Quarks&Co. Quarks & Co Wie wir das Weltall erobern

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1 Quarks&Co Quarks & Co Wie wir das Weltall erobern Autoren: Redaktion: Sekretariat: Katharina Adick, Heinz Greuling, Thomas Hillebrandt, Sven Preger, Vladimir Rydl, Georg Wieghaus Lorenz S. Beckhardt Uta Reeb In diesem Jahr endet eine Ära in der Geschichte der bemannten Raumfahrt: Die Raumfähren der NASA fliegen zum letzten Mal zur Internationalen Raumstation ISS. Dann werden die Space-Shuttles eingemottet und die Amerikaner wenden sich neuen Zielen zu: dem Mars. Quarks & Co erzählt die spannende Geschichte des Shuttles und begibt sich auf eine ebenso kühne wie extrem gefähr - liche Mars-Mission. Die bewegte Shuttle-Story 4 Amerikas Weltraumflotte geht mit dreißig in Rente Keiner hat den Traum von der Eroberung des Weltalls so konsequent verfolgt wie die USA. Keine andere Nation hat so viele Raumschiffe ins All geschossen. Keine andere hat so viele Katastrophen durchlitten. Dreißig Jahre nach dem Start des ersten wiederverwendbaren Space Shuttle geht nun eine Ära zu Ende. Neue Weltraumfrachter gesucht 4 Ohne Space Shuttle gibt es Transportprobleme im All Das Space Shuttle ist der Lastwagen im Weltraum - bis zu 25 Tonnen kann das Raumschiff in eine erdnahe Umlaufbahn bringen. Ohne die zahlreichen Shuttle-Transporte wäre der Aufbau der Internationalen Raumstation ISS nicht möglich gewesen. Doch das Ende der Shuttle-Ära ist eingeläutet und damit ein Transport-Problem: Die tonnenschweren Transporte zur ISS nach oben sind dank europäischer und russischer Technik zwar noch möglich. Aber zurück nach unten auf die Erde kommt ohne Shuttle fast nichts mehr. Wie die Jungfrau im All 4 Wie kommt man als Privatperson ins Weltall? Was wäre Ihnen ein Flug ins All wert? Würden Sie einen Kredit aufnehmen, auf die Familienplanung verzichten und hart trainieren - nur um einmal einen Blick auf die Erde von oben zu werfen? Wer wirklich will, kann in Zukunft auch als Privatperson ins All fliegen. Mit Hilfe eines Milliardärs, der die private Raumfahrt als lukratives Geschäft der Zukunft entdeckt hat. Das Militär und die Raumfahrt 4 Die Eroberung des Weltalls begann im Krieg Die Raumfahrt erscheint mitunter fast schon wie ein Menschheitsvergnügen. Aber sie ist, wie viele technische Neuerungen, ein Kind des Krieges. Hunderte von militärischen Satelliten umkreisen heute die Erde. Vom Spionage- bis zum Killersatelliten. Nur: Einen Krieg im All kann sich niemand erlauben. Die Reise zum Mars 4 Fliegt der Mensch 2035 zum roten Planeten? Bislang klang das nach Science-Fiction: Menschen landen auf dem Mars! Doch im April 2010 kündigte US-Präsident Barack Obama an: In etwa 25 Jahren soll es losgehen! Und nicht nur die NASA, auch Russen und Europäer planen bemannte Missionen zum roten Planeten. Aber kann man Menschen überhaupt sicher zum Mars bringen? Die Herausforderungen sind immens. 520 Tage im Marscontainer 4 Sechs Männer proben Isolation in einem Raumschiff Sie tun es freiwillig: Im Juni 2010 ließen sich in Moskau sechs Männer in einen Container einsperren - für 520 Tage! Dort leben sie eingepfercht wie in einem Raumschiff, überwacht von Kameras, beobachtet von Wissenschaftlern. Bei Mars500 soll erforscht werden, welche psychologischen Probleme bei einem echten Marsflug auftreten könnten. Weltraum-Medizin 4 Wie Ärzte Astronauten für den Marsflug fit machen Im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) werden Astronauten fit gemacht für den Weltraum. Auch für Planetenexpeditionen auf den Mars. Weltraum-Mediziner erforschen, was alles passieren kann in der Schwerelosigkeit. Und was man dagegen tun kann.

2 Die bewegte Shuttle-Story Amerikas Weltraumflotte geht mit dreißig in Rente Ein Blick in die Geschichte zeigt, wie sehr das Space Shuttle mit den Hoffnungen und Ängsten Amerikas verbunden war. Es begann mit einer Vision. Und endet ungeliebt. Der Jungfernflug des ersten Shuttles auf dem Rücken eines Jumbo-Jets Rechte: NASA 1972 geht das Zeitalter der Mondflüge zu Ende. Amerikas Jugend träumt von flower power. Die Super macht kann dem keine eigenen Visionen entgegensetzen. Da unterbreiten Raumfahrt - techniker Präsident Richard Nixon die ersten Vorschläge für ein neues Abenteuer im All. Tausende von Mitarbeitern der amerikanischen Raumfahrtbehörde tüfteln an einem neuen Typ von Raum fahr - zeug für bis zu sieben Astronauten und mehr als 20 Tonnen Nutzlast. Die Sowjetunion, der ewige Rivale im All, hat dem nichts Vergleichbares entgegenzusetzen. Ein wiederverwendbarer Raumgleiter. Der Space Shuttle. Ein Pendler zwischen Erde und Univer - sum so lautet der Plan. Als das Space Shuttle am 18. Juni 1977 auf dem Rücken eines Jumbo- Jets zu seinem ersten Testflug startet, trägt es den Namen Enterprise so wie das Raumschiff aus der erfolgreichen TV-Serie. Tausende von Fernsehzuschauern konnten die NASA zu dem Namen überreden. Aus Science-Fiction wird reale Wissenschaft. Der Shuttle beweist, dass er tatsächlich wie ein Segelflugzeug landen kann. Doch bis zur Feuerprobe vergehen noch vier Jahre. Weltraumfahrt wird zur Routine Kurz vor dem Abheben werden alle Triebwerke gezündet. Es gibt nun kein Zurück mehr Rechte: NASA Am 12. April 1981 ist es soweit. Die Besatzung der Raumfähre Columbia bereitet sich auf den ersten Start eines Shuttles vor. Zwanzig Jahre, nachdem der erste Mensch ins All aufgebrochen ist. Der Start hat sich um zwei Tage verzögert. Computerprobleme. Es sollen nicht die letzten gewesen sein. Der Start klappt wie aus dem Bilderbuch. Zwei Raketen mit festem Brennstoff und ein riesiger Tank mit flüssigem Treibstoff verleihen dem Koloss den nötigen Schub, um die Anzie hungskraft der Erde zu überwinden. Doch einige Experten schauen dem Shuttle mit gemischten Gefühlen hinterher. Sie halten den Einsatz von Feststoffraketen für zu gefährlich. Die NASA setzt trotzdem auf diese Technik, denn sie ist billiger als der weniger riskante Antrieb mit nur flüssigem Treibstoff. Der gelungene Start scheint der NASA Recht zu geben. 60 Flüge pro Jahr plant die NASA. Ein Höhenflug, der schon bald durch die astronomischen Kosten gebremst wird. Statt zehn Millionen Dollar, wie ursprünglich geplant, wird ein Space Shuttle-Flug bald bis zu 500 Millionen Dollar kosten. Doch 1981 ist die Shuttle-Welt noch in Ordnung. Der Shuttle und der Krieg der Sterne Am 7. Februar 1984 schwebt ein Astro - naut zum ersten Mal ohne Siche rungs - leine durchs All. 264 Kilometer über Hawaii Rechte: NASA In seinen Wahlkampfspots Anfang der 1980er-Jahre setzt US-Präsident Ronald Reagan ganz auf Stärke. Das militärische Kräftemessen zwischen Ost und West spitzt sich zu. Nach dem Einmarsch der Sowjetunion in Afghanistan rüsten auch die USA immer weiter auf. Ob auf See, zu Lande oder in der Luft - überall setzt die amerikanische Regierung auf technologische Überlegenheit. Selbst das Weltall wird zum potenziellen Schlachtfeld. Die Pläne zum Krieg der Sterne werden zwar nie realisiert. Dennoch dient der Space Shuttle den Militärs. Fast ein Drittel aller Missionen haben einen militärischen Hintergrund. Welchen, davon erfährt die Öffentlichkeit nichts. Für Schlagzeilen sorgen allein die wunderschönen Bilder der Erde, die die Astronauten an Bord der Shuttle- Seite 2

