Ariane-5-Flug VA254 startet bei dem europäischen Weltraumbahnhof in Französisch-Guayana. (Foto: ESA/CNES/Arianespace)

Raketenstart und Schwerelosigkeit - Was Astronauten aushalten müssen

Tabea Prünte   25.10.2021 | 06:31 Uhr

Ein Feuerschwall, viel Rauch und eine enorme Wucht - so sieht ein Raketenstart meist aus. Doch was passiert im Inneren der Rakete, was macht diese Wucht mit den Astronauten? Und wie geht es ihnen im All? Das erklärt die Raumfahrtmedizinerin Claudia Stern.

Drei, zwei, eins, null - und Lift-off, Abflug. Laut kündigt sich die Wucht an, die das Shuttle gleich packen wird, grell bahnt sich der Feuerschwall aus dem unteren Teil der Rakete, der sie gleich nach oben schießen wird.

Eine immense Beschleunigung ist notwendig, um einen solchen Koloss aus der Erdatmosphäre heraus und in das Weltall hinein zu katapultieren. Denn um in die Erdumlaufbahn zu gelangen, muss die Erdanziehungskraft überwunden werden.

Dafür muss das Spaceshuttle eine Geschwindigkeit von acht Kilometern pro Sekunde erreichen - das sind mehr als 28.000 Kilometer pro Stunde.

Raketenstart wie eine lange Achterbahnfahrt

Dadurch wirken extreme G-Belastungen auf die Astronautinnen und Astronauten - etwa das viereinhalbfache ihres Körpergewichtes.

"Man kennt das auch von guten, ganz besonders schönen Achterbahnen, die haben manchmal in Freizeitparks auch bis zu 4G, das Vierfache des eigenen Körpergewichtes, das auf einem lastet", ordnet Claudia Stern, die Leiterin der Abteilung Klinische Luft- und Raumfahrtmedizin des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) ein.

Beim Achterbahnfahren dauere diese körperliche Belastung allerdings meist nur bis zu 20 Sekunden an. "Bei den Astronautinnen und Astronauten ist das natürlich deutlich länger – also einige Minuten lang." Ohne Training kann eine solche Belastung über eine zu lange Zeitspanne sogar zur Bewusstlosigkeit führen.

Interview mit Claudia Stern vom Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin
Audio [SR.de, (c) SR, 22.10.2021, Länge: 01:04 Min.]
Interview mit Claudia Stern vom Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin
Mit einer enormen Geschwindigkeit fliegen Raketen in den Weltraum. Auf die Astronautinnen und Astronauten lastet dabei mehr als das Vierfache ihres eigenen Körpergewichtes - bis sie im All schließlich in der Schwerelosigkeit sind. Was das mit dem Körper macht, erklärt Claudia Stern vom Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin.

Körperliches Risiko beim Start gering

Ein Risiko sei diese Belastung für die Astronautinnen und Astronauten jedoch nicht, erklärt Stern weiter, denn der Zustand sei schnell wieder vorbei. "Das sind auch militärische Piloten und Pilotinnen gewesen, das bedeutet, die kennen hohe G-Belastungen und stecken das sehr leicht weg", sagt sie. Außerdem bereiten sich die Raumfahrenden intensiv darauf vor, zum Beispiel durch Training in der Zentrifuge.

Allein die Veränderung des Drucks könne unangenehm sein. Das sei vergleichbar mit einem Flugzeugstart und man könnte ihn ebenso durch Schlucken oder Gähnen ausgleichen. Allerdings: "In den Druckanzügen herrscht im Helm überall der gleiche Druck und der ist vom Umgebungsdruck separiert, so dass dieser dann während der Startphase gleich ist", fügt Stern hinzu.

Blut schießt nach oben

Sobald im All angekommen die Beschleunigungskräfte wegfallen und auch keine Schwerkraft mehr wirkt, verschieben sich im Körper die Flüssigkeiten. Auf der Erde ist normalerweise viel Blut in den Beinen, erklärt Stern.

"Durch den Wegfall der Schwerkraft strömt viel Flüssigkeit und Blut in die obere Körperhälfte. Oberkörper und Kopf sind aber gar nicht daran gewöhnt, auf einmal so viel Blut zu haben." Daher komme es zum sogenannten "Puffy Face", "dieses breite aufgedunsene Gesicht", so erklärt es die Medizinerin Stern. Das beeinträchtige vor allem die Augen und auch das Gehirn.

Fortschritt der Forschung

"Das hat man alles früher auf den Shuttle-Missionen in diesem Umfang mit Veränderungen in den Kopfbereichen nicht gesehen." Mittlerweile dauern die Missionen länger an. Und je länger Astronautinnen und Astronauten in der Schwerelosigkeit bleiben, desto größer werden die körperlichen Auswirkungen.

