Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Software "Virtual Habitat": Einmal Mars und zurück

11.04.2016

Forscher der TUM simulieren Lebenserhaltungssysteme in der Raumfahrt

Der Weltraum ist wohl die lebensfeindlichste Umgebung, die wir kennen. Der fehlende Druck würde unsere Körperflüssigkeiten zum Kochen bringen. Sauerstoff, Wärme, Nahrung und Wasser sind ebenfalls so gut wie nicht vorhanden. Trotzdem leben Menschen dort – auf der Internationalen Raumstation ISS, mithilfe von dort installierten Lebenserhaltungssystemen.


Claas Olthoff (li.) und Daniel Pütz mit einem Modell der Internationalen Raumstation. (Bild: Stefanie Reiffert / TUM)

Auch für längere Weltraummissionen wie eine Reise zum Mars ist die Funktionsfähigkeit dieser Technologien entscheidend. Forscher der Technischen Universität München (TUM) haben eine Software entwickelt, mit deren Hilfe diese Systeme simuliert werden können.

Im Kinofilm „Der Marsianer“ bleibt der Raumfahrer Mark Watney alleine auf dem Mars zurück. Schnell wird deutlich, wie abhängig sein Überleben von den Lebenserhaltungssystemen ist. Er benötigt Sauerstoff, Trinkwasser, Nahrung, Normaldruck und Wärme. Nichts davon liefert ihm der Rote Planet.

Im Weltraum sind die Bedingungen sogar noch extremer. Trotzdem plant die NASA auf lange Sicht Missionen, bei denen Raumfahrer über mehrere Wochen oder Monate unterwegs wären, etwa zu einem Asteroiden oder sogar zum Mars.

„Eine entscheidende Frage dabei ist: Laufen die Lebenserhaltungssysteme über diesen langen Zeitraum stabil?“, erklärt Claas Olthoff, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Raumfahrttechnik der TUM. Wechselwirkungen mit anderen Systemen oder auch unvorhergesehene Störungen und Ausfälle müssen berücksichtigt werden.

Mensch steht im Mittelpunkt der Simulation

Seit 2006 arbeiten Wissenschaftler am Lehrstuhl an der Software „Virtual Habitat“, die genau diese Probleme berechnen kann. Mit „V HAB“ simulieren die Forscher Modelle von der Größe eines Raumanzugs bis hin zu einer mit zehn Mann besetzten Mondbasis. Sogar jahrelange Missionen werden berechnet. Der Vorteil des Tools: Es sind bereits zahlreiche funktionsfähige Lebenserhaltungstechnologien programmiert und es können Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Systemen berechnet werden.

Ein Kernbestandteil der Software ist ein Modell des menschlichen Körpers, denn die Menschen liefern unter anderem Kohlendioxid und Urin. Dies sind die Ausgangstoffe, die das Lebenserhaltungssystem wiederum verarbeiten kann. Durch eine chemische Reaktion mit Wasserstoff entsteht aus dem Kohlendioxid Methangas und Wasser. Das Lebenserhaltungssystem pumpt das Methan über Bord, das Wasser steht dann wieder den Raumfahrern zur Verfügung und kann als Trinkwasser oder zur Produktion von Sauerstoff durch Elektrolyse verwendet werden. Auch Urin kann in Trinkwasser umgewandelt werden. Diese Wechselwirkungen zwischen Mensch und Maschine sind sehr komplex und "V HAB" versucht möglichst viele davon abzubilden.

Europäisches Lebenserhaltungssystem kommt auf die ISS

Die Software wird ständig weiter entwickelt und mit Modellen von verschiedensten Systemen ergänzt; von einem Radiator zur Kühlung von Raumanzügen bis hin zu Algenkulturen für die Nahrungsproduktion. Während seines Studien-Aufenthalts am Johnson Space Center der NASA in Houston hatte Masterstudent Daniel Pütz etwa die Gelegenheit, den Einbau eines neuen Lebenserhaltungssystems auf der Internationalen Raumstation (ISS) mithilfe von „V HAB“ zu simulieren und so weitere Funktionen zu programmieren und zu testen.

Momentan sind sowohl ein amerikanisches als auch ein russisches Lebenserhaltungssystem auf der ISS installiert. Nun soll ein europäisches dazukommen. Die Weltraumagentur ESA ließ das sogenannte Advanced Closed Loop System (ACLS) von Airbus entwickeln. Durch eine enge Verbindung zwischen den einzelnen Sub-Systemen ist es kompakter und somit platzsparend. 2017 wird es mit einem japanischen Versorgungsschiff zur ISS gebracht und ins amerikanische Labormodul Destiny zu Testzwecken eingebaut.