3 Missionen zeigen: Live können die Fernsehzuschauer das Aussetzen von Satelliten miterleben oder den ersten echten Raumspaziergang. Dass die Astronauten bei fast jedem der ersten 25 Shuttle- Flüge mit technischen Problemen zu kämpfen haben, verheimlicht die NASA. Nichts soll die gute Stimmung trüben, als 1985 insgesamt neun Mal ein Shuttle startet. Rekord. Was damals niemand ahnt: Nie wieder werden so viele Menschen in so kurzer Zeit ins All transportiert. Die Katastrophe, die nicht die einzige bleiben sollte 28. Januar 1986 der Tag, der alles verändern wird. Die 25. Mission kurz vor dem Start. Es ist bitter kalt. Ein Techniker warnt vor möglichen Problemen mit Dichtungsringen aus Gummi bei diesen Temperaturen. Vergeblich. Die Lehrerin Christa McAuliffe macht sich auf den Weg zur Startrampe. Unter Lehrern wurde sie ausgewählt. Ein Teacher in Space, um amerikanische Schulkinder für die Raumfahrt zu begeistern. Sie werden nie erfahren, was McAuliffe zu erzählen hat Sekunden nach dem Start explodiert die Raumfähre Challenger. Alle sieben Besat - zungsmitglieder sterben. Und mit ihnen der Traum von der Raumfahrt als Routine. Nach der Katastrophe die Spurensicherung. Neben den Bruchstücken der Challenger werden auch einige der Astronauten vom Meeresgrund geborgen. Gefangen in ihren Sitzen. Denn Schleudersitze oder eine im Notfall absprengbare Kabine gab es nicht. Aus Kostengründen. Der Konkurrenzkampf geht weiter Vor den Augen der Welt explodiert ein Shuttle. 72 Sekunden nach dem Start Rechte: NASA Dann wendet sich das Blatt. Die Buran - das sowjetische Konkurrenzprogramm zum Shuttle macht von sich Reden. Jahrelang haben Moskaus Forscher an ihrer Version eines Raumgleiters gearbeitet. Die große Ähnlichkeit zum Space Shuttle lässt Spionage vermuten. Doch was für die Amerikaner noch schlimmer ist: Die Russen kündigen an, mit der Buran schon bald ins All zu fliegen, während die Amerikaner noch nach den Ursachen für die Challenger-Katastrophe forschen. Der US-Kongress fordert angesichts der russischen Konkurrenz die rasche Wiederaufnahme des Shuttle-Betriebs. Der kalte Krieg wischt alle Sicherheitsbedenken beiseite. Am 29. September 1988 geht die Discovery an den Start. Sechs Wochen vor dem ersten und einzigen Flug der Buran am 15. November. Eine der letzten Shuttle-Missionen im Zeichen des Ost-West-Konflikts. Denn auf der Erde ändern sich die Verhältnisse. Eine Zeitenwende auch für den Space Shuttle. Anfang der 1990er-Jahre darf das Space Shuttle endlich das, wofür die Ingenieure es konzipiert haben: Wissenschaft im Orbit betreiben. Die zweite Katastrophe Der Shuttle Columbia zerbricht beim Wiedereintritt in die Atmosphäre Anfang des 21. Jahrhunderts durchzieht die Welt eine Spur des Terrors. Die USA erklären den sogenannten Schurkenstaaten den Krieg. Am 16. Januar 2003 bricht die Raumfähre Columbia zur 113. Mission eines Space Shuttle auf. Mit fünf Männern und zwei Frauen an Bord. Neben mehr als 100 Experimenten nehmen sie sich Zeit für eine Schweigeminute zum Gedenken an die Opfer der Challenger-Katastrophe vor genau 17 Jahren. Vier Tage später bricht der Funkkontakt zur Columbia abrupt ab. Die Flugkontrolleure ahnen nicht, dass in diesem Moment die Astronauten in 60 Kilometern Höhe verglühen. Das Unglück kommt derart überraschend, dass viele zunächst an einen Terroranschlag glauben. Das erste Attentat im All? Doch rasch wird klar: Rechte: NASA Seite 3

4 Ebenso wie die Challenger ist die Columbia ein Opfer von technischen Pannen und unglaublicher Ignoranz. Bereits zum Zeitpunkt der Trauerfeierlichkeiten versucht eine Untersuchungskommission die Gründe für das Desaster aufzuspüren. Was sie herausfindet, wirft kein gutes Licht auf die Verantwortlichen für das amerikanische Raumfahrtprogramm. Bereits beim Start der Columbia prallt ein Stück Isolierung des Tanks gegen den linken Flügel des Raumschiffs. Der Schaden wird sogar bemerkt. Doch weitere Untersuchungen lehnt die NASA ab, da keine gravierenden Folgen zu befürchten seien. Ein folgenschwerer Irrtum. Denn Tests nach der Katastrophe zeigen, dass selbst kleinste Stücke Isoliermaterial große Löcher verursachen können. Eine andere Mission für die Shuttle Sommer Tage nach der Katastrophe ist es wieder soweit. Die Starts werden wieder aufgenommen. Die Flotte der drei noch verbliebenen Space Shuttle hilft jetzt dabei, die Inter - nationale Raumstation (ISS) fertig zu stellen. Nach der 135. Mission eines Shuttles geht eine Ära zu Ende. Autor: Heinz Greuling Zusatzinfos Internationale Raumstation (ISS) Die Internationale Raumstation (International Space Station, kurz ISS) ist eine bemannte Raum - station, die in internationaler Kooperation betrieben und noch weiter ausgebaut wird. Der Aufbau der ISS begann 1998 und die Raumstation ist seit dem 2. November 2000 permanent besetzt. Sie kreist in circa 350 Kilometer Höhe circa alle 90 Minuten um die Erde. Nach derzeitigem Stand hat die Station eine Größe von etwa 110 Metern Länge, 100 Metern Breite und 30 Metern Höhe, wiegt etwa 500 Tonnen und ist damit das größte künstliche Objekt in der Erdumlaufbahn. Die ISS ist ein gemeinsames Projekt der NASA, der russischen Raumfahrtagentur Roskosmos, der europäischen Weltraumagentur ESA, sowie der Raumfahrtagenturen Kanadas und Japans. In Europa sind Belgien, Dänemark, Deutschland, Frankreich, Italien, die Niederlande, Norwegen, Schweden, die Schweiz und Spanien beteiligt. Geplant ist, die ISS mindestens bis ins Jahr 2020 zu betreiben. Seite 4

