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Kerry McGuire blickt ins All und hat den Menschen im Blick © NASA
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Kosmische Kopfschmerzen und andere All-tägliche Probleme

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29.05.2019
  • Wien (APA-Science) - Abgenabelt von der schützenden Erdatmosphäre ist der Mensch im Weltraum einer extrem lebensfeindlichen Umgebung ausgesetzt. Auf künftigen Langzeitmissionen, etwa auf einer Mondstation oder auf einer Reise zum Mars, müssen Astronauten möglichst autonom agieren und Probleme lösen können. Im Interview mit APA-Science erklärt NASA-Ingenieurin Kerry McGuire, wie die Werkzeuge und Fähigkeiten dafür entwickelt werden.

  • McGuire ist Human Factors Engineer bei der US-amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA und designt Informationssysteme, mit denen Astronauten bei Raumfahrtmissionen interagieren. Dazu gehören Displays, die im Helminneren eingeblendet werden und andere Augmented Reality (AR)-Technologien, die den Besatzungen mit visuell aufbereiteten Zusatzinformationen bei der Bewältigung von Aufgaben oder Problemen helfen.

  • Allen Problemstellungen gemein ist die Frage, welche Informationen ein Besatzungsmitglied wann braucht und in welchem Umfang. Am Anfang der Entwicklung von solchen Systemen stehen oft fiktive, auf den Menschen fokussierte (human-centered) Erzählungen, die gemeinsam mit Astronauten entwickelt werden. Ausgangspunkt ist ein spezifisches Problem ("Ein Crewmitglied hat seit einigen Stunden einen moderat intensiven Kopfschmerz..."), das Schritt für Schritt mit Hilfe eines Assistenzsystems gelöst werden soll ("Das medizinische System begleitet ihn durch eine Reihe von Fragen, die seine Symptome einschätzt und bewertet").

  • Die Herausforderungen sind einmal eher technischer, einmal eher gesundheitlicher Natur. Was für Erdlinge banale Alltagsproblemchen sind, kann in unendlichen Weiten schnell ernst bis lebensbedrohlich werden. Warum Astronauten nach der Rückkehr auf die Erde manchmal schlechter sehen oder warum Strahlung nicht nur Menschen, sondern auch Medikamenten im All zusetzen kann und was man aus vergangenen Missionen für die Zukunft gelernt hat, darüber sprach die Expertin Anfang Mai im Rahmen des Pioneers Festivals in Wien mit APA-Science.

  • APA-Science: Was bedeutet das 50-Jahr-Jubiläum der ersten Mondlandung für die NASA und für Sie persönlich?

  • McGuire: Für mich bedeutet das, wie sehr wir als Agentur gewachsen sind und wie wir uns voranbewegt haben. Wir haben heute mehr Technologie in unserem Smartphone als in den Vehikeln, die uns damals auf den Mond gebracht haben. Es geht jetzt darum, sich daran zu erinnern, wo wir hergekommen sind und wo wir uns weiterentwickeln müssen.

  • Hier kommt meine Forschung ins Spiel. Weil am Mond konnte man mit der Bodenkontrolle sprechen. Und wenn wir am Mond herumspazieren und eine Nachricht bekommen, dann kommt die ziemlich nahe in Echtzeit. Wenn wir zum Mars reisen, dann haben wir diese Echtzeit-Kommunikation nicht mehr, ab einem gewissen Punkt haben wir eine maximale Zeitverzögerung von 22 Minuten - in eine Richtung.

  • Und vom Mond aus konnten sie die Erde sehen, das ist ein psychologischer Vorteil, während man am Mars in diese Schwärze schaut. Wir müssen jetzt herausfinden, diese Technologien zu verändern und wie wir das tun. Nur weil wir eine Technologie haben, heißt das nicht, sie auch verwenden zu müssen.

  • APA-Science: Die Mondlandung war wohl ein großer Sprung für die Menschheit, aber seitdem hat sich auch technologisch sehr viel getan. Was wären die größten Unterschiede zu einer modernen bemannten Raumfahrtmission - zum Mond oder darüber hinaus?

  • McGuire: Sie hatten damals die Unterstützung von der Bodenkontrolle. Wann immer es Probleme gab, konnten sie das am Boden sehen und bei der Lösung in Echtzeit helfen. Jetzt liegt das an der Crew selbst. Wir müssen dieses große Maß an Wissen, das wir auf der Erde haben, nützen und autonome Agenten kreieren, die das Wissen der Crew erweitern.

  • Es geht nicht darum, der Mannschaft immer neue Aufgaben aufzuhalsen, sondern den richtigen Mix an Technologien zu haben, um ihr zu helfen. Die Crew hat immer noch das letzte Wort darüber, was gemacht wird, wir geben ihnen mehr Verantwortung und Autonomie. Wir müssen Systeme kreieren, in die sie vertrauen können und bei denen sie auch verstehen, wie Entscheidungen getroffen werden und welche Daten verwendet wurden, die dazu geführt haben.

  • APA-Science: Es ist also ein ganz bewusster Prozess, in Vorbereitung auf längere Missionen sozusagen die Nabelschnur zur Erde zu durchtrennen. Aber bei einer neuerlichen Mondmission wäre die direkte Interaktion mit der Erde schon noch sehr wesentlich?

  • McGuire: Ja, schon. Wenn man zum Beispiel oben auf der ISS ist, dann nimmt man die Zeitverzögerung kaum wahr, das ist weniger als eine Sekunde. Aber es gibt schon ein paar Dinge, die sich ändern würden. Wenn wir zum Mond gehen und ein Habitat errichten, das ist wieder etwas anderes. Wir hatten bisher keine Langzeitaufenthalte. Es ist also nicht so, dass wir genau das gleiche machen könnten wie zuvor. Vom Mond kann man natürlich immer evakuieren und zur Erde zurückkehren.

  • Auf dem Weg zum Mars wäre das ab einem gewissen Punkt nicht mehr möglich. Wir können auch immer zeitnahe Nachschub auf den Mond schicken, wenn etwas benötigt wird oder ausgeht, beim Mars haben wir diese Möglichkeit nicht. Erkundungsmissionen sind deshalb auch jene Missionen, die es uns erlauben, unsere Technologie und unser Wissen am weitesten voranzutreiben und zu erweitern. Das ist ein Grund, warum ich mich darauf fokussiere, weil das wirklich die Grenzen verschiebt.

  • APA-Science: Wenn wir uns in die Perspektive eines Astronauten begeben, was wäre für ihn neu und anders im Gegensatz zu vor 50 Jahren, was etwa den Helm und den Anzug betrifft?

  • McGuire: Das ist ein Feld, in dem ich nicht oft arbeite. Jedenfalls ist es sehr wichtig, die Ergonomie zu verstehen, die Biomechanik, wie sich ein menschlicher Körper bewegt. Das letzte, was ich hier gehört habe, ist von einem Anzug, der zwölf Schichten hat. Und man weiß ja, wie es ist, wenn es draußen kalt ist und man drei Schichten anhat, wie das die Mobilität einschränkt. Es ist also wichtig, dass man trotz dieser Schutzschichten die Gelenke gut bewegen kann, die Muskeln nicht ermüden, eine gute Reichweite hat und in der Lage ist, sich zu bücken. Das war in den ersten Anzügen sehr, sehr schwierig. Beim Anzugdesign - woran ich selbst nicht beteiligt bin - wird ständig daran gearbeitet, leichter in den Anzug und wieder heraus zu kommen, weil man derzeit dafür Hilfe braucht. Was aber, wenn ein Crewmitglied draußen auf der Mondoberfläche ist und du aus irgendeinem Grund raus aus dem Vehikel musst und kommst nicht in deinen Anzug hinein?

  • APA-Science: Was würde Ihre eigene Expertise zu einer Mondmission beitragen?

  • McGuire: Leute mit meinem Hintergrund sehen sich zum Beispiel an, welche Art von Informationen man im Display im Helminneren anzeigen kann, ohne das Gesichtsfeld zu beeinträchtigen und welche Infos angezeigt werden sollen - wie hoch ist das Sauerstoffniveau, wie sieht es mit Nährstoffen aus, wie viel Zeit bleibt noch, draußen zu bleiben, wie ist der Stresslevel? Wenn ein Teammitglied im Inneren eines (Raum-)Fahrzeugs ("Vehicle") mit einem außerhalb auf der Mondoberfläche arbeitet, geht es auch darum, bestimmen zu können, was ihm da draußen helfen könnte. Etwa ihn reinzuholen, wenn man anhand der Daten sieht, dass er erschöpft ist, oder ihn daran erinnert, dass er schon eine Weile kein Wasser getrunken hat.

  • Meine Spezialität liegt darin, sich anzusehen, wie man die Informationen anzeigt und wie viel davon, weil wir wollen sie (die Astronauten; Anm.) damit nicht überladen. Man sollte sie nicht mental übermüden, denn es geht nicht nur um körperliche Erschöpfung.

  • APA-Science: Haben Sie in Ihrer Arbeit direkten Kontakt mit den Astronauten?

  • McGuire: Ja, speziell in dem Job den ich davor gemacht habe. Wir nennen das "Human-In-the-Loop"-Evaluierungen, wenn wir die Besatzung gezielt befragen. Sie bekommen ein Training mit einer bestimmten Aufgabe und wir beobachten sie dabei. Dann fragen wir uns, wo hat es Komplikationen gegeben, wie könnten wir dies und jenes besser designen? Wenn wir ein Werkzeug designen, das sie mit ihren Händen verwenden, hat es gut gepasst? Mussten sie die Hand zu stark bewegen? Wenn man starken G-Kräften ausgesetzt ist, kann man auch keine großen Armbewegungen ausführen? Das muss man in Betracht ziehen. Oder wenn sie mit dem Display interagieren und diese dicken Handschuhe tragen, da muss man große Knöpfe noch größer machen, damit kein falscher gedrückt wird.

  • APA-Science: Dann gibt es sicher noch eine Reihe ganz trivialer Dinge zu bedenken, die auf der Erde keine Probleme bereiten, im All aber schon. Welche Beispiele sind da zu nennen?

  • McGuire: Was die Leute oft nicht bedenken ist, wie sehr die Schwerkraft uns hilft. Wenn man zur ISS reist, dann verschieben sich die Flüssigkeiten im Körper. Es fühlt sich an, als hätte man eine Erkältung im Kopf. Und wenn man eine Erkältung hat, kann man oft sein Essen nicht schmecken, oder es schmeckt anders. Oder wie sehr die Schwerkraft uns hilft, die Knochen stark zu erhalten. Die Crew muss um die zwei Stunden täglich trainieren. Wir wollen die negativen Effekte des Weltraums auf ihren Körper so niedrig wie möglich halten, psychologisch und körperlich.

  • Es hat sich zum Beispiel gezeigt, dass manche Besatzungsmitglieder nach der Rückkehr auf die Erde plötzlich Brillen brauchten. Das lag am Druck, der sich hinter dem Auge gebildet hat und Stress auf den Sehnerv ausgeübt hat. Ein Teil des Problems war, wie wir herausgefunden haben, Salz in der Ernährung. Also haben wir die Nahrung neu zusammengestellt, um die Menge an Salz zu reduzieren. Salz fügt Geschmack hinzu und es macht das Essen auch für eine lange Zeit haltbar. Es stellte sich dann also die Frage, wie wir die Nahrung für lange Zeitspannen haltbar machen können. Man denke nur an eine Mars-Mission, die Jahre statt nur Monate dauert, und dabei schmackhafte und gleichzeitig haltbare Lebensmittel zu haben.

  • APA-Science: Viele kritische Fragen drehen sich um die Gesundheit der Astronauten. Wie sieht es mit den Auswirkungen der kosmischen Strahlung aus, das ist doch ein ziemliches Problem?

  • McGuire: Das ist etwas, was wir sehr gründlich erforschen, welche Auswirkung die Strahlung auf den Körper hat und auch auf Medikamente haben kann. Sie kann sogar die Zusammensetzung von Tylenol (der schmerzlindernde und fiebersenkende Arzneistoff Paracetamol; Anm.) verändern. Manchmal zerfallen Medikamente in ihre Bestandteile, werden dadurch schlecht, man kann sie dann nicht mehr nehmen - oder sie sind weniger wirksam, so dass man mehr davon nehmen muss.

  • Wir machen auch eine Menge Analogtests, da war zum Beispiel die "Mars 500"-Mission (520 Tage dauernde Simulation eines Marsfluges in einem Container in Moskau; Anm.) und die Zwillingsstudie (Anm.: NASA-Astronaut Scott Kelly verbrachte fast ein Jahr auf der ISS. Anschließend wurde sein Gesundheitszustand mit dem seines Zwillingsbruders auf der Erde verglichen), wir haben also Daten. Zwar keine Daten über vier oder fünf Jahre, aber wir können extrapolieren. Wir senden Roboter auf den Mars und bekommen Informationen über die Umgebung, damit wir Datenpunkte über die verschiedenen Strahlungslevels bekommen, wenn wir zum Mars reisen.

  • Eine der größten Herausforderungen ist, dass wir kein hoch spezialisiertes Hospital hinauffliegen können, wir sind durch Masse, Volumen und Energie limitiert. Was werden wir also behandeln und was nicht? Wann entscheiden wir, nicht weiter zu behandeln?

  • APA-Science: Was gehört für Sie und Ihr Team noch zu den größten Herausforderungen?

  • McGuire: Herauszufinden, was wir von der Crew verlangen und wie wir ihnen die richtige Menge an Information bereitstellen. Sicherzustellen, dass wir beim Design von Raumfahrzeugen einen integrierten Ansatz verfolgen, damit nicht Einzelsysteme entwickelt werden, die dann nicht zusammenpassen. Bei Ersatzteilen sollte man darauf schauen, dass sie möglichst untereinander austauschbar sind, wie bei Ikea-Möbeln.

  • APA-Science: Und die Astronauten sollten am besten wohl so etwas wie eine Kombination aus Ingenieur und Arzt sein...

  • McGuire: Ja, und in der Lage sein, multiple Trainings zu machen und zu wissen, dass wir ihnen nicht alles beibringen können. Sie können bestimmte Aufgaben trainieren, aber es wird ungeplante Vorkommnisse geben, und dafür möchten wir ihnen die richtigen Werkzeuge mitgeben.

  • Das Gespräch führte Mario Wasserfaller / APA-Science

  • Service: Weiterführende Informationen zu diesen Themen finden sich auf folgenden Webseiten der NASA: Human Research Program https://www.nasa.gov/hrp; Tech Port https://techport.nasa.gov; Life Sciences Data Archive https://lsda.jsc.nasa.gov

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