gewarnt und auf den Umgang mit Stress trainiert. Aber ich hätte nicht erwartet, wie stark die psychische Belastung tatsächlich ist. Vor allem steht man ja nicht ab dem ersten Tag plötzlich unter starkem Stress – der steigert sich allmählich und unmerklich. Das erinnert ein bisschen an den Frosch im Topf: Wird der in kochendes Wasser geworfen, springt er direkt wieder raus. Wird das Wasser aber langsam erwärmt, gewöhnt er sich daran und lernt dann eben auch, Schritt für Schritt damit umzugehen. Das hat mich doch deutlich stress­resistenter gemacht.

Wie waren die Rollen und Aufgaben in der Gruppe verteilt?

Das Team bestand aus einer Kommandantin, einer Ärztin, einem Ingenieur für Reparaturen und Wissenschaftlern unter­schiedlicher Fach­bereiche. Außerdem war ein Architekt dabei, der sich auf Welt­raum­architektur spezialisiert hat. Ich selbst war „Chief Scientific Officer“. Ich habe die Experimente koordiniert und musste dafür sorgen, dass wir Versuche für andere Wissenschaftler umsetzen konnten und diese nicht mit unseren eigenen Experimenten kollidieren.

Welche Experimente haben Sie selbst durch­geführt?

Bei einem meiner Experimente ging es darum, Wasser aus dem Boden zu gewinnen. Lava­gestein enthält sehr geringe Mengen Wasser, das verdunstet, wenn die Sonne darauf scheint. Statt dieses Wasser in die Atmos­phäre entweichen zu lassen, haben wir es in einem mobilen Gewächs­haus aufgefangen. In einer Woche konnten wir auf einem Quadrat­meter so rund einen Liter Wasser gewinnen.

Ließe sich auf diese Weise auch auf dem Mars Wasser gewinnen?

Ja. Ob es aber Sinn macht, hängt von der Dauer der Mission ab. Wasser gibt es auf der Mars­ober­fläche nur als Eis, Perma­frost oder eben als Wasser­dampf in der Atmosphäre. Perma­frost ist extrem hart und dadurch sehr schwer abzubauen – da braucht man das entsprechende Equipment. Und auch die von uns verwendete Methode ist mit einem entsprechenden Aufwand verbunden. In der Anfangs­phase künftiger Mars­missionen wäre es daher deutlich einfacher, das Wasser einfach mit­zu­nehmen. Will man eine permanent besetzte Station aufbauen, müsste man das Wasser dann auch vor Ort gewinnen.

Was war für Sie in diesem Jahr die stärkste Erfahrung?

Das Schönste waren für mich die Außen­ein­sätze. In einem Raum­anzug auf 2.500 Meter Höhe herum­zu­laufen ist körperlich natürlich ziemlich anstrengend. Aber die Land­schaft dort auf Hawaii ist einfach unglaublich eindrucks­voll: sehr karg, fast außer­irdisch und zugleich sehr viel­fältig. Dieses Lava­gestein kann ja wahnsinnig verschiedene Farben, Figuren und Formen annehmen. Es ist wirklich ein sehr, sehr spannendes Gestein! (Lacht.)

Was haben Sie am meisten vermisst?

Frische Himbeeren und frische Ideen! Dadurch dass man immer mit denselben Menschen redet, kennt man bald deren Geschichten – man weiß, wie sie denken, wie sie ticken. Zu wissen, woran man bei den anderen ist, hat natürlich seine Vorteile. Aber in Diskussionen kann man meistens schon vorher­sagen, wer welche Einstellungen vertritt, wer einen Vorschlag mit welchen Argumenten befürwortet oder ablehnt. Es fehlt der direkte Austausch mit neuen Sichtweisen, anderen Gedanken­welten und Erfahrungen.

Inwiefern sind Ihre Erfahrungen auf Hawaii in das von Ihnen entwickelte Habitat „Moon and Mars Base Analog“ (MaMBa) – die Unterkunft für Astronauten auf Mond oder Mars – eingeflossen?

Ich bin ja von Hause aus Ingenieurin. Und während der Zeit auf Hawaii sind mir quasi jeden Tag Dinge auf­gefallen, die in einem richtigen Habitat so nicht funktionieren würden. Tatsächlich sind alle bisherigen Habitate ausschließlich für die Simulation auf der Erde ausgelegt. Wenn wir in den kommenden Jahr­zehnten Astronauten zum Mond oder Mars schicken wollen, gäbe es aktuell noch kein Haus, in dem sie sich dort aufhalten könnten. Ich habe daher begonnen, mir Gedanken zu machen, wie ein solches Habitat eigentlich aussehen müsste.

