Lebenserhaltungssysteme für Langzeitmissionen

Für die zukünftigen bemannten Mond- und Mars-Stationen wird es wichtig sein, die zum Leben benötigten Stoffe und Nahrungsmittel selbst zu produzieren. Optimal wäre ein weitgehend abgeschlossenes System, das aus dem ausgeatmeten Kohlendioxid Sauerstoff und aus den Abfallprodukten Wasser und Nahrungsmittel zurückgewinnen könnte. Solch ein künstliches Ökosystem würde die Besatzung unabhängig vom aufwändigen Nachschub machen.

Aufgaben des Lebenserhaltungssystems

• Sauerstoffversorgung
• Entfernen des ausgeatmeten Kohlendioxids aus der Luft
• Filtern von Giftstoffen und Verunreinigungen aus der Luft und dem Wasser
• Regulierung der Luftfeuchtigkeit
• Regulierung des Luftdrucks
• Regulierung der Raumtemperatur

Bei längeren Weltraummissionen zusätzlich:

• Wasserproduktion
• Wasseraufbereitung
• Nahrungsmittelversorgung
• Entsorgung von Abfällen, Kot und Urin

Besonders wichtig sind die Versorgung mit Sauerstoff und die Entfernung des Kohlendioxids aus der Kabinenluft (Vergiftungsgefahr).

Möglichkeiten der Sauerstoffversorgung

• elektrolytische Aufspaltung von (an Bord zurückgewonnenem) Wasser (H2O), in Sauerstoff (O2) und Wasserstoff (H2, kann zur CO2-Entfernung verwendet werden, s.u.), geringster Massenbedarf aller Verfahren
• Tanks mit gasförmigem Sauerstoff (fast problemlos, aber großes Volumen, hoher Druck)
• Tanks mit flüssigem, tiefgekühltem Sauerstoff (kleines Volumen, aber aufwändiger)
• chemische Reaktionen, die Sauerstoff freisetzen
• in zukünftigen Mond- und Marsbasen werden Gewächshäuser und künstliche Ökosysteme eine wichtige Rolle spielen (s. z.B.: Melissa - Micro-Ecological Life Support System Alternative)

Kohlendioxid lässt sich aus der Atemluft entfernen durch

• Chemikalien, die CO2 binden, z.B. LiOH, NaOH oder Ca(OH)2
• Aluminiosilikate, die CO2 in ihre poröse Struktur einlagern und im Vakuum als CO2-Eis wieder abgeben
• elektrochemische Abscheidung aus der Luft (elektrochemischer depolarisierter CO2-Konzentrator) und anschließende Umwandlung in H2O mit einem der folgenden Verfahren
• Sabatier-Verfahren:
4H2 + CO2 --> 2H2O + CH4 + Wärme,
an einem Nickel- oder Kobalt-Katalysator zwischen 300 und 400 °C. (CH4, Methan, wird entlüftet oder als Reaktionsmasse für ein Lageregelungssystem verwendet; H2O für Trink-, Brauchwasser oder O2-Gewinnung)
• Bosch-Verfahren:
CO2 + 2H2 --> C + H2O + Wärme,
an einem Eisen-Katalysator zwischen 530 und 730 °C.

Wasserrückgewinnung

Da Wasser den größten Massenanteil an lebenswichtigen Stoffen ausmacht und für die elektrolytische Produktion des Sauerstoffs benötigt wird, ist dessen Rückgewinnung und Wiederaufbereitung durch Filterung und Umkehrosmose besonders bei Langzeitmissionen unerlässlich. Rückgewinnungsquellen sind:

• Wasserkondensation durch das Regelsystem der Luftfeuchtigkeit
• Wasser, das bei der CO2-Entsorgung anfällt
• Filterung des Wasch- und Reinigungswassers
• Wasser aus Urin und Kot
• Laborwasser und Wasser aus Experimenten
• zukünftig Wasser aus der Pflanzenzucht in Mond- und Marsbasen

Die Verunreinigung des Wassers, der Luft, der Aufbereitungsanlagen und der Oberflächen mit Mikroorganismen muss überwacht werden.