5 Neue Weltraumfrachter gesucht Ohne Space Shuttle gibt es Transportprobleme im All Die russische Soyuz-Kapsel auf dem Weg zur ISS Rechte: ESA Es ist der Lastwagen ins Weltall. Wer sperrige oder schwere Güter nach oben bringen will, der kommt um das Space Shuttle nicht herum. Es bietet bis zu 16 Tonnen Nutzlast im 18 Meter langen Laderaum. Dank der Shuttle konnten Satelliten sicher ausgesetzt werden, wurde das Hubble-Teleskop im All repariert und über 30 Mal flog der Weltraumlaster Richtung Internationale Raum station (ISS). Das Ende der Shuttle-Ära bedeutet daher auch einen tiefen Einschnitt für die ISS. Betrieb und Versorgung der Station sind sicher gestellt, sagt Thomas Reiter vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt, aber da wo es Einschränkungen geben wird, ist natürlich, Mittel aus der Station zurück zur Erde zu bringen. Forschungsergebnisse, Proben, materialwissenschaft - liche Proben. In eine russische Soyuz passen nur etwa 50 Kilogramm rein und das ist in Anbetracht der vielen Experimente, die dort oben dann in den nächsten zehn Jahren ablaufen sollen, natürlich nicht besonders viel. Die Zeit der großen Transporte zur Raumstation ist also erst einmal vorbei. Aber es wird bereits an Alternativen getüftelt. Kein Shuttle-Nachfolger geplant Die USA hatten sich natürlich auf das Shuttle-Ende vorbereitet. Mit dem entsprechenden Constellation-Programm arbeitete die NASA seit 2004 an großen Zielen. Zum Programm gehörten die Trägerraketen Ares I (für die bemannte Raumfahrt) und Ares V (für Nutzlast), sowie das Crew Modul Orion und die Mondlandefähre Altair. In der näheren Zukunft, etwa ab 2014, sollte es damit wieder US-Versorgungsflüge zur internationalen Raumstation geben, bis zum Jahre 2019 wollten die USA damit Menschen auf den Mond zu bringen und für 2037 war der erste Marsflug geplant. Doch nach deutlichen Worten von US-Präsident Obama war es mit dem Programm vorbei. Ich verstehe, dass viele glauben, wir sollten versuchen, wieder auf der Mondoberfläche zu landen wie es auch geplant war, sagte er am 15. April 2010 bei einer Rede im Kennedy Space Center, Aber ich muss sagen ganz ehrlich wir waren da schon mal. Damit war klar, dass der neue bemann te Mondflug der USA aufgrund von Budgetkürzungen nicht mehr stattfinden wird. Dadurch wurde auch die Entwicklung der benötigten Raumfahrzeuge gestoppt. Diese Programme wurden nicht verschoben, sondern ersatzlos gestrichen, die Finanzierung eingestellt und damit gibt es für die USA vorerst keinen Shuttle-Nachfolger. Europas Weg zur ISS Der Weltraumfrachter ATV über sieben Tonnen Nutzlast wie Nahrung, Wasser, Ausrüstung oder Sauerstoff zur ISS transportieren. Danach verglüht der Transporter in der Erdatmosphäre Rechte: ESA Die Europäische Weltraumagentur ESA will die Lücke, die die Amerikaner hinterlassen haben, nutzen. Zunächst hatten sie einen unbemannten, nicht wieder verwendbaren Weltraumfrachter entwickelt, der über sieben Tonnen Nutzlast wie Nahrung, Wasser, Ausrüstung oder Sauerstoff zur ISS transportieren, aber nichts mehr zurückbringen kann: das Automated Transfer Vehicle (ATV). Aber das ATV hat einen großen Nachteil: Wenn alles entladen ist, ist der große Frachtraum nutzlos. Denn der Weltraumfrachter kann nicht zur Erde zurückkehren nach dem Abkoppeln verglüht der Trans - por ter in der Erdatmosphäre. Die Europäische Weltraumagentur ESA plant daher die Weiter - entwicklung ihres Transporters zu einem ARV, einem Advanced Re-entry Vehicle. Im Gegensatz zum ATV hat das ARV die Möglichkeit zum Wiedereintritt in die Erdatmosphäre, anstatt nach einmaliger Verwendung zu verglühen. Der erste Flug dieses neuen Raumtransporters könnte bereits Seite 5

6 2016 möglich sein und eine Weiterentwicklung mit der Möglichkeit, vier Astronauten zusätzlich zu transportieren, schon 2022 realisierbar sein. Die Entwicklungskosten werden mit rund 2,4 Milliar - den Euro angegeben. Der deutsche Weg Der Wiedereintrittskörper SHEFEX II, das neuartige Technologien wie ein scharfkantiges Design und eine aktive Kühlung des Hitzeschildes verwendet Die deutsche Raumfahrtindustrie will den zukünftigen Markt für Flugkörper, die aus dem All wieder auf den Boden kommen können, nicht der europäischen, russischen oder amerikanischen Konkurrenz überlassen. Um den Flug ins All und zurück zur Erde sicherer, billiger und flexibler zu machen, entwickelt das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit SHEFEX II ein experimentelles Raumfahrzeug, das neuartige Technologien wie ein scharfkantiges Design und eine aktive Kühlung des Hitzeschildes verwendet. Es ist das erste, allein mit deutschen Geldern finanzierte Projekt dieser Art. SHEFEX steht für Sharp Edge Flight Experiment und bei der Versuchs - kapsel ist im Unterschied zu bisherigen Raumfahrzeugen die Außenhaut nicht gerundet, sondern scharfkantig. Bis heute werden entweder Kapseln verwendet, die nicht steuerbar sind, oder das Space Shuttle, das wir kennen, ein sehr großes, kompliziertes Wiedereintrittsfahrzeug, was allerdings auch steuerbar ist, sagt der Entwicklungsleiter Hendrik Weihs vom DLR. Wir wollen mit unserer neuen Technik einen Mittelweg finden, dass wir zum einen die Steuerbarkeit erhalten, das wir punktgenau landen können, andererseits das Fahrzeug so einfach aufbauen wie eine Kapsel. Noch ist die deutsche Idee einer möglichst kostengünstigen Wiedereintrittstechnologie ein großes Experiment. Ob sie wirklich funktioniert und das scharfkantige Design seinen Zweck erfüllt, soll demnächst in Australien getestet werden. In fünf bis zehn Jahren, so die Vorstellung der Entwickler, könnte dann eine viel größere SHEFEX-Kapsel nach dem Aufenthalt im All wieder zurück zur Erde kommen. Als letzter Rest einer großen Rakete. Privat statt Staat? Das Ende der Shuttle-Ära macht neue Ideen notwendig. In den USA sollen es nun Privat unter - nehmen richten. Die NASA hat Unternehmen wie SpaceX oder Orbital Science bereits mit mehreren hundert Millionen Dollar gefördert und für die Zukunft mit lukrativen Verträgen ausgestattet. Für Versorgungsflüge zur ISS sollen die Unternehmen bis zu drei Milliarden Dollar erhalten wenn es denn funktioniert. Space X hat zum Beispiel eine Rakete namens Falcon entwickelt, mit deren Hilfe das Raumschiff Dragon in den Weltraum gelangen und später dann mit Fallschirmen sicher zur Erde zurückkommen soll. Zuerst mit Fracht und später auch mit bis zu sieben Astronauten. Doch bis heute gab es einige Fehlstarts der Falcon 1 und als Falcon 9 im Juni 2010 zwar erfolgreich abhob, verglühte die erste Stufe, die eigentlich zurückkommen sollte, beim Wiedereintritt in die Atmosphäre. Seite 6