Und durch meine Erfahrungen auf Hawaii weiß ich auch, wie wichtig es ist, menschliche Bedürfnisse bei der architektonischen Gestaltung zu berücksichtigen. Einer der Lieblings­plätze unserer Crew auf Hawaii war ein Fenster, durch das man die Lava­landschaft sehen konnte. Dieser Ausblick nach draußen, die Möglichkeit, in die Weite zu schauen und die Augen nicht immer nur auf Dinge zu fokussieren, die weniger als zehn Meter entfernt sind, war für uns alle unheimlich wichtig. Entsprechend sieht unser MaMBa-Habitat auch ein Fenster im Wohn­zimmer­modul vor.

Was muss ein solches Habitat für Mond und Mars über­haupt leisten?

Von der technischen Seite her sind die groben Anforderungen relativ simpel: Das Habitat muss die Astronauten vor den Vakuum­bedingungen, den Temperatur­schwankungen und vor der Welt­raum­strahlung schützen. Ansonsten würde ein Sonnen­sturm dazu führen, dass die Crew im wörtlichen Sinne geröstet wird. Die Station benötigt außerdem eine Luft­schleuse und ein Lebens­erhaltungs­system, um Wasser und Atemluft auf­zu­bereiten.

Von der architektonischen Seite her muss ich mir dann über­legen, was Menschen außerdem zum Leben benötigen. Unverzichtbar ist ein persönlicher Rück­zugs­raum, selbst wenn ein Schlaf­saal natürlich effizienter wäre. Denn jeder hat gelegentlich einen schlechten Tag oder möchte einfach mal für sich sein. Wichtig ist auch, eine gewisse Flexibilität in die Einrichtung ein­zu­bauen. Zu Hause kann ich meine Möbel umstellen und verändere so meine direkte Umgebung. In der Station bin ich tag­täglich mit denselben Farben, Gerüchen und Geräuschen konfrontiert. Ich kann auch nicht ohne Weiteres die Regale verschieben oder mal eben in ein Möbel­haus fahren. Das Design muss daher auf einer anderen Ebene flexibel sein – etwa indem man die Farben und Licht­verhältnisse verändern kann, damit es eben nicht immer gleich aussieht.

Inwiefern haben Sie diesen Ansatz im Demomodul bereits umgesetzt?

Das Demomodul ist ein sogenanntes Mock-up. Das ist eine technisch noch nicht funktions­fähige Vor­version, mit der wir testen, ob die Architektur, das Design und die Maße stimmen. Und weil das Labor das Herz­stück der künftigen Station ist, haben wir zunächst eine Demo­version dieses Labor-Moduls gebaut.

Den ganzen Tag in einem fenster­losen Labor bei gleich­bleibendem Licht zu arbeiten ist unheimlich ermüdend für die Augen. Deshalb haben wir Lampen eingebaut, die von der Crew variabel eingestellt werden können. Das fanden unsere Tester sehr hilfreich und haben während des Arbeits­tags die Lampen mal ein bisschen wärmer, heller oder dunkler ein­gestellt, um so ein wenig Abwechslung zu schaffen.

Wie kann ich mir das Grund­konzept des Habitats vor­stellen?

Die Grundkonfiguration besteht aus sechs Modulen: drei Arbeitsmodule und drei Freizeit­module. Es gibt ein Schlaf­modul, ein Küchen­modul und ein Wohn­zimmer­modul, ein Labor, ein Gewächs­haus und eine Werkstatt. Alle Module sind aufrecht stehende Zylinder mit einem Innen­durch­messer von 4,40 Meter und einer Höhe von 6,50 Metern. Hinzu kommen zwei Luft­schleusen – schließlich muss die Crew irgend­wie rein- und raus­kommen.

Im Verhältnis zur Raumfläche sind die Module ziemlich hoch. Warum?

Durch diese Grundhöhe können wir die Arbeits­module in zwei Stock­werke unter­teilen. Und sie erlaubt uns zugleich, diese Zwischen­decke in den Freizeit­modulen weg­zu­lassen. Im Wohn­zimmer­modul kann ich mich dann etwa auf dem Sitz­kissen lümmeln und habe einen Blick nach oben. Mir fällt dann sprich­wörtlich nicht „die Decke auf den Kopf“.

Dieses Prinzip basiert ebenfalls auf meiner Erfahrung im Habitat auf Hawaii. Dort ist nur die eine Hälfte der Kuppel durch ein Ober­geschoss unter­teilt, die andere ist ein freier Bereich mit einer Decken­höhe von rund sechs Metern. Das hat extrem dabei geholfen, sich in dem Habitat nicht eingeengt zu fühlen, obwohl wir nur alle paar Tage raus­gekommen sind.

Wie haben Sie das Habitat getestet?

