Raumstationen: So designt man die Außenposten der Menschheit

Denkt man an Raumstationen, gehen die Gedanken sofort zur Internationalen Raumstation (ISS). Seit dem Jahr 2000 ist das Gemeinschaftsprojekt von NASA (USA), ESA (Europa), JAXA (Japan) und CSA (Kanada) permanent besetzt. Doch die ersten Überlegungen, einen solchen Außenposten der Menschheit im All zu schaffen, gab es bereits in den 1920er Jahren.

Wohnrad: Das Wiener Riesenrad im All?

Die Pioniere dieser ersten Entwürfe waren der österreichisch-slowenische Offizier Hermann Nordung (oder Hermann Potocznik), Max Vallier und Hermann Obert. Besonders berühmt ist das „Wohnrad“ von Nordung. Erstmals vorgeschlagen wurde es 1929 in seinem Buch Das Problem der Befahrung des Weltraums als eine „Raumwarte“. Der Legende nach ließ er sich dabei vom Riesenrad im Wiener Prater inspirieren.

Diese Raumwarte sollte sich um die eigene Achse drehen. Durch diese Rotation würde ein künstliches Schwerefeld erzeugt. Das Konzept taucht seither immer wieder in der Science Fiction, aber auch in realistischen Plänen, auf.

So lagen Pläne für ein Wohnrad in den 1950ern auf dem Schreibtisch von Wernher von Braun. Heute plant die Firma Voyager mit dem Skylab eine private Wohnrad-Station ins All zu bringen. Auch in der Science-Fiction taucht es wiederholt auf, besonders prominent im Film 2001: Odyssee im Weltraum.

Vorreiter

Die frühen Entwürfe zeigten bereits zukunftsweisende Ideen, die heute zum Teil gängig sind. So etwa die Modularität, also das Zusammensetzen einer Raumstation aus mehreren Bausteinen. Nordung stellte sich Raumstationen wie einen „Schiffskörper“ vor. Die einzelnen Teile werden durch „Schotten“ getrennt.

Zusammengebaut werden sie im Orbit – so wie es bei der ISS gemacht wurde. Das hat den Vorteil, dass bei einem Brand oder anderen Gefahren das gesamte Abteil abgeriegelt werden kann, und die anderen Module unbeschädigt und weiterhin bewohnbar bleiben.

Auch die Stromversorgung zeigt Parallelen zu heute. Geplant war ein Sonnenkraftwerk – allerdings nicht wie heute gängig durch Photovoltaik. Stattdessen wollte Noordung Sonnenwärme zur Erhitzung von Wasser nutzen. Mit dieser Solarthermie sollte eine Dampfmaschine betrieben werden.

Es gab damals aber auch militärische Überlegungen, die heute erneut diskutiert werden. So formulierte Noordung auch Pläne für Geoengineering. Riesige Spiegel sollten das Sonnenlicht bündeln und zur Erwärmung der Pole eingesetzt werden. Alternativ lassen sich die „Brennspiegel“ aber auch gegen Feinde einsetzen – und sind damit Vorläufer der vieldiskutierten „Space Laser“.

Wettlauf zwischen Sowjets und USA: Saljut und Skylab

Bis die erste Raumstation aber tatsächlich im All landete, sollte es Jahrzehnte dauern. Nachdem die Sowjetunion das Wettrennen zum Mond verloren hatte, wandten sie sich Plänen für eine Raumstation zu. Hier hatte die Sowjetunion die Nase vorn und wurde für Jahrzehnte zum Experten.

1971 wurde mit Saljut 1 dann erstmals eine temporäre Raumstation in den Orbit gebracht. Insgesamt 7 Saljut-Stationen wurden bis 1986 ins All geschickt. Sie dienten als Test-Lauf für eine permanente Raumstation:

• Was passiert, wenn Menschen über einen längeren Zeitraum im All sind?
• Wie kann man eine Raumstation aus mehreren Modulen im All zusammenbauen?
• Wie versorgt man die Kosmonaut:innen auf einer solchen Station?

Auch die USA hatten mit dem Skylab 1973 Bestrebungen, eine Raumstation ins All zu bringen. Es wurde aus der dritten Stufe einer Saturn-V-Rakete gebaut. Mit 84 Tagen im Erdorbit brach es den damaligen Rekord für den längsten Aufenthalt. 1979 wurde es dann über dem Indischen Ozean zum Absturz gebracht. Danach stoppten die USA ihre Raumstation-Pläne und konzentrierten sich auf das Shuttle-Programm.