Zuviel Luftfeuchtigkeit kann Schimmel verursachen

Doch ein neues System birgt auch immer Risiken, erklärt Olthoff. Denn es kann die bestehenden Systeme beeinflussen oder sogar stören. Da ACLS eine andere Technologie zur CO2-Filterung benutze als die bereits installierten Systeme, bestehe hier insbesondere die Gefahr, dass mehr Wasserdampf in die Luft gelange. Auf der Raumstation muss die Luftfeuchtigkeit zwischen 40 und 60 Prozent liegen. Ein höherer Wert wäre gefährlich, da sich an schlecht belüfteten Stellen Schimmel bilden könnte.

Wie Pütz durch die Simulationen herausfand, können die vorhandenen Filterungssysteme die höhere Feuchtigkeit, die durch das System produziert wird, ohne Schwierigkeiten ausgleichen. Auch die anderen Werte bewegen sich im grünen Bereich.

„V-HAB“ wurde bereits von der NASA zur Analyse einer Asteroidenmission genutzt, und daher stehen die Chancen gar nicht so schlecht, dass die Software auch in Zukunft für die Berechnung von geplanten Langzeitmissionen eingesetzt wird. Und so den echten „Marsianern“ vielleicht einen Überlebensvorteil verschafft.

Kontakt:
Dipl.-Ing. Claas Olthoff
Technische Universität München
Lehrstuhl für Raumfahrttechnik
+49 89 289-15997
c.olthoff@tum.de

Dr. Ulrich Marsch | Technische Universität München
Weitere Informationen:
http://www.tum.de

Weitere Berichte zu: ISS Kohlendioxid Lebenserhaltungssystem Mars NASA Raumfahrttechnik Raumstation Sauerstoff Software TUM

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Deep Learning und KI in der Motorenentwicklung – IAV und DFKI eröffnen gemeinsames Forschungslabor
23.01.2018 | Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz GmbH, DFKI

nachricht Original bleibt Original - Neues Produktschutzverfahren für KFZ-Kennzeichenschilder
19.01.2018 | Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Optisches Nanoskop ermöglicht Abbildung von Quantenpunkten

Physiker haben eine lichtmikroskopische Technik entwickelt, mit der sich Atome auf der Nanoskala abbilden lassen. Das neue Verfahren ermöglicht insbesondere, Quantenpunkte in einem Halbleiter-Chip bildlich darzustellen. Dies berichten die Wissenschaftler des Departements Physik und des Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel zusammen mit Kollegen der Universität Bochum in «Nature Photonics».

Mikroskope machen Strukturen sichtbar, die dem menschlichen Auge sonst verborgen blieben. Einzelne Moleküle und Atome, die nur Bruchteile eines Nanometers...

Im Focus: Optical Nanoscope Allows Imaging of Quantum Dots

Physicists have developed a technique based on optical microscopy that can be used to create images of atoms on the nanoscale. In particular, the new method allows the imaging of quantum dots in a semiconductor chip. Together with colleagues from the University of Bochum, scientists from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute reported the findings in the journal Nature Photonics.

Microscopes allow us to see structures that are otherwise invisible to the human eye. However, conventional optical microscopes cannot be used to image...

Im Focus: Vollmond-Dreierlei am 31. Januar 2018

Am 31. Januar 2018 fallen zum ersten Mal seit dem 30. Dezember 1982 "Supermond" (ein Vollmond in Erdnähe), "Blutmond" (eine totale Mondfinsternis) und "Blue Moon" (ein zweiter Vollmond im Kalendermonat) zusammen - Beobachter im deutschen Sprachraum verpassen allerdings die sichtbaren Phasen der Mondfinsternis.

Nach den letzten drei Vollmonden am 4. November 2017, 3. Dezember 2017 und 2. Januar 2018 ist auch der bevorstehende Vollmond am 31. Januar 2018 ein...

Im Focus: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

Veranstaltungen

15. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

23.01.2018 | Veranstaltungen

Gemeinsam innovativ werden

23.01.2018 | Veranstaltungen

Leichtbau zu Ende gedacht – Herausforderung Recycling

23.01.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Lebensrettende Mikrobläschen

23.01.2018 | Biowissenschaften Chemie

3D-Druck von Metallen: Neue Legierung ermöglicht Druck von sicheren Stahl-Produkten

23.01.2018 | Maschinenbau

CHP1-Mutation verursacht zerebelläre Ataxie

23.01.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics