Zwei Jahre später verunglückte Apollo 13 und hier kam es in der Tat zu einer Notsituation: allerdings ging der Mannschaft nicht der Sauerstoff aus, die Mondfähre hatte genug Reserven auch ohne die der Kommandokapsel, sondern das Kohlendioxyd stieg auf einen gefährlichen Level. Wie bekannt, gelang es eine Lösung zu finden die eckigen Kohlendioxydabsorber aus dem CSM in die runden Öffnungen im LM zu bringen. Also gerade umgekehrt wie beim Fußball („Das Eckige muss in das Runde“).<\/p>\n
Doch was ist nun gefährlicher wenn es keine Reserven gibt: Kohlendioxyd oder Sauerstoffmangel und wie lange reicht die Luft in einem Raumschiff?<\/p>\n
Fangen wir mit den Grundlagen an. Wenn wir den Metabolismus als Summe betrachten, dann oxidiert er organische Verbindungen zu Kohlendioxyd (dort landet der Kohlenstoff) und Wasser (dort kommt der Wasserstoff hin). gebundener Stickstoff wird nicht zum energieärmsten Produkt (Stickstoff) abgebaut sondern zu Harnsäure. Diese ist wasserlöslich, kann also in der Bilanz der Luft vernachlässigt werden. Allgemein werden daher Proteine bei der Nährstoffermittlung meist nicht berücksichtigt, zumal sie normalerweise nur einen kleinen Anteil an der Energie ausmachen. Doch wie sieht es bei Kohlehydraten und Fetten aus?<\/p>\n
Nehmen wir mal zwei typische Moleküle beider Gruppen: Glucose als Traubenzucker und Stearinsäure als eine der am häufigsten vorkommenden Fettsäuren:<\/p>\n
C6<\/sub>H12<\/sub>O6<\/sub> + 6 O2<\/sub> -> 6 CO2<\/sub> + 6 H2<\/sub>O<\/p>\n C18<\/sub>H36<\/sub>O2<\/sub> + 33 O2<\/sub> -> 18 CO2<\/sub> + 18 H2<\/sub>O<\/p>\n Beide Moleküle liefern pro C-Atom ein Molekül Kohlendioxyd und ein Molekül Wasser. Sie unterscheiden sich aber im Sauerstoffbedarf. Glucose benötigt pro C-Atom ein Molekül O2<\/sub>, Stearinsäure dagegen fast zwei. Der Grund liegt darin dass Glucose schon 6 O-Atome bei 6 C-Atomen im Molekül enthält. Stearinsäure dagegen nur zwei auf 16 C-Atome. Das Molekül ist schon teiloxidiert. Das drückt sich auch in der Energie aus, die ein Gramm liefert: Im Durchschnitt sind es bei Kohlenhydraten 17,2 kJ\/g, bei Fett 38,9 kJ\/g.<\/p>\n Das so das Verhältnis von verbrauchtem Sauerstoff zu erzeugtem Kohlendioxyd unterschiedlich ist, macht man sich in der Ernährungswissenschaft zu Nutze. Wenn man den Energiebedarf von Tätigkeiten messen will, so misst man den verbrauchten Sauerstoff in der Atemluft und das erzeugte Kohlendioxyd. Beim Grundumsatz sitzen die Personen auf einem Stuhl in einer kleinen hermetisch abgeschlossenen Kammer, sonst bekommen sie eine Atemmaske aufgesetzt, Damit hat man zwei Messgrößen, mit denen man die Zusammensetzung der zwei Hauptbestandteile messen kann, aus der die Energie stammt. Man bildet das Verhältnis von Kohlendioxidabgabe zu Sauerstoff Aufnahme in Gramm. Diese Größe wird als respiratorischer Quotient bezeichnet und liegt bei 1,0 bei Fett und 0,7 bei Kohlenhydraten. So kann man das Verhältnis von Kohlenhydraten zu Fett bestimmen. Über die Absolutmengen an verbrauchtem Sauerstoff und gebildetem Kohlendioxyd kann man dann den Energieverbrauch messen. Das nur am Rande.