7 So einfach ist es also nicht, nach oben zu kommen und vor allem wieder sicher zurück. Sicher ist aber, dass die sich Technik zukünftiger Wiedereintrittskörper an alten Vorbildern orientieren wird. Denn eine Kapsel, die an Fallschirmen zurückkommt und dann im Wasser landet, das kennen wir schon aus Apollo-Zeiten. Von einer Neuauflage des Shuttle-Prinzips ist man daher weit entfernt. Das Prinzip der Wiederverwendbarkeit ist zwar keineswegs überholt, sagt dazu Thomas Reiter vom DLR, aber man ist technologisch eben noch nicht so weit, dass man das soweit voran treiben kann, dass es enorm Kosten spart. Und solange das so ist, wird man eben erst mal wieder beim Konzept dieser Kapseln bleiben. Autor: Thomas Hillebrandt Zusatzinfos Internationale Raumstation (ISS) Die Internationale Raumstation (International Space Station, kurz ISS) ist eine bemannte Raum - station, die in internationaler Kooperation betrieben und ausgebaut wird. Der Aufbau der ISS begann 1998 und die Raumstation ist seit dem 2. November 2000 permanent besetzt. Sie kreist in ca. 350 Kilometer Höhe ca. alle 91 Minuten um die Erde. Nach derzeitigem Stand hat die Station eine Größe etwa 110 Metern Länge, 100 Metern Breite und 30 Metern Höhe und ist damit das größte künstliche Objekt in der Erdumlaufbahn. Die ISS ist ein gemeinsames Projekt der NASA, der russi - schen Raumfahrtagentur Roskosmos, der europäischen Weltraumagentur ESA, sowie der Raum - fahrtagenturen Kanadas und Japans. In Europa sind Belgien, Dänemark, Deutschland, Frankreich, Italien, die Niederlande, Norwegen, Schweden, die Schweiz und Spanien beteiligt. Geplant ist, die ISS mindestens bis ins Jahr 2020 zu betreiben. Wiedereintritt Der Wiedereintritt ist die kritischste Phase bei der Rückkehr eines Raumschiffes aus dem All in die Atmosphäre. Durch den steigenden Luftwiderstand wird die Bewegungsenergie in Wärme umgewandelt. Die dabei entstehenden hohen Temperaturen von über 2000 Grad müssen, wenn das Objekt den Wiedereintritt überstehen soll, durch entsprechende Hitzeschilde abgeleitet werden. Nur der richtige Eintrittswinkel zur Erde von sechs bis sieben Grad gewährleistet dabei einen kontrollierten, gefahrlosen Abstieg und eine Landung im vorgesehenen Landegebiet. Bei zu flachem Eintritt verlässt das Raumfahrzeug die Atmosphäre wieder, wie ein flach geworfener Stein, der auf der Wasseroberfläche abprallt. Bei einem zu steilen Eintritt wirkt die dichte Erdatmosphäre wie eine Mauer, die thermische Belastung wird zu groß und das Raumschiff würde zerbrechen. Kinetische Energie Die Energie, die ein Objekt aufgrund seiner Bewegung enthält. Seite 7

8 Wie die Jungfrau im All Wie kommt man als Privatperson ins Weltall? Sich einmal wie ein richtiger Astronaut fühlen Sonja Rohde im Raumanzug Rechte: Sonja Rohde Für Sonja Rohde soll irgendwann im Jahr 2011 ein Kindheitstraum in Erfüllung gehen. Dann wird sie aller Voraussicht nach ins All fliegen. Nicht als Astronautin, sondern als Privatperson. Dann wäre sie die erste deutsche Frau, die es in den Weltraum geschafft hat. Angefangen hat bei ihr alles als kleines Mädchen: Meine Großmutter hat mir ein Kinderlexikon geschenkt. Und ich war immer ganz begeistert von den Seiten über Dinosaurier und Raumfahrt, erzählt sie. Mich haben die Schwärze des Alls fasziniert, die unendlichen Weiten, die Astronauten in ihren Anzügen und die riesigen Raketen. Und das hat mich auch nie wieder losgelassen. Dass sie ihren Traum nun tatsächlich realisieren kann, verdankt sie einem Zufall. Im Jahr 2005 hat sie den Milliardär und Pionier der privaten Raumfahrt, Richard Branson, auf einer Safari in Afrika getroffen. Eine schicksal - hafte Begegnung. Pionier der privaten Raumfahrt Richard Branson ist der Pionier der privaten Raumfahrt schlechthin und wird es voraussichtlich als erster schaffen, Privatpersonen in größerer Anzahl ins All zu befördern. Richard Branson hat eine vielseitige Karriere hinter sich: Bevor er sich der privaten Raumfahrt zuwandte, hatte er bereits das Plattenlabel Virgin gegründet, als erster mit einem Heißluftballon den Atlantik überquert und sich selbst zum Milliardär gemacht. Mit seiner Firma Virgin Galactic bietet er heute private Weltraum - flüge an. Gesucht und gefunden: Sonja Rohde und Richard Branson Rechte: Sonja Rohde So hat alles angefangen Damit soll es ins All gehen: das Space Ship Two Den entscheidenden Schub bekam die private Raumfahrt, als Mitte der 1990er-Jahre der sogenannte X-Prize ausgelobt wurde. Das Preisgeld von zehn Millionen Dollar sollte erhalten, wer den ersten privaten und erfolgreichen Flug ins All vollbringen und wiederholen konnte. Mehrere Teams machten sich damals an die Arbeit, unter anderem auch eine Gruppe um den amerikanischen Flugzeug- und Raumfahrtingenieur Burt Rutan. Rutan konstruierte das Space Ship One und vollführte im Juni und September 2004 die geforderten Flüge. Das Preisgeld war seins. Zusammen mit Richard Branson gründete er daraufhin im Jahr 2005 die Firma Virgin Galactic. Ihre gemeinsame Vision: Privatpersonen ins All schießen Dollar für ein paar Minuten Einmal Probe sitzen Sonja Rohde im Space Ship Two Rechte: Sonja Rohde Kurz nach der Firmengründung traf Branson dann auf Sonja Rohde, die wahrscheinlich die erste deutsche Frau im Weltraum sein wird. Das war eine schicksalhafte Fügung, sagt Sonja Rohde heute. Bei einer Safari mitten im afrikanischen Busch wurden die beiden sich handelseinig. Für Dollar war Sonja Rohde im Geschäft. Seitdem heißt es vor allem: Kredit abbezahlen und fit bleiben. Ein spezielles Weltraum-Training hat sie mittlerweile absolviert, inklusive Schwerelosigkeits-Flug und Mehrachsenrotations-Trainer, einem Gerät, in dem man in alle Rich - tungen gedreht wird. So werden die Turbulenzen beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre simuliert. Und man kann dann am eigenen Körper erleben, was Astronauten aushalten müssen, sagt sie und fügt mit einem Lächeln hinzu: Man fühlt sich darin allerdings wie eine Orange im Mixer! Seite 8

9 Das Risiko fliegt mit Sonja Rohde hat nie daran gedacht, ihr Vorhaben abzubrechen. Trotz der Entbehrungen und Risiken. Bei einem Raketentest für das Space Ship sind im Jahr 2007 drei Personen gestorben, als es zu einer Explosion kam. Die Probleme sind mittlerweile angeblich behoben, riskant bleibt der Flug trotzdem. Im Dezember 2009 wurde das private Raumschiff, mit dem der Trip absolviert werden soll, endlich der Öffentlichkeit vorgestellt. Es besteht aus einem Trägerflugzeug und dem eigentlichen Raumfahrzeug. Zunächst bringt das Trägerflugzeug alles auf eine Höhe von etwa 15 Kilometern, dann klinkt das Space Ship aus und zündet schließlich seine Raketen. Dann geht es auf eine Höhe jenseits der 100 Kilometer, der offiziellen Grenze für den Weltraum. Von hier oben können die Gäste dann die Schwerelosigkeit erleben und den Blick auf die Erde genießen. Für ein paar Minuten - dann geht es schon wieder Richtung Erdboden. Spätestens 2012 soll der Flug starten. Angst davor, dass ihr Leben nach dem Flug langweilig werden könnte, hat Sonja Rohde nicht: Diese Erinnerungen werden mich nie wieder richtig los lassen. Ich glaube, dass ich ein Leben lang daraus Kraft schöpfen kann. Autor: Sven Preger Seite 9