Die Sowjetunion stieß hingegen mit dem Interkosmos-Programm eine internationale Zusammenarbeit an. Sie lud Raumfahrer:innen aus befreundeten Ländern wie Tschechien, Polen, Ungarn, Kuba und Vietnam. So flog mit Sigmund Jähn auch der erste Deutsche für die DDR ins All.

Mir und internationale Zusammenarbeit

Die Lehren aus der Saljut-Ära führten 1986 schließlich zur Inbetriebnahme der Raumstation Mir. Anders als Saljut war die Mir modular aufgebaut und wurde im Orbit zusammengesetzt. Sie war bis 2001 dauerhaft besetzt.

Neben Kosmonaut:innen durften auch hier internationale Besucher:innen an Bord. So konnte der erste – und bisher einzige – Österreicher, Franz Viehböck, ins All. Auch Menschen aus Syrien, Japan und Großbritannien durften auf die Raumstation. Helen Sharman flog so 1991 als erste britische Frau ins All.

Auf der Mir gab es auch einen der kuriosesten Vorfälle der Raumfahrtgeschichte. Die Kosmonauten Alexander Volkov und Sergei Krikaljov erreichten die Mir am 2. Oktober 1991 als Sowjetbürger. Nachdem im Dezember 1991 die Sowjetunion aufgelöst wurde, waren die Kosmonauten kurzzeitig staatenlos und mussten länger auf der Mir bleiben als geplant. Im März 1992 kehrten sie als russische Staatsbürger auf die Erde zurück.

Ein Zeichen des Friedens: Die ISS

2001 wurde die Mir endgültig abgelöst. Jahre zuvor hatten Russland und die USA ihre Differenzen überwunden. Sie kombinierten die jeweiligen Pläne für eine eigene Raumstation und aus der „Freedom“ und der „Mir 2“ wurde die ISS. Zusätzlich wurden Europa, Japan und Kanada ins Boot geholt.

Seit 2000 ist die ISS dauerhaft besetzt. Der „Außenposten der Menschheit“ ist mit 109 mal 73 Metern gigantisch. Viele Jahre galt sie als Zeichen der friedlichen internationalen Zusammenarbeit. Russlands Angriff auf die Ukraine erschütterte jedoch die Zusammenarbeit. Sie basiert jetzt nur noch auf der Notwendigkeit, für den Betrieb und die Sicherheit der Raumstation zusammenarbeiten zu müssen.

Erst kürzlich wurde jedoch ein Kosmonaut kurz vor dem Start seiner Mission ausgetauscht. Oleg Artemjew wurde wegen Spionagevorwürfen vom Crew-Dragon-Flug ausgeschlossen. Ihm wird vorgeworfen, interne SpaceX-Dokumente abfotografiert zu haben. Diese soll er schließlich mit dem Handy weitergeleitet haben.

Forschung in der Mikrogravitation

Auf der ISS wird seit über 25 Jahren Forschung betrieben. Dort herrscht fast Schwerelosigkeit, sogenannte Mikrogravitation. So ließen sich Durchbrüche in vielen Bereichen feiern.

• Medizin: Forschung zu Alzheimer, Krebs, Parkinson, Herzkrankheiten und die Entwicklung von Geräten für Asthma-Patient:innen; bei der Medikamentenentwicklung lässt sich der Testzeitraum im All teils halbieren
• Muskelschwund: Forschung zum extrem verstärkten Knochen- und Muskelschwund im All liefert wichtige Grundlagen für Behandlungsmethoden
• Technologie: komplexe Wasser-Recycling-Systeme werden auch auf der Erde genutzt; auch der Anbau von Lebensmitteln wurde erforscht

Private Raumstationen

2030 soll die ISS endgültig in den Ruhestand geschickt werden. Wie es dann weitergeht ist derzeit noch offen. NASA, ESA, CSA und JAXA planen mit dem Lunar Gateway eine Raumstation, die als Zwischenstopp zwischen Erde, Mond und Mars dienen soll. Allerdings sind die Pläne nach aktuellem Stand unsicher, da die NASA möglicherweise aussteigt.

