Staubtests für den Mars

225 Millionen Kilometer ist der Mars von der Erde entfernt, die Umgebung ist für den Menschen unwirtlich. Wie ist es dennoch möglich, dort zu leben? Wie müssen Habitate aussehen? Was kann vor Ort produziert werden? Mit solchen Fragen beschäftigt sich die Bremer Geophysikern und Ingenieurin Christiane Heinicke seit vielen Jahren. Dabei geht es auch um vermeintlich Profanes wie Staub.

„Staub ist doof“, sagt die Bremer Geophysikern Christiane Heinicke. Wer beim Frühjahrsputz die Möbel vorzieht, mag ihr da aus vollem Herzen zustimmen. Doch auf dem Mars kann Staub auch zur Gefahr werden. Nicht nur, dass er sehr fein ist, leicht in die Lunge gelangt und in einigen Regionen auch giftig sein kann. An der Luftschleuse eines Habitats für Astronautinnen und Astronauten auf dem roten Planeten kann er auch die Dichtungen der Tür verunreinigen, sodass sich diese nicht mehr richtig schließen lässt. Das wiederum könnte die Luftversorgung der Bewohner im Inneren gefährden. Denn auf dem Mars ist die Atmosphäre ungefähr so dünn wie 30 Kilometer über der Erde. „Sie ist nicht atembar und besteht fast nur aus CO₂“, sagt Heinicke.

Unter welchen Bedingungen können Menschen auf dem Mars überleben und Experimente umsetzen? Mit solchen Fragen beschäftigt sich die promovierte Ingenieurin Christiane Heinicke schon seit vielen Jahren. Bekannt wurde sie, weil sie selbst zusammen mit anderen 2015 bis 2016 unter marsähnlichen Bedingungen in einer Lavawüste auf Hawaii lebte. Dort hat sie Erfahrungen gesammelt, von denen sie bei ihrer heutigen Arbeit am Zentrum für Angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) der Universität Bremen immer noch stark profitiert. Der Umgang mit Staub auf dem roten Planeten ist dabei ein Aspekt ihrer Arbeit.

Wie kann der Staub draußen bleiben?

Trotz der unwirtlichen Bedingungen auf dem Mars ist es nicht ausgeschlossen, dass dort Kleinstlebewesen existieren. Mikroben zum Beispiel. „Aus wissenschaftlicher Sicht wäre es absolut toll, auf dem Mars Spuren von Leben zu finden“, sagt Christiane Heinicke. „Aber wenn diese äußerst resilienten Mikroben mit den Astronauten zur Erde zurückkehren und hier überleben, riskieren wir, dass unsere Ökosysteme mindestens verändert, vielleicht sogar zerstört werden.“ Wie also kann der Staub draußen bleiben? „Eine Option wäre ein Raumanzug, der an die Außenwand des Schleusenmoduls angedockt ist, sodass ich gar nicht durch eine Tür rausgehe, sondern durch die Wand in diesen Anzug klettere und dann mit dem Anzug abdocke“, sagt die Wissenschaftlerin. Es wären allerdings mehrere solcher Anzug-Ausgänge notwendig, damit alle Bewohner des Habitats im Falle eines Feuers schnell nach draußen gelangen könnten.

Wie müssen Habitate auf dem Mars gestaltet werden?

Wer Christiane Heinicke zuhört, wenn sie über ihre Forschungsarbeit spricht, merkt schnell, wie genau sie Szenarien und mögliche Folgen einer Mars-Expedition durchdenkt. Seit sie vor zehn Jahren 366 Tage im Rahmen der NASA-finanzierten Mission HI-SEAS IV auf der Forschungsstation auf Hawaii gelebt hat, beschäftigen sie viele Fragen. Die Wichtigste: Wie müssen Habitate auf dem Mars gestaltet sein, damit Menschen dort über einen längeren Zeitraum vernünftig arbeiten, wohnen und auch Dinge produzieren können, etwa frische Kräuter oder Ersatzteile für Roboter.

Auch wenn sie sich gut vorstellen könnte, selbst einmal zum Mars zu fliegen, und sie diese Option in 10 bis maximal 20 Jahren für technisch umsetzbar hält: Derzeit befindet sich ihr Arbeitsplatz noch am Zentrum für Angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation in Bremen. Sie hat ihr Büro in unmittelbarer Nähe zum Fallturm, einem europaweit einzigartigen Großlabor für Experimente in der Schwerelosigkeit.

Seit Anfang 2026 arbeitet sie als wissenschaftliche Koordinatorin im neuen Exzellenzcluster „Die Marsperspektive“, der von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert wird. Unterschiedliche Fachbereiche der Uni Bremen kooperieren dabei mit weiteren Bremer Instituten und internationalen Partnern, insgesamt sind rund 100 Forschende beteiligt. Der Cluster umfasst Fachgebiete wie Ingenieurwesen, Materialwissenschaften, Robotik, Kommunikationstechnik und Psychologie.