10 Das Militär und die Raumfahrt Die Eroberung des Weltalls begann im Krieg Als im Zweiten Weltkrieg deutsche Städte in Schutt und Asche gebombt wurden, verlangte Adolf Hitler nach Vergeltung. Wernher von Braun entwickelte die Vergeltungswaffe 2, die erste Rakete, die durch das All ins Ziel flog. Unerreichbar für die Flugabwehr. Mit dem ersten Satelliten Sputnik begann 13 Jahre später das Wettrüsten im All. Heute reicht das Arsenal vom Spionage- bis zum Killersatelliten. Auch die Bundeswehr betreibt eine ganze Flotte von hochpräzisen Radarsatelliten. Und deren Gefährdung wird täglich größer. Zum Beispiel durch unzählige Teile von Weltraummüll, die die Erde umkreisen. Von Hitlers Vergeltungswaffe bis zum deutschen Aufklärungssatelliten: der Quarks-Film zur Geschichte der Raumfahrt. Jetzt angucken. Autor: Vladimir Rydl Seite 10

11 Die Reise zum Mars Fliegt der Mensch 2035 zum roten Planeten? US-Präsident Barack Obama kündigt den Flug zum Mars an Rechte: ARD Um das Jahr 2035 werden wir Menschen zu einer Marsumrundung schicken und sicher zur Erde zurückbringen. Später werden wir auch auf dem Mars landen. Und ich werde das noch miter leben! Mit diesen Worten machte es US-Präsident Barack Obama am 15. April 2010 offiziell: Die NASA soll ernsthaft einen bemannten Flug zum Mars vorbereiten! Der Mond ist nicht mehr das vordringliche Ziel. Die amerikanischen Raumfahrtexperten sollen nun umsetzen, was bislang eher als vage Vision gehandelt wurde: Astronauten sollen den Mars erkunden! Und auch die Europäische Weltraumorganisation ESA möchte sich an einer bemannten Mission zum Mars beteiligen. Doch ist eine solche Mission wirklich durchführbar? Quarks & Co sprach mit Planern der NASA und der ESA über die Herausforderungen der aufwändigsten Expedition aller Zeiten. Warum Menschen zum Mars schicken? Derzeit noch eine Vision: Menschen auf dem Mars Rechte: WDR neu Die wichtigste Frage, die sich bei der Erforschung des Mars stellt, lautet: Gibt es dort Spuren von Leben? Denn sichere Erkenntnisse darüber könnten auch helfen, die Entstehung von Leben auf der Erde besser zu verstehen. Am besten könnte der Mensch selber diese Forschung auf dem Mars durchführen, sagen viele Experten. Bruno Gardini, der Leiter der Abteilung Explorationsprogramme bei der europäischen Weltraumorganisation ESA: Natürlich können wir Roboter dort danach suchen lassen, aber nur Menschen werden letztlich in der Lage sein, diese winzigen Lebensspuren zu finden. Beim Einsatz von Robotern auf dem Mars gibt es ein grundsätzliches Problem. Wegen der langen Entfernung des Mars zur Erde können Roboter nicht live gesteuert werden, da ein Funksignal zum Mars und zurück etwa 40 Minuten benötigt. Außerdem kann ein Roboter immer nur eine sehr begrenzte Zahl von Aufgaben durchführen. Beides erschwert die diffizile Suche nach mikroskopisch kleinen Spuren erheblich. Doch offenbar scheint auch die Faszination, als Mensch den Fuß auf einen fremden Planeten zu setzen, eine wichtige Rolle zu spielen. Bret Drake, einer der Chefplaner für die Marsmission bei der NASA, zur Motivation für den Marsflug: Das gehört zum menschlichen Forschungsdrang: Wir wollen wissen, was am nächsten Horizont liegt. Eine sehr lange Reise Ein Marsraumschiff müsste sehr groß sein... Rechte: Produktionsfirma Bewegte Zeiten, Wiesbaden Der Mars könnte allerdings nur durch eine sehr lange Reise erreicht werden: Nach den aktuellen Planungen der NASA würde sie über zweieinhalb Jahre dauern! Grund sind die unterschiedlichen Planetenbahnen von Mars und Erde. Mars und Erde kreisen beide um die Sonne, aber sie kreisen nicht immer als nahe Nachbarn zusammen. Im Gegenteil. Oft befindet sich der Mars auf der der Erde gegenüberliegenden Seite der Sonne bei heutiger Technologie unerreichbar weit von unserem Heimatplaneten entfernt. Die Astronauten können also nur dann zum Mars fliegen, wenn er der Erde für einige Wochen besonders nahe kommt dann ist er aber immer noch 56 Millionen Kilometer weit weg! Und es dauert mindestens 180 Tage, ein Raumschiff dorthin zu schicken. Nach 180 Tagen entfernt sich aber der Mars bereits wieder von der Erde. Die Folge: Nach der Landung müssen die Astronauten eineinhalb Jahre auf dem roten Planeten verbringen, bis der Mars wieder in eine erdnahe Position kommt und der Rückflug möglich ist. Seite 11

12 Ein sehr großes Raumschiff Kosmische Strahlung wäre bei der Marsmission ein großes Problem Rechte: Produktionsfirma Bewegte Zeiten, Wiesbaden Ein Raumschiff, das Astronauten zum Mars bringen kann, wäre das größte Raumfahrzeug aller Zeiten - nach Kalkulationen der NASA zwei bis dreimal größer als die internationale Raumstation ISS, die selbst schon 455 Tonnen wiegt. Das Marsschiff muss viel Treibstoff an Bord haben, außerdem ein Landefahrzeug mit der Marsunterkunft, die Forschungsausrüstung, und es muss eine mindestens sechsköpfige Mannschaft mit allem Lebensnotwendigen versorgen können: Nahrungsmittel, Sauerstoff, Wasser. Ähnlich wie bei der ISS könnte dieses Raumschiff von der Erde nicht als Ganzes ins All gestartet werden, sondern nur in mehreren Teilen, die dann in der Erdumlaufbahn vollautomatisch verkoppelt würden. Erst dann könnten die Astronauten von der Erde aus selbst zur fertigen Marsrakete starten. Noch suchen die Konstrukteure nach neuen Antriebstechnologien für das Superraumschiff. Bei herkömmlichen Antrieben sorgt allein das Gewicht des Treibstoffs für ein Transportproblem. Nukleare Antriebe wären zwar effektiver und leichter, aber bei ihnen gibt es das Risiko einer nuklearen Verseuchung, wenn die Rakete beim Start von der Erde explodieren sollte. Risiken während des Fluges Ein Hauptproblem während einer Marsreise ist das Strahlenrisiko für die Astronauten durch Sonnenstürme und die galaktische Strahlung aus den Tiefen des Weltalls. Das Risiko ist viel stärker als bei der Raumstation ISS, die durch das Magnetfeld und die Atmosphäre der Erde zumindest teilweise geschützt wird. Wissenschaftler suchen deshalb nach neuem, strahlenundurchlässigem Material - für die Außenhaut der Rakete und für die Schutzräume der Mannschaft. Man müsste mit mehreren kleineren Raketen landen... Rechte: WDR neu Ein weiteres Problem: die Schwerelosigkeit. Sie kann bei den Astronauten Muskel- und Knochen - schwund erzeugen. Die Experten überdenken verschiedene Lösungsansätze. Man könnte das Raumschiff rotieren lassen und so künstlich Schwerkraft erzeugen, aber das ist eine ziemliche Herausforderung! meint Bruno Gardini von der ESA. NASA-Experte Bret Drake setzt eher auf konventionelle Konzepte: Die Astronauten werden in 180 Tagen zum Mars fliegen. Das ist genau die Zeit, die heute Astronauten auf der internationalen Raumstation ISS leben. Dort hilft Fitness - training gegen die Schwerelosigkeit. Das könnte auch auf einer Marsreise funktionieren. Die Landung auf dem Mars Menschen auf dem Mars ein zu grosses Risiko? Rechte: Produktionsfirma Bewegte Zeiten, Wiesbaden Die technisch größte Herausforderung ist die Marslandung selbst. Der Mars besitzt immerhin ein Drittel der Schwerkraft der Erde. Ein einzelnes bemanntes Raumschiff mit allem notwendigen Proviant, Treibstoff und Gerät wäre viel zu schwer für eine sanfte, sichere Landung. Die Lösung, an der die Ingenieure derzeit arbeiten, ist ungewöhnlich: Die Astronauten landen nur mit einem kleinen Raumschiff, das lediglich den Treibstoff für die Landung enthält. Alles Weitere wurde schon Monate vorher zum Mars gebracht - unbemannt. Zum Beispiel die Marsforschungsstation selbst, und vor allem die Rückstartrakete, mit der die Astronauten zur Marsumlaufbahn zurückfliegen (wo wiederum das große Raumschiff wartet, mit dem die Astronauten zur Erde zurückkehren). NASA-Experte Bret Drake: Unsere Astronauten werden die Erde erst verlassen, wenn wir sicher sind, dass die vorab unbemannt gelandeten Raumschiffe auf dem Mars auch voll funktionsfähig arbeiten. Seite 12

13 Herausforderungen auf der Marsoberfläche Nicht nur während der Reise, auch auf dem Mars selbst besteht, wenn auch abgeschwächt, das Problem der radioaktiven Strahlung aus dem All weiter. Die Marsstation und auch das Auto, mit dem die Astronauten sich auf dem Mars fortbewegen sollen, müssten also ebenfalls einen effektiven Strahlenschutz besitzen. Und die Zeit, in der Astronauten sich nur geschützt durch Raumanzüge zu Fuß auf dem Mars bewegen, müsste vermutlich streng limitiert werden. Eine weitere Herausforderung: Wenn Reparaturen notwendig werden oder gar Notfälle eintreten sollten, müssten die Astronauten sich selber helfen, da Hilfs- oder zusätzliche Versorgungsflüge von der Erde nicht möglich wären. Bret Drake: Die Astronauten können nicht einfach jederzeit nach Hause fliegen. Also müssen wir ihnen alles mitgeben, was sie während dieser langen Mission zum Überleben brauchen. Enorm wären auch die Anforderungen an die Crewmitglieder selbst. Sie müssten alle Fachbereiche für die Expedition abdecken. Ein Mediziner, ein Geologe, ein Biologe, ein Ingenieur und zwei erfahrene Piloten müssten an Bord sein, aber alle Astronauten müssten in Notfällen auch Aufgaben von anderen Besatzungsmitgliedern übernehmen können. Und sie müssten psychisch sehr robust sein, um die lange Mission unter dem Druck ständiger Lebensgefahr und immer auf engstem Raum mit den gleichen Personen auch gut bestehen zu können. Der Mars mag ein faszinierendes Ziel sein doch bis Menschen sicher und verantwortbar dorthin geschickt werden können, müssen die Weltraum orga nisationen noch viele schwierige Probleme lösen. Autor: Mike Schaefer Zusatzinfos Internationale Raumstation (ISS) Die Internationale Raumstation (International Space Station, kurz ISS) ist eine bemannte Raum - station, die in internationaler Kooperation betrieben und noch weiter ausgebaut wird. Der Aufbau der ISS begann 1998 und die Raumstation ist seit dem 2. November 2000 permanent besetzt. Sie kreist in circa 350 Kilometer Höhe circa alle 90 Minuten um die Erde. Nach derzeitigem Stand hat die Station eine Größe von etwa 110 Metern Länge, 100 Metern Breite und 30 Metern Höhe, wiegt etwa 500 Tonnen und ist damit das größte künstliche Objekt in der Erdumlaufbahn. Die ISS ist ein gemeinsames Projekt der NASA, der russischen Raumfahrtagentur Roskosmos, der europäischen Weltraumagentur ESA, sowie der Raumfahrtagenturen Kanadas und Japans. In Europa sind Belgien, Dänemark, Deutschland, Frankreich, Italien, die Niederlande, Norwegen, Schweden, die Schweiz und Spanien beteiligt. Geplant ist, die ISS mindestens bis ins Jahr 2020 zu betreiben. Seite 13

14 Sonnenstürme Die Sonne schleudert ständig geladene Teilchen ins All. Dieser sogenannte Sonnenwind besteht vor allem aus Protonen und Elektronen, und weht relativ konstant. Für Astronauten bedeutet der Sonnenwind ein Strahlenrisiko, vor dem sie bei längeren Aufenthalten geschützt werden müssen. Besonders kritisch wird es aber bei Sonnenstürmen, also bei zwar seltenen, aber gewaltigen zusätzlichen Sonneneruptionen. Dann jagt die Sonne für kurze Zeit (wenige Stunden oder Tage) ein Vielfaches der Strahlung ins All. Auf der Erde schützt ein den ganzen Planeten umfangendes Magnetfeld die Atmosphäre, indem es elektrisch geladene Teilchen des Sonnenwinds abfängt, auch bei Sonnenstürmen. Für bemannte Raumflüge, die außerhalb der Erdatmosphäre stattfinden, suchen die Wissenschaftler noch nach den geeigneten Konstruktionen für Schutzräume, in die sich Astronauten bei Sonnenstürmen in Sicherheit bringen könnten. Wichtig wäre auch ein zuverlässiges Frühwarnsystem, denn wenn ein Sonnensturm ausbricht, würde die Strahlung ein Marsraumschiff in weniger als einer Stunde erreichen. Viel Zeit bliebe also zukünftigen Marsastronauten nicht, sich in die Schutzräume zurückzuziehen. Galaktische Strahlung Als galaktische Strahlung bezeichnet man eine hochenergetische Teilchenstrahlung aus den Tiefen des Weltalls (also jenseits unseres Sonnensystems). Die Strahlung besteht unter anderem aus Protonen und Elektronen. Die genaue Ursache dieser Strahlung ist noch nicht genau erforscht. Als mögliche Quellen werden unter anderem auch Supernovae, Schwarze Löcher und Quasare vermutet. Bei längeren bemannten Raumflügen stellt die galaktische Strahlung für Astronauten ein erhebliches Strahlenrisiko dar. Seite 14

15 520 Tage im Marscontainer Sechs Männer proben Isolation in einem Raumschiff Das Mars500 -Containersystem im Überblick Rechte: Europäische Weltraumorganisation ESA Eine bemannte Mission zum Mars dauert lange sehr lange. Rund 900 Tage würden die Astronauten nach aktuellen Planungen der NASA unterwegs sein eingeschlossen in ein enges Raumschiff oder eine enge Bodenstation auf dem Mars, Tag für Tag mit immer den gleichen Personen. Die riskante Mission würde den Astronauten viel abverlangen und ihr Erfolg wesentlich davon abhängen, ob die Mannschaft während der langen Isolation möglichst stressfrei, kollegial und konstruktiv zusammenarbeitet. In Moskau haben die russische Raumfahrtbehörde Roskosmos und die europäische Weltraumorganisation ESA gemeinsam ein Containersystem aufgebaut, in dem sie das isolierte Zusammenleben einer Gruppe von Menschen in einem Raumschiff über 520 Tage simulieren wollen. Mars500 ist das längste Isolationsexperiment in der Geschichte der Raumfahrt. Eineinhalb Jahre eingesperrt Sie wurden verabschiedet wie Helden, gefilmt von Dutzenden von Fernsehkameras: Drei Russen, ein Chinese und zwei Europäer ließen sich am 3. Juni 2010 in das Containersystem von Mars500 einschließen. Ihr 240 Quadratmeter großes Domizil enthält sechs Mini-Kajüten mit Betten, ein Medizin- und Forschungsmodul, das Vorratsmodul mit abgepacktem Essen, einen Fitnessraum, eine Art Wohnzimmer mit Küche, eine Dusche und eine Toilette. Der Auftrag: Die Teilnehmer sollen den Alltag während eines Marsflugs simulieren. Tägliche medizinische Tests gehören dazu Rechte: Europäische Weltraumorganisation ESA Ohne natürlichen Tag- und Nachtwechsel müssen sie einen strikten Zeitplan mit festen Essens-, Arbeits- und Schlafenszeiten einhalten. Sie müssen täglich Fitnessprogramme absolvieren und medizinische Tests durchführen. Am Computer üben sie Flugmanöver und nach etwa 210 Tagen werden sie in einem eigenen Marscontainer sogar eine bemannte Landung auf dem Mars simulieren. Hierbei geht es aber vor allem darum, den Teilnehmern ein Gefühl für den Ablauf einer wirklichen Marsmission zu vermitteln, doch ein Astronautentraining ist das nicht. Hauptziel der beobachtenden Wissenschaftler: Untersuchen, wie es während der eineinhalb Jahre aufgrund der Enge des Zusammenlebens und der Eintönigkeit der Umgebung zu Stress, Spannungen und Konflikten in der Gruppe kommt - und wie man diese Spannungen minimieren und überwinden kann. Totale Überwachung Experten beobachten die Teilnehmer über Monitore Rechte: Europäische Weltraumorganisation ESA Die Gruppe wird dabei rund um die Uhr mit zahlreichen Kameras gefilmt, die Bilder werden von Medizinern und Psychologen beobachtet und analysiert. Täglich messen sie eine Fülle von Kör - perdaten in Ruhephasen, aber auch im Verlauf von Experimenten: Gehirnströme, Kreislaufdaten, Stresshormone im Blut. Selbst die kleinste körperliche Reaktion auf die Extremsituation wird von den Wissenschaftlern registriert. Außerdem gibt es zahlreiche weitere Experimente, die beantworten sollen, wie sich Licht, Ernährung und die Fitnessprogramme auf das körperliche Befinden auswirken. Die Teilnehmer sind keine Laien, sondern erfahrene Armeeangehörige oder Raumfahrtexperten, die sich bei einem strengen Bewerbungsverfahren gegen zahlreiche Mitbewerber durchsetzen mussten. Außerdem wurden sie in wochenlangen Vorbereitungstrainings für das Experiment geschult. Seite 15

16 Das Ziel: Krisen möglichst vermeiden Vorversuchsteilnehmer Oliver Knickel Rechte: Europäische Weltraumorganisation ESA Eine wichtige Aufgabe des Experiments ist es, entstehende Stress-Situationen frühzeitig zu erkennen und zu analysieren und möglichst schnell wieder zu entschärfen. Im Idealfall soll das die Gruppe selber schaffen. Hilfe durch die Psychologen von außen wird aber ebenfalls gewährt. Wie das im Detail funktioniert und nach welchen Regeln, ist mindestens bis zum Ablauf des Experiments Ende 2011 weitgehend Betriebsgeheimnis. Das Projekt Mars500 begann bereits 2009 mit einem 105-tägigen Vorversuch, der inzwischen abgeschlossen ist. Der deutsche Teilnehmer dieses Vorversuchs, der Bundeswehroffizier Oliver Knickel, berichtet, dass bei einigen russischen Teilnehmern Stress wegen der Essensrationierungen entstanden sei. Für einige Tage kam es dann zu Streit, ausgelöst durch Kleinigkeiten im Alltag. Konflikte entschärfen Die aktuelle Containermannschaft bei Mars500 Rechte: Europäische Weltraumorganisation ESA Oliver Knickel beschreibt es so: Das ist ein bisschen wie in der Ehe. Man kennt sich einfach so gut, man kennt die Schwächen, über die man beim anderen anfangs noch gelächelt hat. Doch beim dritten, vierten, fünften, 35. und 75. Mal kann einem da einfach der Kragen platzen. Oliver Knickel reagierte auf Ausbrüche von Kollegen aber mit betont zurückhaltendem Verhalten. Und als die Missionsleitung von Mars500 die Essensrationen veränderte, entschärfte sich die Krise sich wieder. Experiment geglückt! Eine wesentliche Einschränkung bei Mars500 sieht allerdings auch Oliver Knickel: Der Stress durch die ständige Gefahr bei einem echten Marsflug kann auf der Erde nicht simuliert werden. So makaber es klingt: Hier können Psychologen nur aus echten Notfällen lernen. Autor: Mike Schaefer Seite 16

17 Weltraum-Medizin Wie Ärzte Astronauten für den Marsflug fit machen Eine Weltraumreise in die Schwerelosig - keit belastet die Astronauten extrem Die Vorbereitung für lange Reisen in den Weltraum ist ein harter Kampf. Und der beginnt bereits hier auf der Erde. Der Mensch ist mit seinem Körper ganz und gar auf die Erdschwere eingestellt. Auch wenn wir es nicht wahrnehmen. Eine Weltraumreise in die Schwerelosigkeit dagegen ist nicht schön. Sie belastet extrem. Zuallererst den Kreislauf. Die Astronauten und Versuchspersonen sind topfit. Das müssen sie auch sein. Normalerweise sorgen die Venen der Astronauten wie bei jedem Menschen dafür, dass nicht zuviel Blut nach unten, Richtung Füße, fließt. Die Gefäße verengen sich und arbeiten so gegen die Schwerkraft. In der Schwerelosigkeit im All sinkt das Blut aber nicht nach unten. Denn ein Unten gibt es nicht mehr. Der Blutdruck sinkt im Schnitt um 20 Prozent. Und fast zwei Liter Flüssigkeit drücken dann Richtung Kopf. Schwerelosigkeit macht dem Körper schwer zu schaffen Die Mediziner simulieren Verhältnisse, die Herz und Kreislauf in Schwerelosig - keit bewältigen müssen Mit einem Kipptisch simulieren die Mediziner im Kölner Institut für Luft- und Weltraummedizin (DLR) die enorme Belastung für den Kreislauf. Der Unterleib des Astronauten liegt in einer Unterdruck-Kammer. Jetzt können die Venen ihre Arbeit nur noch schwer leisten. Untrainierte würden leicht kollabieren. Aber ein Arzt, der sofort eingreifen kann, ist immer dabei. Mediziner um Professor Rupert Gerzer simulieren Probleme rechtzeitig, bevor sie auftreten. Normalerweise geht man zum Arzt, so Gerzer, wenn gesundheitliche Probleme auftreten. Es ist heute noch fast ausschließlich in unserem Gesundheitssystem so: Wer ein Problem hat, geht zum Experten. In der Raumfahrtmedizin ist es schon umgekehrt. Ich als Raumfahrtmediziner mit meiner Expertise gehe auf die Astronauten zu. Sie sind das Ziel. Wir wollen erreichen, dass sie gesund und leistungsfähig sind und bleiben. Die Weltraummedizin schaut auf den gesunden Menschen, nicht den kranken. Wenn ein Astronaut etwa auf einer Raumstation ist, können wir ihn nicht einfach zum Hausarzt schicken. Der Arzt und seine Expertise müssen zu ihm kommen. Ein solcher Sichtwechsel ist eine grundsätzlich neue Zukunftsaufgabe der Medizin. Lange Flüge nagen an den Knochen Die Kurz-Arm-Zentrifuge simuliert künstliche Schwere Lange andauernde Schwerelosigkeit nagt auch an den Knochen. Je länger ein gesunder Mensch im All ist, desto dramatischer werden die Knochen abgebaut. Rupert Gerzer sucht mit seinen Ärzten nach Möglichkeiten, im Weltraum etwas gegen diesen Knochenschwund zu tun. Denn der Körper stellt sich in Schwerelosigkeit komplett um und stellt das ein, was er glaubt, nicht mehr übernehmen zu müssen: die Stützfunktion der Knochen. Von Kopf bis Fuß läuft dieser Prozess ab am stärksten bei den Beinen, am geringsten in Kopfhöhe. Schon nach wenigen Tagen Weltraum ist der Knochenschwund so stark wie bei einer ausgewachsenen Osteoporose. Auch nach der Landung dauert es sehr lange, bis sich dieser Prozess wieder umkehrt. Seite 17

