Gewächshäuser für Langzeitmissionen im All

Tomatenzucht im Rahmen von EuCROPIS

Anfang Dezember ist die Eu:CROPIS-Mission des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) ins All gestartet. Eine Falcon 9-Trägerrakete brachte den Satelliten in eine Umlaufbahn in 600 Kilometern Höhe. Er beherbergt zwei biologische Lebenserhaltungssysteme – mit Gewächshäusern, Biofiltern, Zwergtomatensamen, einzelligen Algen und synthetischem Urin.

In einigen Wochen können die Forscher das erste Gewächshaus in Betrieb nehmen, kurz darauf werden die ersten Tomaten ausgesät. Die Samen sollen im Weltall keimen. Wachsen werden die Pflanzen mithilfe des mitgeführten Urins, der in eine Düngemittellösung umgewandelt wird. Die Mission soll zeigen, wie biologische Lebenserhaltungssysteme als Nahrungsversorgung auf Langzeitmissionen eingesetzt werden können.

Geschlossenes biologisches Lebenserhaltungssystem

Der Eu:CROPIS-Satellit ist etwa ein Kubikmeter groß und 230 Kilogramm schwer.  Das DLR hat ihn gemeinsam der Friedrich-Alexander Universität Nürnberg-Erlangen entwickelt und gebaut. Kern des Eu:CROPIS-Systems sind ein Biofilter und Grünalgen (Euglena gracilis). Der Biofilter besteht aus einer 400 Milliliter großen Kammer, die mit Lavasteinen gefüllt ist. Auf und in den porösen Steinen sind Bakterien angesiedelt, die den darüber rieselnden Urin im Wasserkreislauf in Nitrat umwandeln. Die so gewonnene Nährstofflösung dient zur Aufzucht der Tomaten.

Die einzelligen Augentierchen Euglena gracilis oder auch Grünalgen genannt fliegen in zirka 500 Milliliter „grüner Lösung“ mit ins All. Zum einen können sie Sauerstoff produzieren. Zum anderen können die Augentierchen das System entgiften und vor zu hohen Ammoniakkonzentrationen schützen, die auftreten können, wenn der Biofilter nicht richtig funktioniert. Die Forscher nutzen so die Eigenschaften von Organismengemeinschaften, um Abfälle in Stoffe auf rein biologische Weise umzuwandeln.

Schwerkraft von Mond und Mars nachgeahmt 

LED-Licht sorgt für einen Tag-Nacht-Rhythmus und ein Drucktank für einen atmosphärischen Druck von einem Bar – der Luftdruck auf der Erde. Zudem rotiert der Satellit während der Mission um seine Längsachse. So entsteht eine Gravitation. Im ersten Teil der Experimentphase werden mit 20 Umdrehungen pro Minuten Gravitationsbedingungen wie auf dem Mond geschaffen. In der zweiten Wissenschaftsphase dreht sich der Satellit mit 32 Umdrehungen pro Minute und erzeugt so Marsschwerkraft.

Frisches Gemüse, das im Weltall auf umgewandelten biologischen Abfallprodukten gedeiht, ist Grundvorrausetzung für Langzeitreisen im All. Aber auch auf der Erde können die Forschungsergebnisse von Nutzen sein. Wenn Urin oder Gülle in für Pflanzen nutzbare Nährstoffe und Frischwasser recycelt werden kann, lassen sich die Lebensbedingungen in Ballungsgebieten oder in extremen trinkwasserarmen Lebensräumen verbessern und Böden und Grundwasser entlasten.

Bild: DLR / Tomatenzucht unter kontrollierten Bedingungen