Wir haben Wissenschaftler eingeladen, sich zu überlegen, welche Experimente auf dem Mars oder Mond durch­geführt werden könnten. Diese Experimente haben sie dann anschließend in unserem Labor-Modul umgesetzt. Es gab zwei Testläufe von jeweils einer Woche, wobei die Wissenschaftler jeweils zu den Arbeits­zeiten im Labor waren – also etwa von 9 Uhr bis 18 Uhr.

Wie fiel das Feedback der Tester aus?

Wir haben die Wissenschaftler dort zu dritt und zu viert arbeiten lassen. Drei ist die Nominal­besetzung – und das hat wunderbar funktioniert. Zu viert war etwas mehr Absprache und Rück­sicht­nahme erforderlich, aber trotzdem konnten die Wissenschaftler noch vernünftig darin arbeiten. Änderungs­wünsche bezogen sich vor allem auf die konkrete Labor­aus­stattung. Das haben wir dann entsprechend vor dem zweiten Test­lauf angepasst.

Wie und in welcher Weise wollen Sie das Modul weiter­entwickeln?

Das aktuelle Demomodul werden wir weiter­verwenden – aller­dings mit einem anderen Fokus. Geplant haben wir hier etwa Experimente zu einem möglichen Support von der Erde aus: Inwieweit kann man angesichts der Zeit­verzögerung von 20 Minuten die Crew unter­stützen oder im Notfall das Habitat steuern? Parallel wollen wir einen technisch funktions­tüchtigen Prototyp entwickeln. Angefangen mit der Luft­schleuse, die eines der komplexesten Bau­teile des Habitats ist. Das Modul selbst wird dann entsprechend als Druck­gehäuse aus Metall konstruiert. Dann können wir die Lebens­erhaltungs­systeme installieren und testen, wie effizient und dauer­haft sich mit der Technik Sauer­stoff produzieren lässt.

Wann könnte das erste Habitat auf Mars oder Mond installiert werden?

Das kommt darauf an, wen man fragt! (Lacht.) Eine permanente Station auf dem Mond wäre aus meiner Sicht in den 2030er-Jahren machbar. Das Problem ist dabei weniger die Technik als der politische Wille – und vor allem die Finanzierung. Beim Mars ist der Flug noch eine große Heraus­forderung. Ist die gelöst, müsste man zunächst das Habitat und die zugehörige Infra­struktur auf dem Mars aufbauen und aus­führlich testen, bevor man eine Besatzung schickt.

Ein Startfenster zum Mars öffnet sich aber nur alle zwei Jahre, und in der Raumfahrt kommt es immer wieder zu Verzögerungen. Daher dürfte es wohl noch 20 Jahre dauern, bevor Astronauten tatsächlich ein Habitat auf dem Mars beziehen können. Die dortigen Umwelt­bedingungen sind aber tatsächlich günstiger als auf dem Mond, weil sie denen der Erde ähnlicher sind.

Inwiefern?

Der Mond hat ein Sechstel der Erdanziehungskraft, der Mars immerhin ein Drittel. Auf dem Mond gibt es praktisch keine Atmosphäre, auf dem Mars herrscht ein Druck von 6 Millibar – rund 1 Prozent dessen, was wir hier auf der Erde haben. Das ist zwar für Menschen ohne Raum­anzug nicht über­leb­bar, aber das Habitat muss weniger Druck wider­stehen als auf dem Mond. Auch die Ressourcen auf dem Mars könnten von einer Crew vor Ort besser genutzt werden. Es gibt dort Eisen, es gibt Kohlen­dioxid und Eisen­oxid – das heißt: Ich habe auch Sauer­stoff. Im Prinzip könnte man zum Mars fliegen und den Sauer­stoff vor Ort gewinnen. Auf dem Mond funktioniert das nicht so gut.

Zudem ist die Oberfläche des Mondes sehr staubig und der Staub extrem scharf­kantig. Wenn man mit einem Rover darüber­fährt, hat man den Staub im Getriebe, in den Lagern, in allen beweglichen Teilen. Auf dem Mars habe ich natürlich auch eine staubige Umgebung, aber der Staub ist dort nicht ganz so fein­körnig und so scharf­kantig wie auf dem Mond.

Der Mond könnte also eine Art Härtetest für ein Mars-Habitat sein?

Genau. Daher ist es aus meiner Sicht sinn­voll, ein solches Habitat erst mal auf dem Mond zu installieren. Falls etwas schief­geht, kann man innerhalb von ein paar Tagen Ersatz­teile schicken oder die Crew evakuieren. Hat man die „Kinder­krank­heiten“ kuriert und das Habitat gründlich getestet, kann man das gleiche Habitat dann in einem nächsten Schritt zum Mars schicken.

Wenn Sie die Gelegenheit dazu bekommen würden: Wären Sie bei einem Flug zum Mars dabei?

Natürlich würde ich mir zunächst anschauen, wer da noch dabei ist und wer das organisiert. Aber ja, ich würde höchst­wahrscheinlich fliegen!