Seit den ersten Tagen des Weltraumtrainings hat die NASA Astronauten unter Wasser getaucht, um das schwerelose Erlebnis der Bewegung in der Schwerelosigkeit zu simulieren. Im Jahr 1966 übte Buzz Aldrin beispielsweise Weltraumspaziergänge mit einem Modell eines Gemini-Raumschiffs in einem großen Pool in Maryland, um sich auf die Mission Gemini 12 vorzubereiten. Im Jahr 1983 übten Astronauten, sich in der schwerelosen Umgebungstrainingsanlage (WETF) des Johnson Space Centers um ein Modell des Frachtraums des Space Shuttles zu bewegen. Der Erfolg des Unterwassertrainings führte schließlich zur Gründung des Neutral Buoyancy Laboratory in Houston, dem größten Indoor-Gewässer der Welt, in dem Modelle wichtiger Teile der Internationalen Raumstation untergebracht werden können.
Seit 2001 trainieren und testen Astronauten Geräte im offenen Ozean im Rahmen des NEEMO-Programms (NASA Extreme Environment Operation). Letzten Monat tauchte eine Besatzung von Aquanauten und Astronauten auf, nachdem sie neun Tage in einem als Aquarius Reef Base bekannten Unterwasserlebensraum verbracht hatten, der sich 62 Fuß unter der Meeresoberfläche vor der Küste von Key Largo, Florida, befand. Die Expedition NEEMO 23 war die neueste in einer Reihe von Missionen, die den Boden des Atlantischen Ozeans als Testgelände für mögliche Weltraumtechnologien und -verfahren nutzten. Mit einer Länge von nur 40 Fuß und einer Breite von 20 Fuß ist Aquarius, ein Teil der Florida International University, auch ein idealer Prüfstand, um die physischen und mentalen Auswirkungen des Lebens und Arbeitens auf engstem Raum zu untersuchen.
Obwohl das Programm bereits seit fast zwei Jahrzehnten läuft, war dies die erste NEEMO-Mission, bei der ein rein weibliches NASA-Forschungsteam angestellt war. Das NEEMO-Besatzungsmitglied Csilla Ari D'Agostino, Neurobiologin an der University of Southern Florida, erklärt, dass die im Verlauf dieser Mission gesammelten Daten entscheidend dafür sind, ein vollständiges Bild zu erstellen, wie sich alle Astronauten im Weltraum verhalten könnten, insbesondere seit früheren NEEMO-Besatzungen waren in erster Linie männlich.
"Es ist wichtig, Daten über beide Geschlechter zu sammeln", sagt Ari D'Agostino. „Wenn es einen Unterschied gibt, müssen wir herausfinden, wie wir damit umgehen können. Wenn nicht, müssen wir das auch wissen. “
Zwei Mitglieder des NEEMO 23-Teams bereiten Geräte zur Messung des Schwammstoffwechsels vor. (Karl Shreeves) Ari D'Agostino wurde von der Aquanautin Shirley Pomponi, einer Meeresbiologin am Oceanographic Institute der Harbor Branch der Florida Atlantic University, und der NASA-Astronautenkandidatin Jessica Watkins begleitet. Das Team wurde von der italienischen Astronautin Samantha Cristoforetti geleitet, die 2014 und 2015 200 Tage im Weltraum verbracht hatte - ein Rekordflug für einen Europäer.
Die Nicht-Astronauten der Gruppe wurden aufgrund ihrer Taucherfahrung und ihrer eigenen Forschung ausgewählt. Ari D'Agostino untersucht die physiologischen Auswirkungen des Tauchens, beispielsweise was passiert, wenn Taucher in Hochdruckumgebungen Sauerstoff einatmen. Während der Expedition untersuchte sie auch die Gruppendynamik und wie sich das Verhalten unter körperlicher und geistiger Belastung ändert. Auf der anderen Seite untersucht Pomponi Meeresschwämme und testet ein neues handgehaltenes Probenahmegerät, das potenzielle Anwendungen im Weltraum haben könnte, z. B. die Probenahme von Planetengesteinen und Sedimenten.
Während sich frühere NEEMO-Missionen auf die Simulation von Aktivitäten auf der Oberfläche eines Asteroiden konzentrierten, testete NEEMO 23 neue Geräte und Arbeitsprotokolle für die Internationale Raumstation und zukünftige Weltraummissionen zum Mond und Mars.
An einem typischen Tag verbrachte die Hälfte der Besatzungsmitglieder bis zu fünf Stunden außerhalb der Schiffsprüfgeräte und sammelte Proben, während die Besatzungsmitglieder in Innenräumen für die Leitung der Arbeit und die Kommunikation mit der Missionskontrolle verantwortlich waren. "Manchmal würde ich auf einmal mit vier verschiedenen Menschen kommunizieren", sagt Pomponi. "Ich würde mit den Tauchern kommunizieren, mit Wissenschaftskommunikation, mit Missionskontrolle und mit jemandem innerhalb des Lebensraums."
In Aquarius instruierte Pomponi die Taucher von außen, wie sie mit ihren Forschungsgeräten Schwammproben entnehmen und ihre Stoffwechselaktivität messen sollten. Diese Methode diente als Analogon für zukünftige Missionen zum Mars, bei denen ein Astronaut mit speziellen Werkzeugen beauftragt werden könnte, die von jemand anderem entwickelt wurden.
"Zuvor gab es ein bisschen Training an Land, aber nicht viel", sagt Pomponi. "Aber im Weltraum sind die Astronauten, die sich dort oben aufhalten, nicht unbedingt diejenigen, die wissen, wie man diese Instrumente benutzt."
