Studie ergibt, dass weibliche Astronauten effizienter sind, was zukünftige Raumfahrtmissionen mit ausschließlich weiblichen Besatzungen nahelegt.

5. Mai 2023 Bericht

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von Justin Jackson, Phys.org

Wenn Menschen über das Leben auf anderen Planeten nachdenken, stehen sie sofort vor der Entscheidung zwischen zwei Möglichkeiten. Eine wäre eine Reise zu einem anderen Sonnensystem, die mit der derzeitigen Technologie Zehntausende von Jahren dauern würde und dabei rund 2.000 Generationen gezwungen wäre, in den beengten Verhältnissen eines Raumschiffs zu leben und sich an ein strenges Bevölkerungskontrollschema zu halten. Die andere Möglichkeit ist der Mars.

Der Mars bietet mehrere Vorteile, nicht zuletzt die Nähe, die es unnötig macht, Menschen aus der Luftschleuse zu werfen, wenn das Raumschiff bereits voll ist. Es würde auch einem Voraustrupp ermöglichen, eine grundlegende Infrastruktur aufzubauen und am effizientesten zu sein - der Trupp sollte ausschließlich aus Frauen bestehen.

Forscher des Teams für Raummedizin der Europäischen Weltraumorganisation in Deutschland haben in einer Studie, die in Scientific Reports veröffentlicht wurde, herausgefunden, dass weibliche Astronauten im Vergleich zu ihren männlichen Kollegen während Weltraummissions-Explorationen einen geringeren Wasserbedarf für die Hydratation, einen geringeren Gesamtenergieverbrauch, einen geringeren Verbrauch an Sauerstoff (O2), eine geringere Produktion von Kohlenstoffdioxid (CO2) und weniger Stoffwechselwärme haben.

In der Studie "Auswirkungen von Körpergröße und Gegenmaßnahmen-Übungen auf Schätzungen von lebenserhaltenden Ressourcen bei komplett weiblich besetzten Erkundungsmissionen" nutzte das Team einen Ansatz, der entwickelt wurde, um die Auswirkungen der Körper "Größe" auf die Anforderungen an lebenserhaltende Maßnahmen bei männlichen Astronauten abzuschätzen. Für alle Parameter und alle Körpergrößen waren die Schätzungen für Frauen niedriger als für vergleichbare männliche Astronauten.

Betrachtet man den begrenzten Platz, die Energie, das Gewicht und die lebenserhaltenden Systeme, die in ein Raumschiff auf einer langen Mission verpackt sind, kommt die Studie zu dem Schluss, dass die weibliche Form der effizienteste Körpertyp für die Weltraumexploration ist.

Nach Angaben der NASA beträgt die Kosten für das Transportieren von Nutzlasten zur Internationalen Raumstation (ISS) 93.400 US-Dollar pro kg. Die Studie ergab, dass bei einer 1080-tägigen Mission eine vollständig weibliche Crew mit vier Mitgliedern 1695 kg weniger Lebensmittelgewicht benötigen würde. Mit etwas einfacher Rechnerei könnte die Mission über 158 Millionen US-Dollar einsparen und 2,3 m3 Platz (Lebensmittelverpackung) freigeben, was etwa 4% des bewohnbaren Volumens (60 m3) eines "Gateway"-HALO-Moduls in der vorgeschlagenen Mondumlaufbahn- Raumstation der NASA entspricht. Beide Faktoren wären operationell äußerst bedeutsam, aber es gibt noch mehr.

Verglichen mit einer früheren Studie theoretischer männlicher Astronauten war der Effekt der Körpergröße auf den Gesamtenergieverbrauch bei Frauen deutlich geringer, mit relativen Unterschieden von 5% bis 29% niedriger. Bei einer Körpergröße von 1,6 m, der 50. Perzentile für US-Frauen, waren die Einsparungen noch signifikanter, bei 11% bis 41%. Dies führt zu einer reduzierten Sauerstoffnutzung, Produktion von CO2, Stoffwechselwärme und Wasserverbrauch.

Wenn Astronauten dem langen Mikrogravitationszustand von Weltraum ausgesetzt sind, passieren schlechte Dinge mit ihren Körpern. Physiologische Veränderungen induzieren Muskelatrophie, Knochenverlust und reduzierte aerobe und sensorimotorische Kapazität, die die Gesundheit und Fähigkeit der Crewmitglieder beeinträchtigen können, Missionstasks auszuführen.

Übung im Weltraum heißt "Gegenmaßnahmen-Übung", da sie darauf ausgelegt ist, den physiologischen Effekten der Schwerelosigkeit entgegenzuwirken. Während dieser Übungen (zwei 30-minütige Aerobic-Übungen, sechs Tage die Woche) haben Astronauten höhere Raten von O2-Verbrauch, CO2-Produktion, Stoffwechselwärme und benötigen mehr Wasser zur Rehydratation.

Während die Körpergröße allein mit Energiemetriken korreliert (kleinere Körpergröße, weniger Energie), erhöhen Missionen, die Gegenmaßnahmen-Übungen erfordern, diese Diskrepanz, da größere Körper mehr Energie benötigen, mehr Sauerstoff benötigen, mehr CO2 produzieren und mehr Wärme erzeugen. Darüber hinaus stellte die Studie fest, dass Frauen bei einer einzelnen Aerobic-Gegenmaßnahmen-Übung 29% weniger Wasser durch Schwitzen verloren und somit weniger Wasser zur Rehydratation benötigen.

Die theoretischen Unterschiede zwischen weiblichen und männlichen Astronauten resultieren aus einem geringeren Ruhe-O2-Bedarf und einem niedrigeren Gesamtenergiebedarf bei weiblichen Astronauten, die im Vergleich zu männlichen Astronauten bei ähnlicher Körpergröße leichter sind und niedrigere relative VO2max-Werte (die Rate, mit der das Herz, die Lungen und Muskeln bei körperlicher Betätigung effektiv Sauerstoff nutzen können) aufweisen.

Aside from resource usage, there are also advantages in functional workspaces, especially when multiple astronauts are working in the same confined area, as often happens on the ISS. Aboard the ISS, the astronauts have just enough room to stand and work shoulder-to-shoulder or back-to-back when necessary. The spaces in the proposed NASA Gateway craft are tighter, creating a less ergonomic environment for multiple crew members to work together. Tighter spaces could operate just as efficiently with a smaller crew.

The study data, combined with the move towards smaller diameter habitat space for currently proposed mission modules, suggest that there may be several operational advantages to all-female crews during future human space exploration missions, with the most significant improvement coming from shorter females.

More information: Jonathan P. R. Scott et al, Effects of body size and countermeasure exercise on estimates of life support resources during all-female crewed exploration missions, Scientific Reports (2023). DOI: 10.1038/s41598-023-31713-6

Journal information: Scientific Reports

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