Tomatenzucht im Weltall - und Luft von Algen

Wenn man heutzutage als Astronaut in den Weltraum fliegt, bekommt man Essen in Tüten und Dosen mit, zubereitet auf der Erde. Es schmeckt nicht schlecht. Was aber, wenn man auf Langzeitmission geht? Was, wenn man im All bestimmte Nahrungsmittel anbauen müsste, Luft herstellen müsste zum Atmen - ist das machbar?*

Es ist nicht so einfach, Lebensmittel im All herzustellen, aber es ist machbar. Russische Kosmonauten aßen 2003 als Erste ihre experimentelle Ernte aus dem Weltraum, und im vergangenen August bissen amerikanische Astronauten in ersten selbstangebauten Weltraum-Salat.

Die Raumfahrer brauchen aber mehr zum Überleben, erklärt Brigitte Lamaze von der ESA: "Die grundlegenden Zahlen sind pro Astronaut täglich fünf Kilo an Energielieferanten für den Stoffwechsel: Ein Kilo Sauerstoff, ein Kilo Trockennahrung und drei Kilo Wasser zum Trinken und zur Zubereitung des Essens."

Algen und Ratten als Sauerstoff- und CO2-Lieferanten

Verschiedene Projekte versuchen, diesem Bedarf nachzukommen. So auch ein Experiment mit Ratten und Algen in Barcelona. Es ist Teil des MELiSSA-Projekts der ESA, das regenerative, geschlossene Lebenserhaltungssysteme für Langzeitmissionen entwickeln soll. Die Ratten atmen Sauerstoff von den Algen, die Algen nehmen CO2 von den Ratten auf. Details vom Chefchemiker Francesc Gòdia: "Die Ratten atmen Kohlendioxid aus. Die Mikroalgen nehmen dieses Kohlendioxid auf und sind mit dem Licht im Photobioreaktor zur Photosynthese fähig, erzeugen also Sauerstoff. Der Sauerstoff wird zurück zu den Ratten geleitet, und das Ganze wiederholt sich ständig in einem geschlossenen Kreislauf."

Eine der großen Herausforderungen für das Team in Barcelona war, die Sauerstoffproduktion der Mikroalgen augenblicklich dem Bedarf anzupassen: "Die Beleuchtung im Photobioreaktor ist mal mehr, mal weniger intensiv, je nachdem, wie viel Sauerstoff die Ratten gerade benötigen", erklärt Gòdia.

Tomaten frisch aus dem All

Während in Spanien am Luftaustausch geforscht wird, bauen Ingenieure im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) einen Satelliten mit zwei Gewächshäusern, in denen Tomaten im Weltall gezüchtet werden sollen. Der Satellit der Eu:CROPIS-Mission soll im nächsten Jahr starten und sich in rund 600 Kilometern um seine eigene Achse drehen - um Mond- und Mars-Bedingungen zu simulieren.

Projektmanager Hartmut Müller: "Wir haben das Gewächshaus, in dem die Tomaten auf der Außenhülle des Satelliten wachsen, und wenn wir den Satelliten rotieren lassen, erzeugen wir unterschiedliche Schwerkraft-Levels auf der Außenseite des Satelliten. So versuchen wir, die Schwerkraft auf dem Mond und auf dem Mars zu simulieren."

Die Raumfahrt-Biologen bevorzugen Pflanzen mit hohem Wassergehalt und einem guten Verhältnis von Frucht zu Pflanzenmasse. Tomaten wählten sie für die Mission aus, weil die roten Früchte im Kamerabild gut zu erkennen sind. Man entschied sich für die "Micro-Tina": "Eine schnell wachsende, schnell blühende und fruchtbildende Tomatenpflanze. In unserem Kontrollexperiment suchen wir nach der richtigen Düngerlösung für die Micro-Tina-Tomaten", erklärt Gravitationsbiologe Jens Hauslage vom DLR.

"Daneben haben wir Paprika und Gurken. Essen Sie das nicht jetzt, denn es ist eine künstlich gezüchtete Gurke - aber ich kann Ihnen sagen, dass die köstlich schmeckt." Und weiter: "Das hier in Bremen ist das Paradies-Labor, wir forschen an der Technik um die Pflanzen herum. Kontrolle der Feuchtigkeit, der Temperatur, Düngerlösungen usw. - eben, wie man Pflanzen auf anderen Planeten züchtet, für die Erforschung der Menschheit."

Urin als Dünger

Für den Dünger kann die Weltraum-Tomatenzucht auf ein simples, menschliches Nebenprodukt zurückgreifen: "Wir nutzen Urin. Urin ist so etwas wie das "Gelbe Gold" für die Pflanzen, wenn man Lebensmittel für Menschen in geschlossenen Systemen auf dem Mond oder dem Mars herstellen möchte", so Hauslage.

Die Pflanzen werden im All nicht in Erde wachsen, das wäre zu kompliziert in der Handhabung. Doch durch die Drehung des Satelliten bekommen sie eine Orientierung, wo sie Wurzeln und wo Blätter bilden müssen. Hauslage: "Wir haben festgestellt, dass eine Pflanze nur eine Schwerkraft von 0,1 G braucht, um den Boden oder die Richtung zu empfinden, das wäre also genug auf dem Mond oder dem Mars."

Frischware aus Eigenproduktion für Langzeitmissionen unabdingbar

In Barcelona wollen die MELiSSA-Forscher nun Methoden entwickeln, wie sie feste und flüssige Abfallprodukte von Pflanzen und Tieren wiederverwerten können. Geschlossene Kreislaufsysteme seien das A und O für Langzeitmissionen. Und Brigitte Lamaze von der ESA erklärt, welcher Sinn dahinter steckt: "Pflanzen im Weltraum zu züchten, ist notwendig. Es wird ein Muss, je länger eine Mission im All dauert. In dem Moment, in dem man nicht mehr die gesamte Lebensmittelration für die Astronauten mitgeben kann, muss man Lösungen finden, wie diese Nahrung oben produziert werden kann."

Eines Tages könnte das im All angebaute Obst und Gemüse ein Viertel oder sogar die Hälfte des täglichen Astronautenbedarfs ausmachen. Vielleicht gerade zur rechten Zeit für den ersten mehrjährigen bemannten Raumflug.