Die Aquanauten und Astronauten müssen sich gegen die Strömung drücken, um ihre Ausrüstung zwischen Arbeitsplätzen in einer Tiefe von fast 30 Metern zu transportieren. (Csilla Ari D'Agostino) Zweiundsechzig Fuß unter der Oberfläche stieß das Team auch auf logistische Probleme: Geräte, die Schwierigkeiten hatten, sich mit dem Internet zu verbinden, Mikrofone wurden herausgeschnitten, und Helmkabel lösten sich unter anderem. Für jedes dieser Szenarien musste das Team selbst eine Lösung für das Problem finden. Pomponi sagt, dass ihre Erfahrung in der Kommunikation mit Tauchern zur Bedienung und Fehlerbehebung ihrer Ausrüstung gezeigt hat, wie wichtig es ist, jemanden mit wissenschaftlichem Fachwissen als Teil der Besatzung zu haben, und nicht nur bei der Missionskontrolle.
„Wenn Sie auf dem Mars sind und eine Nachricht an die Missionskontrolle zurücksenden, dauert es 20 Minuten, bis Sie dort ankommen, und dann noch einmal 20 Minuten, bis Sie die Antwort erhalten“, sagt Pomponi. „Du hast also mindestens 40 Minuten Verspätung. Diese Mission wurde speziell entwickelt, um Astronauten die Möglichkeit zu geben, Fehler zu beheben und… selbst Entscheidungen zu treffen, die sich auf die von uns betriebenen Verfahren oder Instrumente beziehen. “
Die Teammitglieder innerhalb des Lebensraums bewerteten auch Werkzeuge wie ein Rasterelektronenmikroskop (REM), das in diesem Jahr für die Internationale Raumstation bestimmt ist. "Es ist wie eine Miniaturversion eines SEM", sagt Ari D'Agostino. „Es ist absolut erstaunlich, denn normalerweise würde man fast die Hälfte eines Raums benötigen, und das war so groß wie eine Kaffeemaschine.“ Das Team verwendete das REM, um Proben wie Pomponis Schwämme abzubilden, und da der Druck in Aquarius 2, 5-mal höher ist als in An der Oberfläche konnten die Aquanauten und Astronauten auch berichten, wie das Mikroskop in einer extremen Umgebung arbeitete.
Außerhalb von Aquarius am Meeresboden haben die Teammitglieder eine Reihe neuer Geräte für den möglichen Einsatz im Weltraum ausprobiert. Sie testeten ein neues medizinisches Gerät, eine Mondtrage namens Lunar Evacuation System Assembly (LESA), mit der ein behinderter Astronaut angehoben und transportiert werden kann - eine gewaltige Aufgabe ohne mechanische Unterstützung, wenn man bedenkt, dass die Wasserraumanzüge einen 32-Pfund-Helm und eine Nabelschnur enthalten Schnur und ein Gewicht von 10 bis 20 Pfund, um zu verhindern, dass die Aquanauten an die Oberfläche schwimmen. Im Weltraum würde die ebenso sperrige Ausrüstung eines Astronauten und die mangelnde Schwerkraft diese Aufgabe ebenso erschweren. Dies würde die Vorteile des Testens dieser neuen Konstruktionen unter Wasser hervorheben, bevor sie auf einen anderen Planeten geschickt werden.
Um zu beurteilen, wie sich die Lebensbedingungen auf ihre geistige Leistungsfähigkeit auswirken, führte die Besatzung tägliche Übungen wie eine Mondflugsimulation durch, bei der ihre Multitasking-Fähigkeit getestet wurde, indem sie gleichzeitig das Fahrzeug landen, eingehende Mitteilungen lesen und Messwerte wie die Flughöhe abrufen mussten.
Samantha Cristoforetti und Csilla Ari D'Agostino arbeiten an einem 3D-gedruckten Habitat-Panel, das als Baumaterial für Mond- oder Marslebensräume dient. (Csilla Ari D'Agostino) Ein Teil von Ari D'Agostinos Forschungen umfasste die Untersuchung des Verhaltens der Gruppe als Ganzes. Während einige Teams unter mentalem und physischem Druck zusammenbrechen könnten, arbeitete die NEEMO 23-Crew nahtlos zusammen.
"Offensichtlich gab es sehr stressige Momente, in denen alle sehr aufgabengeladen waren, der Lebensraum sehr klein war und wir uns nicht aus dem Weg räumen konnten", sagt Ari D'Agostino. „Wir mussten wirklich wissen, wann jemand Hilfe benötigt, wann jemand einspringen muss und wann jemand zurücktreten muss. Es war eine sehr, sehr gute Mischung aus Persönlichkeiten, und wir hatten viel Spaß. “
Jetzt ist das Team wieder über dem Meeresspiegel und wird die kommenden Wochen damit verbringen, seine Daten zu analysieren und schließlich die Ergebnisse zu melden. Ari D'Agostino hofft, dass sie als Teil der Support-Crew zu zukünftigen NEEMO-Missionen beitragen kann.
"Wir haben ein bisschen mit Astronautenfreunden gelacht, dass wir nach der Geburt eine Depression hatten, nachdem diese große Sache vorbei ist, und wir haben nur versucht, darüber nachzudenken", sagt sie. „Ich denke, wir haben ein bisschen Zeit gebraucht, um zu verdauen, was wirklich passiert ist, weil etwas schief gegangen sein könnte und zum Glück nicht. Wir haben einige wirklich aufregende und große Dinge erlebt. “
