Bevor ein Mensch den Mars betritt, ist bereits bekannt, wie rau die Umweltbedingungen auf dem Roten Planeten sind. Der einzige Schutz für Astronauten wird die Infrastruktur vor Ort und der Raumanzug sein, der sie in einer schützenden Blase hält. Moderne Raumanzüge sind jedoch nicht für die Schwerkraft des Mars ausgelegt, die drei Achtel der Erdanziehung beträgt. Ein Team von NASA-Ingenieuren und Industrievertretern präsentierte auf der 55. Internationalen Konferenz für Umweltsysteme (ICES) Daten, die zeigen, dass die neueste Generation von Raumanzügen für den Mars zu schwer ist.
Das Problem mit dem aktuellen Raumanzug
Die aktuelle Generation von Raumanzügen, bekannt als Exploration Extravehicular Mobility Unit (xEMU), wurde für die Artemis-Mondmissionen entwickelt, die in den nächsten Jahren stattfinden sollen. Der xEMU ist ein technologisches Meisterwerk: Er widersteht extremen Druckunterschieden, ermöglicht eine hohe Beweglichkeit im Unterkörper und ist modular aufgebaut, sodass viele Teile leicht ausgetauscht werden können.
All diese Funktionen haben jedoch ihren Preis: das Gewicht. Der xEMU wiegt 170 kg (376 lbs), fast doppelt so viel wie der durchschnittliche Astronaut, der ihn tragen soll. Auf dem Mond, wo die Schwerkraft ein Sechstel der Erde beträgt, entspricht dies einem Gewicht von 28 kg (61 lbs). Auf dem Mars würde der Anzug jedoch immer noch eine zusätzliche Belastung von 64 kg (141 lbs) bedeuten.
Berechnungen für einen Mars-tauglichen Raumanzug
Die Autoren der Studie legten einige Annahmen zugrunde, um das ideale Gewicht eines Mars-Raumanzugs zu berechnen. Zunächst gingen sie von einem konservativen Astronautengewicht von 50 kg (108 lbs) aus, was dem fünften Perzentil weiblicher Astronauten entspricht. Sie nahmen an, dass Astronauten eine VO2 max (ein Maß für die aerobe Kapazität) von 36 ml/min/kg aufweisen müssen, was über dem Durchschnitt für sesshafte Frauen mittleren Alters liegt. Allerdings wird erwartet, dass Astronauten während der Monate der Reise zum Mars 15% bis 25% ihrer aeroben Kapazität verlieren.
Laut dem National Institute for Occupational Safety and Health liegt die maximale Traglast bei etwa 23 kg (51 lbs). Raumanzüge sind jedoch so konstruiert, dass der Innendruck einen Teil des Gewichts von den Schultern des Astronauten nimmt. Die Autoren berechneten dies auf etwa 22 kg (48 lbs). Damit liegt das absolute Maximum für einen Mars Exploration Extravehicular Mobility Unit (MxEMU) bei 104 kg (229 lbs) – eine Reduzierung um 40% gegenüber dem aktuellen xEMU.
Ein wichtiger Faktor bei diesen Überlegungen ist das sogenannte „Walkback“-Szenario. Wenn ein Rover in einiger Entfernung vom Habitat ausfällt, müssen die Astronauten zu Fuß zurückkehren. Die Energie, die sie beim Tragen eines schweren Raumanzugs verbrauchen, begrenzt die Menge an Sauerstoff, die sie verwenden können. Selbst mit der Gewichtsreduzierung schlagen die Autoren einen maximalen Rückweg von 30 Minuten vor. Bei einer typischen Gehgeschwindigkeit von 3,5 km/h (2,2 mph) würde dies den Aktionsradius auf 1,8 km (1,1 Meilen) begrenzen.
Möglichkeiten zur Gewichtsreduzierung
Um das Gewicht des Raumanzugs um 40% zu reduzieren, schlagen die Autoren vor, die schwere Modularität des xEMU aufzugeben und zur hochintegrierten Architektur der Apollo-Ära zurückzukehren. Damals dienten Komponenten gleichzeitig als Teil der physischen Struktur des Anzugs, um Gewicht zu sparen. Allerdings war das Apollo-Design nur „single-fault“-tolerant, während moderne xEMU-Anzüge „double-fault“-tolerant sind und somit sicherer für Astronauten.
Solche Kompromisse sind unvermeidlich, wenn man für die anspruchsvolle Umgebung des Weltraums entwickelt. Die ersten Astronauten, die den Mars betreten, werden sich der Risiken bewusst sein. Die Ingenieure auf der Erde werden jedoch hoffentlich einen Teil des Gewichts von ihren Schultern nehmen können, bevor sie die Hoffnungen der Menschheit auf eine neue Welt tragen.
- Quelle: phys.org