<\/p>\n Nehmen wir eine vorbildliche Ernährung nach Empfehlung (60% Kohlenhydrate, 30% Fett, 10% Eiweiß), einen 75 kg schweren Astronauten, der im All sich wenig bewegt und daher nur 9000 kJ\/Tag verbraucht. Dann ergibt sich folgende Tabelle:<\/p>\n Das ist nicht mal so viel. Weniger als ein Halbes Kilo Sauerstoff braucht man pro Tag. Doch wie viel ist das? Bei einer Standardatmosphäre mit dem Druck auf Meereshöhe und 25 Grad Temperatur wie sie auch in etwa auf der ISS herrschen nimmt ein Mol ein Volumen von 22,4 l ein. Ein Mol Sauerstoff wiegt 32 g, ein Mol Kohlendioxyd 44 g. Beim Sauerstoff spielt noch eine Rolle, das er nur 21% der Atmosphäre ausmacht.<\/p>\n Doch in den Apollo wurde eine reine Sauerstoffatmosphäre von 0,28 bar Druck eingesetzt. Hier nimmt ein Mol 81 l ein. Das Kommandomodul hatte ein freies Volumen von 5,9 m\u00b3, das LM das ja bei Apollo 13 noch abgekoppelt war, weitere 6,7 m\u00b3.<\/p>\n Nun muss man noch wissen, ab welchem Level man an Sauerstoffarmut stirbt und welche Kohlendioxydkonzentration tödlich ist. Bei der Arbeitsssicherheit<\/a> werden Werte unter 11% Sauerstoff auf längere Sicht als tödliches Risiko eingestuft. Das betrifft sicher den untrainierten Menschen, denn das Basislager für den MT Everest in 5400 m Höhe weist genau diesen druck auf. Die Bergsteiger sind aber erst wenn sie 8000 m Höhe überquert haben in der sogenannten Todeszone. Doch nehmen wir den Wert, die Astronauten sind ja nicht trainiert.<\/p>\n In dem CSM sind insgesamt 5900 l \/ 81 l * 32 g\/l = 2330 g Sauerstoff. Im Spielfilm „Verschollen im Weltraum“ gab es ja kein LM. Umgerechnet von der Standardatmosphäre (21% Sauerstoff) darf der Anteil bis auf 11\/21 des Wertes zurückgehen, es dürfen also 10\/21 = 1110 g Sauerstoff verbraucht werden. Es gibt drei Astronauten in der Kapsel. Das sind pro Astronaut 370 g. Bei einem Sauerstoffverbrauch von über 454,4 g reicht das keinen Tag, sondern nur 19,5 Stunden.<\/p>\n\n\n
\n Nährstoff<\/th>\n Sauerstoffverbrauch\u00a0 [g]<\/th>\n Kohlendioxidemission [g]<\/th>\n Nahrungsmenge<\/th>\n Sauerstoffverbrauch gesamt [g]<\/th>\n Kohlendioxydemission gesamt [g]<\/th>\n<\/tr>\n \n Eiweiß<\/td>\n 996<\/td>\n 814<\/td>\n 53<\/td>\n 52,788<\/td>\n 43,142<\/td>\n<\/tr>\n \n Kohlenhydrate<\/td>\n 829<\/td>\n 829<\/td>\n 314<\/td>\n 260,306<\/td>\n 260,306<\/td>\n<\/tr>\n \n Fett<\/td>\n 2019<\/td>\n 1429<\/td>\n 70<\/td>\n 141,330<\/td>\n 100,03<\/td>\n<\/tr>\n \n Summe<\/td>\n <\/td>\n <\/td>\n 437<\/td>\n 454,424<\/td>\n 403,478<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n