Medizinisch habe sich im Bereich der Raumfahrt aber in den letzten Jahren viel getan. "Wir wissen durch viel bessere Untersuchungsmethoden, welche Veränderungen es da gibt", so Stern.

Körper baut Muskeln ab

Ein weiteres Risiko im All ist der Verlust von Muskelmasse und Muskelkraft, "weil man natürlich nicht mehr gegen die Schwerkraft arbeiten muss." Um diesen Effekt zu vermeiden, müssen die Astronautinnen und Astronauten viel trainieren - regulär zwei Stunden pro Tag.

Denn dem Muskelschwund folgt auch der Verlust von Knochenmasse und da das Herz ebenfalls ein Muskel ist, kann auch das im Zweifel kleiner und schwächer werden, erklärt Stern.

"Das kennt man, wenn man hier auf der Erde krank ist und eine längere Zeit im Bett bleibt. Wenn man dann wieder aufsteht, merkt man, wie schwach die Muskulatur ist", veranschaulicht Stern. "Das wäre der gleiche Effekt, wenn man auf der Internationalen Raumstation oder auf einem Flug, zum Beispiel auf einem sehr langen Flug zum Mars, nicht trainieren würde."

Zurück auf der Erde würde es den Astronautinnen und Astronauten dann schwerfallen, gegen die Schwerkraft zu laufen. Die Muskulatur wäre zu schwach.

Risiko Strahlung

Zudem wird bei den Raumfahrenden stets gemessen, wie viel Strahlung sie abbekommen. Die Astronautinnen und Astronauten der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) haben auf der Internationalen Raumstation (ISS) daher alle einen individuellen Nachweis darüber, wie viel Strahlung der Körper ausgesetzt ist.

"Da gibt es Limits, weil man auch die Gesundheit der Astronautinnen und Astronauten nicht gefährden möchte", erklärt Stern.

Blick auf Marsmission

Ob und ab wann es kritisch wird, im Weltall zu sein, sei nach bisherigem Forschungsstand noch nicht ganz klar. Gut ein Jahr waren Raumfahrende bisher höchstens an einem Stück im All.

"Aber, wenn wir eines Tages Menschen zum Mars schicken wollen, müssen wir natürlich auch wissen, wie die Veränderungen bei den ganz langen Missionen sind", so Stern. "Diese Erkenntnisse sind extrem wichtig, um die Astronautinnen und Astronauten auf die Mission für den Mars vorzubereiten und die gesundheitlichen Risiken abschätzen zu können."

Raumkrankheit

Es ist die Umgewöhnungsphase, die für die Astronautinnen und Astronauten körperlich anstrengend sein kann. Denn im All gibt es einen Unterschied zwischen dem, was das Auge sieht und dem, was die anderen Sinne wahrnehmen und was sie von den Bedingungen auf der Erde gewohnt sind.

Claudia Stern spricht von der sogenannten "Raumkrankheit". Die Raumkrankheit ähnelt auch der See- oder Reisekrankheit.

Dabei tritt ein sogenannter "sensorischen Konflikt" auf. Im All konkurriert dabei vor allem der Gleichgewichtssinn, für dessen Orientierung die Schwerkraft wichtig ist, mit dem Sehsinn.

Gehirn passt sich an

"Auf einmal ist das alles ganz unterschiedlich. Oben ist auf einmal unten und umgekehrt. Das kann zu Übelkeit und Erbrechen führen", erklärt Stern. Auch kalte Schweißausbrüche oder Müdigkeit können Symptome sein.

Auf der Erde könne es dann erneut zu ähnlichen körperlichen Reaktionen kommen, nachdem sich das Gehirn an die Bedingungen im All gewöhnt hat – "und unsere Gehirne sind unglaublich anpassungsfähig. Und dann kommt man wieder auf die Erde und dann ist alles wieder umgekehrt", so Stern.

Plötzlich Schwerkraft

Eine weitere Umstellung für die Raumfahrenden nach Rückkehr zum Boden scheint von der Erde aus betrachtet ganz banal: Man muss Dinge wieder festhalten. "Viele Astronauten berichten darüber, dass sie es auf der Internationalen Raumstation gewohnt sind, etwas loszulassen und der Gegenstand befindet sich dort und bleibt in der Luft stehen", erläutert Stern.

Und deswegen könne es schonmal dazu führen, dass auf der Erde dann die Kaffeetasse in der Luft losgelassen wird - "aus alter Raumfahrenden-Gewohnheit" – und auf dem Boden zerschellt.

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