• China betreibt seit 2022 die Chinese Space Station (Tiangong), die in den kommenden Jahren auf eine Besatzung von sechs Astronaut:innen erweitert werden soll
• Russland plant die Russian Orbital Station ab 2028
• Privatwirtschaft: Voyager, Axiom und weitere Firmen planen private Raumstationen, die für private Forschung aber auch als Weltraumhotel funktionieren sollen

Podcast Teil 1

Funktion über Form

Die heutige Übergangszeit hin zu neuen Raumstationen beinhaltet auch neue Design-Anforderungen. Weltraumarchitektin Barbara Imhof von der Liquifer System Group erklärt im Podcast, welche Sicht man früher auf das Wohlbefinden der Astronaut:innen hatte: „Die Ingenieure und Ingenieurinnen haben gesagt, das braucht man alles nicht. Zuerst muss es eine technische Infrastruktur geben, die eine sichere Umgebung für die Besatzung bietet – und dann ist das Geld eh aus.“

Das Habitat-Modul, an dem sie in den 90er Jahren bei der NASA mitarbeitete, wurde aus Kostengründen gar nicht erst gebaut. Heute sieht das anders aus. Mit ihren Kolleg:innen arbeitet Imhof derzeit sowohl am europäischen i-Hab für das Lunar Gateway, sondern auch an Entwürfen für das Spacelab von Voyager.

Extreme Räume lebenswert machen

Dabei bleibt es die große Herausforderung, extreme Umgebungen lebenswert zu gestalten. Raumstationen, so Imhof, sind dabei besonders spannend, da es weder oben noch unten gibt. Daher lässt sich der gesamte Raum nutzen.

Im Gespräch mit Astronaut:innen ist sie mit ihrem Team auch auf neue Erkenntnisse gestoßen, die ihre Designs beeinflussten. Obwohl Menschen in der Schwerelosigkeit eher gekrümmt, fast in Embryonalstellung, schlafen, wünschen sie sich die Möglichkeit, sich zu strecken. Ihr „Bett“ – ein Schlafsack – wird daher an einer geraden Wand fixiert, damit ein Gegendruck erzeugt werden kann. Das entlastet die Wirbelsäule.

Statt mit den Beinen, wie auf der Erde, nutzen Astronaut:innen ihre Arme für die Fortbewegung. Sie „hangeln“ sich entlang und stoßen sich ab. Ihre Beine nutzen sie, um Gegenstände zu transportieren. Das muss beim Design mitgedacht werden.

Doch lebenswert wird ein Raum durch Licht, Farben und Oberflächen. Laut Imhof versteht sich die Weltraumarchitektur als eine Art Gegentheorie zur reinen Ingenieurswissenschaft. In diesen Minimalräumen und extremen Umgebungen sei es wichtig, alle Sinne anzusprechen:

• Steuerbares Licht gestaltet Räume, ohne andere zu blenden. Es kann zudem ein Gefühl von „Oben“ und „Unten“ schaffen
• Farben brechen mit dem „Labor“-Charakter, bleiben aber wie bei einem Hotel generisch. Nachdem Besatzungen regelmäßig wechseln, sollte das Design nicht zu speziell werden
• Haptik in Form verschiedener Oberflächen, „die man auch gern angreift“ sorgt für Abwechslung in einer immer gleichen Umgebung
• Rückzugsorte und Gemeinschaftsbereiche wie der „Küchentisch“ sind gleichermaßen wichtig

Regolith-Bausteine aus dem 3D-Drucker

Diese Regeln wendet Imhof nicht nur auf Raumstationen, sondern auch auf Mond- und Marshabitate sowie Forschungsstationen in der Antarktis an. Die Weltraumarchitektin betont: „Sobald wir die Erdatmosphäre verlassen, gibt es kein Leben mehr für uns Menschen. Das heißt, wir müssen eigentlich so eine kleine Biosphäre aufbauen.“

Die große Entfernung zu Mond und Mars bedeutet, es müssen Baumaterialien vor Ort verwendet werden. Jedes Kilo, das beim Flug gespart werden kann, ist entscheidend. Am Mond wird daher Regolith eingesetzt. Der Mondsand wird verklebt und dann mit einem 3D-Drucker zu Klemmbausteinen gedruckt. Daraus wird die hügelförmige Hülle gebaut.

Im Inneren werden dann aufblasbare, 2-stöckige Räume entfaltet. Dort wird der Druck und die Temperatur gehalten, damit Menschen ohne Raumanzüge in ihnen leben können.

Doch auch Wasserrecycling ist auf dem Mond wichtig. Mit dem Forschungsprojekt LUWEX hat LIQUIFER zusammen mit dem DLR, Thales Alenia Space, der Uni Braunschweig und weiteren Partnern ein solches System entwickelt. Über komplexe Filtersysteme wird Wassereis aus Regolith entnommen und gereinigt.

Podcast

Das gesamte Gespräch mit Barbara Imhof könnt ihr im aktuellen Podcast nachhören.

https://youtu.be/IoMgzTP1NH8