Ein Labor, das Mars-Bedingungen simuliert

Diese interdisziplinäre Zusammenarbeit hält Christiane Heinicke, die seit 2017 am ZARM arbeitet, für unerlässlich, um Lösungen für die komplexen Herausforderungen einer Marsmission zu finden. Dies entspricht auch dem Ansatz der in der Planungs- und Bauphase befindlichen Anlage „Mars Production Facility“: ein Labor, das Mars-Bedingungen simuliert, um nachhaltige Technologien für Weltraum und Erde zu entwickeln. Mit Vakuumkammern für extreme Temperaturen und Staubtests sollen hier bald unterschiedliche Produktionssysteme unter extremen Bedingungen erprobt werden – von der Herstellung von Bio-Kunststoffen aus CO₂ bis zur robotergestützten Fertigung. Voraussichtlich ab 2028 wird der Exzellenzcluster „Die Marsperspektive“ die von der EU und dem Land Bremen finanzierte Anlage nutzen, um interdisziplinäre Lösungsansätze für den Umgang mit der Ressourcenknappheit auf dem Mars zu entwickeln.

Langeweile auf dem Mars durch gute Planung vorbeugen

Neben den infrastrukturellen Fragen seien bei einer Marsmission auch psychologische Aspekte wie Gruppendynamiken, abflauender Kontakt zu Familie und Freunden oder auch Langeweile nicht zu unterschätzen. Das weiß sie spätestens seit ihrer Zeit in der Lavawüste. „In einem Habitat ist es immer gleich. Es sind die gleichen Farben, die gleichen Formen, die gleiche Anordnung von Möbeln, die gleichen Gerüche. Es herrscht eine gewisse Monotonie“, sagt die 40-Jährige.

Zudem sei man auch immer von denselben Menschen umgeben, die sich in derselben Umgebung befinden, sodass es irgendwann schwer werde, interessante Gesprächsthemen zu finden: „Dieses immer Gleiche sorgt dafür, dass dem Gehirn einfach das Futter fehlt.“ Umso wichtiger sei es, solche möglichen Effekte schon bei der Planung von Langzeitmissionen mitzudenken. Vor allem Besatzungsmitglieder wie Piloten oder Ärztinnen hätten viel Leerlauf, weil sie nicht durchgängig mit Forschungsaufgaben gefordert seien. Die vorhandene Zeit sollten sie mit sinnvollen Arbeiten füllen können.

Auch andere Dinge hält Heinecke für wichtig, um ein Jahr unter Extrembedingungen gesund zu überstehen. Etwa die Möglichkeit, Kräuter oder Salat anzubauen, da das Verlangen nach frischen Lebensmitteln mit der Zeit immer größer werde. Wichtig sei es auch, trotz der beengten Platzverhältnisse auf eine gute Trennung zwischen Arbeit und Freizeit sowie lauten und leisen Bereichen zu achten. „Die Schlafräume sollten sich zum Beispiel nicht direkt neben dem Laufband befinden.“ Unverzichtbar für das Wohlbefinden seien auch Fenster, die aufgrund des niedrigen Atmosphärendrucks in der Umgebung besonders stabil sein müssten.

Marsforschung für die Probleme auf der Erde nutzen

Im Schnitt 225 Millionen Kilometer ist der rote Planet von der Erde entfernt. Viele Fragen, mit denen sich die Forschenden beschäftigen, betreffen aber auch Probleme, die auf der Erde höchst relevant sind. „Das wichtigste Thema ist Energieknappheit. Auf dem Mars gibt es keine fossilen Brennstoffe und wahrscheinlich auch keine großen Eisenerzvorkommen. Wir müssen mit dem auskommen, was wir dort haben“, sagt Heinicke. So entwickeln die Forschenden elektrochemische Verfahren, mit denen sich aus Regolith, einer lockeren Schicht aus Staub, Sand und Gesteinsbruchstücken, ohne hohen Energieaufwand Eisen extrahieren lässt.

Vielversprechend könnte auch die Photosynthese mit Mikroben sein. Dabei handelt es sich um ein Verfahren, das klimaschädliches CO₂ in Bioplastik umwandelt, ohne dabei auf Erdölvorräte zurückgreifen zu müssen. Für Christiane Heinicke steht jedenfalls fest: Es lohnt sich, die Marsperspektive einzunehmen. Auch und gerade für das Leben auf der Erde.

Pressekontakt:

Birgit Kinkeldey, Tel. +49 421 218 57755, E-Mail: communication@zarm.uni-bremen.de

Autor: Thomas Joppig

Bildmaterial: 
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• Foto 1: Christiane Heinicke vor einem Labor, das einmal Mars-Bedingungen simulieren soll. © WFB/Jens Lehmkühler
• Foto 2: Christiane Heinicke arbeitet seit 2017 am ZARM. © WFB/Jens Lehmkühler
• Foto 3: So könnte ein Mars-Habitat aussehen. © WFB/Jens Lehmkühler

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