18 Für ihr Training und die Versuche benutzen Rupert Gerzer und seine Mitarbeiter eine Kurz-Arm- Zentrifuge : Der Astronaut liegt festgeschnallt in einem der Kurzarme : der Kopf in Nähe der Drehachse, die Füße außen. Wenn das Drehkarussell nun in Rotation versetzt wird, erzeugt die entstehende Fliehkraft eine künstliche Schwere mit steigendem Abstand von der Achse anwachsend. Die simulierte Schwerkraft ist dem Grad an Knochenschwund angepasst. Wenn sich die Dreharme bewegen, dann steigt die gefühlte Schwerkraft vom Kopf bis zu den Füßen ganz kontinuierlich an. Bei einem Untrainierten wäre schon bei vier Gramm an den Füßen dem vierfachen unserer normalen Schwerkraft Schluss. Ergebnis: Kreislaufkollaps. Eine ähnliche, abgespeckte Version der Zentrifuge müsste bei einer langen Mission mit ins Raum - schiff. Sie, und nur sie, würde dem drohenden Knochenschwund Paroli bieten. Pläne für eine solche Mini-Zentrifuge gibt es schon. Schon bald werden sie in der Internationalen Raumstation (ISS) getestet und für den künftigen Einsatz geprobt. Zellen in der Schwerelosigkeit Aber nicht nur der Organismus als Ganzes reagiert auf die Schwerelosigkeit. Der Einfluss geht viel tiefer. Jede Zelle, die bisher untersucht worden ist, ist in der Lage, Schwerelosigkeit wahrzunehmen. Und sich auch danach zu richten, so Rupert Gerzer. Doch was genau in jeder einzelnen Körperzelle passiert, ist für die Mediziner und Biologen noch immer rätselhaft. Wie reagieren Zellen auf Schwerelosigkeit? So ist der Schwund der Muskelzellen auf einer Weltraum-Expedition dramatisch. Um das genauer zu erforschen, untersuchen die Kölner Mediziner Proben in einer künstlichen Mini-Schwerelosigkeit. In einem drehbaren Hochleistungsmikroskop, das so schnell rotiert, dass die Einzelzellen schwerelos frei schweben. Forschungen wie diese haben schon jetzt das Verstehen vieler Körper funktio - nen im Menschen verändert. Und die Sichtweise der Medizin. Auch auf der Erde. Autor: Heinz Greuling Seite 18

19 Wie kommt ein Satellit ins All und wann fällt er nicht mehr auf die Erde? Will man einen Satelliten in die Erdumlaufbahn bringen, braucht man Kraft und Geschwindigkeit. Bei zu niedriger Abschussgeschwindigkeit würde eine Rakete samt Satellit nach kurzem Flug aufgrund der Erdanziehungskraft wieder auf dem Erdboden aufschlagen. Erst wenn die Abschussgeschwindigkeit rund Kilometer pro Stunde erreicht, die sogenannte erste kosmi - sche Geschwindigkeit, ist der Satellit zu schnell, um wieder herunterzufallen. Er fällt sozusagen um die Erde herum, und zwar so lange, wie er nicht durch die Reibung der Lufthülle der Erde gebremst wird und dadurch an Geschwindigkeit verliert. Satelliten in einer niedrigen Umlaufbahn müssen daher ab und zu angehoben werden. In einer Höhe von zum Beispiel 350 Kilometern, der Flughöhe der ISS, braucht ein Satellit dann etwa 90 Minuten pro Erdumlauf. Je höher er kreist, umso länger dauert eine Umkreisung und in einer Höhe von rund Kilometern ergibt sich dann der sogenannte geostationäre Orbit : Ein Satellit umkreist hier die Erde mit derselben Richtung und Geschwindigkeit wie diese selbst. Er braucht also 24 Stunden für einen Umlauf und steht dadurch, relativ zur Erdoberfläche, immer über demselben Punkt. Denn die Erde braucht ebenfalls genau 24 Stunden, um sich einmal um die eigene Achse zu drehen. In dieser Höhe ist ein Satellit zudem weit von der bremsenden Lufthülle entfernt und die Erdanziehung und die aus der Umlaufbahn resultierende Zentrifugalkraft (Fliehkraft) heben sich zudem gegenseitig auf. Ein Satellit wird damit zumindest theoretisch ewig in der Schwebe gehalten. Deswegen wird diese geostationäre Umlaufbahn häufig für Fernseh- und Kommunikationssatelliten verwendet. Die Antennen auf dem Boden sind fest auf solche Satelliten ausgerichtet und jeder Satellit deckt stets das gleiche Gebiet der Erde ab. Auor: Thomas Hillebrandt Zusatzinfos Erste und zweite kosmische Geschwindigkeit Kosmische Geschwindigkeiten oder auch astronautische Geschwindigkeiten haben in der Raumfahrt besondere Bedeutung und ergeben sich aus den physikalischen Bedingungen der Erde sowie dem Zusammenspiel der Himmelskörper. Ein Flugkörper benötigt mindestens die erste kosmische Geschwindigkeit, um antriebslos in einer Umlaufbahn um einen Himmelskörper zu gleiten, ohne auf dessen Oberfläche zurückzufallen. Mit der zweiten kosmischen Geschwindigkeit bezeichnet man die Geschwindigkeit, die erreicht werden muss, um aus einer Umlaufbahn heraus das Schwerefeld der Erde zu verlassen und etwa Richtung Mond zu fliegen. Daher heißt sie auch Fluchtgeschwindigkeit und beträgt knapp über Kilo - meter pro Stunde. Seite 19

20 Internationale Raumstation (ISS) Die Internationale Raumstation (International Space Station, kurz ISS) ist eine bemannte Raum - station, die in internationaler Kooperation betrieben und noch weiter ausgebaut wird. Der Aufbau der ISS begann 1998 und die Raumstation ist seit dem 2. November 2000 permanent besetzt. Sie kreist in circa 350 Kilometer Höhe circa alle 90 Minuten um die Erde. Nach derzeitigem Stand hat die Station eine Größe von etwa 110 Metern Länge, 100 Metern Breite und 30 Metern Höhe, wiegt etwa 500 Tonnen und ist damit das größte künstliche Objekt in der Erdumlaufbahn. Die ISS ist ein gemeinsames Projekt der NASA, der russischen Raumfahrtagentur Roskosmos, der europäischen Weltraumagentur ESA, sowie der Raumfahrtagenturen Kanadas und Japans. In Europa sind Belgien, Dänemark, Deutschland, Frankreich, Italien, die Niederlande, Norwegen, Schweden, die Schweiz und Spanien beteiligt. Geplant ist, die ISS mindestens bis ins Jahr 2020 zu betreiben. Seite 20