Die Gewächshäuser

Lage der beiden Gewächshäuser
Lage der beiden Gewächshäuser
Bild 1/3, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

Lage der beiden Gewächshäuser

Lage der beiden Gewächshäuser innerhalb des Drucktanks an Bord des Eu:CROPIS-Satelliten des DLR.
Drucktank mit Eu:CROPIS-Gewächshäusern
Drucktank mit Eu:CROPIS-Gewächshäusern
Bild 2/3, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

Drucktank mit Eu:CROPIS-Gewächshäusern

In dem Drucktank befinden sich zwei baugleiche Experimente mit Gewächshäusern, Bio-Rieselfilter aus Lavagestein und einzelligen Algen (Euglena) sowie Mess- und Regeltechnik, die als geschlossenes System eine Lebensgemeinschaft bilden.
Eu:CROPIS-Gewächshaus
Eu:CROPIS-Gewächshaus
Bild 3/3, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

Eu:CROPIS-Gewächshaus

Ein geschlossenes Lebenserhaltungssystem wird auf seine Langzeitstabilität getestet.

Im Inneren von Eu:CROPIS befinden sich in einem Drucktank zwei baugleiche Experimente mit Gewächshäusern, Bio-Rieselfilter aus Lavagestein, Zwergtomatensamen und einzelligen Algen (Euglena) sowie Mess- und Regeltechnik, die als geschlossenes System eine Lebensgemeinschaft bilden.

Der Biorieselfilter C.R.O.P. ®

Das Bio-Rieselfiltersystem C.R.O.P. ® (Combined Regenerative Organic-Food Production in Space), entwickelt vom DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin, setzt den im Urin enthaltenen Harnstoff (Ammonium) in Nitrit und dieses wiederum in Nitrat um. Damit wird das menschliche Abfallprodukt in eine Nährstofflösung umgewandelt. Auf der Erde ist die Funktionalität des Filters bereits belegt, nun soll mit der Eu:CROPIS-Mission seine Einsatzmöglichkeit für Missionen im Weltall (Mond/Mars) erprobt werden. Bei der Mission wird der C.R.O.P. ®-Filter mit einem Gewächshaus und Euglenen kombiniert, die von der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg beigesteuert werden. Die Experimente liefern Wissen, um ein Überleben von Menschen in lebensfeindlichen Räumen (Weltraum oder auch Erde) zu ermöglichen.

Der Filter besteht aus circa 400 Milliliter Lavagestein. Die löchrige große Oberfläche der Lavasteine, die zuvor mit getrockneter Erde "geimpft" wurden, dienen den Bakterien als Behausung. Während der Mission werden dem Biofilter synthetischer Urin (45 Milliliter pro Gewächshaus) und Karbonat hinzugefügt. Der künstliche Urin liefert Harnstoff, das Karbonat den Kohlendioxid. Damit werden der atmende Mensch und die von ihm produzierten Abfälle simuliert.

Algen unterstützen das Filtersystem

Beim Experiment kommen die Euglena gracilis (Augentierchen) zum Einsatz: Die Augentierchen sollen das System entgiften, wenn die Zugabe des künstlichen Urins zu Beginn für einen möglichen, hohen Anteil an Ammoniak sorgt, denn dieser ist für die Tomatenpflanzen schädlich. Ammoniak entsteht, wenn der im Urin enthaltene Harnstoff bei der Umwandlung zu Nitrat zerfällt. Gleichzeitig liefern sie Sauerstoff, den die Pflanzen und Bakterien während der Keimung und des anfänglichen Wachstums benötigen. Später produzieren die Pflanzen selbst genügend Sauerstoff. Die einzellige Alge ist bereits weltraumerprobt und kann sich in der Schwerelosigkeit orientieren.

Mini-Tomaten als Bio-Sensor

Der durch den Rieselfilter in Nitrat umgewandelte Harnstoff dient als Nährlösung für die Tomatenpflanzen. Somit fungieren die Pflanzen hauptsächlich als Bio-Sensoren, die eine erfolgreiche Umwandlung des Urins in eine Düngemittellösung anzeigen. Für das Experiment werden Samen der Tomatensorte "Micro Tina" verwendet. Diese Sorte wurde von der Utah State University speziell für das Weltall gezüchtet. Die Pflanzen wachsen sehr schnell und sind sehr kompakt (kleine gedrungene Pflanze). Erste reife Früchte kann man bereits nach 60 bis 90 Tagen sehen. Die "Micro Tina" ist anspruchslos, braucht wenig Licht, ist relativ fest und hat einen leicht säuerlichen Geschmack.

Pro Gewächshaus zeichnen 16 optische Kameras das Geschehen auf und senden die Daten regelmäßig über das DLR-Kontrollzentrum (GSOC) in Oberpfaffenhofen an das MUSC-Kontrollzentrum in Köln. LED-Licht sorgt per Zeitschaltuhr für einen geregelten Tag-Nacht-Rhythmus, der Drucktank für einen irdischen Atmosphärendruck von einem Bar.

Experimente in zwei Phasen

Die Experimente finden in zwei Phasen und über einen Zeitraum von 62 Wochen statt. Während des Starts und in den ersten beiden Wochen im All sind die Experimente an Bord von Eu:CROPIS inaktiv. Der C.R.O.P.®-Filter wird noch nicht mit Wasser und synthetischem Urin betrieben, die Augentierchen (Euglena) befinden sich noch in einem Art "Winterschlaf" in feuchter Watte.

In Woche eins und zwei wird der Satellit in etwa 600 Kilometern Höhe in Betrieb genommen. Dann werden die Augentierchen bei einer Gravitation von 0,1 g "geweckt", indem sie mit Nährlösung und Wasser versorgt werden. Sie vermehren sich in Woche drei und vier. In Woche fünf und sechs sind die Euglenen unter 0,1 g aktiv. Das Experiment, der Betrieb des ersten Gewächshauses als geschlossenes Lebenserhaltungssystem mit allen Komponenten, startet in Woche sieben. Die Rotation des Satelliten simuliert nun Mondbedingungen. Für sechs Monate bleibt diese Gravitation erhalten.

In den Wochen 31 bis 35 erfolgt die Zwischenphase von Mond zu Mars. Die Rotation wird erst heruntergefahren, dann werden die Augentierchen des zweiten Gewächshauses bei annähernder Schwerelosigkeit aktiviert. In Woche 36 beginnt die zweite Phase unter Marsbedingungen: Das zweite Gewächshaus wird aktiviert und bis zur 62. Woche betrieben. Mit Eu:Cropis werden erstmals Pflanzensamen in so weiter Entfernung von der Erde zur Keimung gebracht und das Pflanzenwachstum beobachtet.

Kontakt
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  • Hartmut Müller
    Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
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    Gravitationsbiologie
    Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
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