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Forschung auf der ISS Wohin treibt die Raumstation?

In der Schwerlosigkeit können Astronauten Experimente durchführen, die auf der Erde nicht möglich sind. Doch lohnt sich der gewaltige Aufwand für die Forschung?

Stand: 01.02.2018

Das europäische Forschungsmodul Columbus in einer grafischen Darstellung. Europas größter Beitrag zur Forschung auf der ISS: | Bild: ESA

Auf der Internationalen Raumstation wird Forschung auf höchst unterschiedlichen Feldern betrieben. Zum Beispiel wird die Sonnenaktivität gemessen, Metalle werden zu neuen Legierungen geschmolzen und Proteine in Reinform als Kristalle gezüchtet.

Knappe Ressourcen im All

Viel zu sehen ist davon auf der ISS nicht: Die meisten Experimente sind in standardisierten Schubfächern untergebracht, die Anschlüsse für Strom, Kühlflüssigkeiten, Gase und Datenübertragung haben. Die meisten Experimente laufen automatisch ab oder werden von der Erde aus gesteuert.

Experimente während des zweiten ISS-Aufenthalts von Alexander Gerst

Myotones - Müde Muskeln im All

Im Rahmen des Experiments Myotones wollen Wissenschaftler der Berliner Charité und der Universität von Southampton an Alexander Gerst die biomechanischen Eigenschaften des ruhenden menschlichen Muskels untersuchen. Die Ergebnisse sollen für die astronautische Raumfahrt genutzt werden und künftig auch in die Rehabilitation nach Knochenbrüchen einfließen.

Metabolicspace - Kabelsalat ade

Metabolicspace heißt das Expermient des Instituts für Luft- und Raumfahrttechnik der TU Dresden. Dabei analysiert ein Gurt, den die Astronauten am Körper tragen, ihre Körper- und Stoffwechselfunktionen. Es soll die Überwachung und Auswertung des Trainings der ISS-Astronauten deutlich erleichtern und verbessern. Im Gegensatz zu bisherigen Messsystemen kommt Metabolicspace ohne hinderlichen Kabelsalat aus.

Flumias - Echtzeitmikroskop in 3D

Das Gerät Flumias ist nur so klein wie ein Schuhkarton. Es macht es aber möglich, feinsten Strukturen und schnelle Vorgänge in lebenden Zellen und Organismen in der Schwerelosigkeit zu bebachten. An Bord der ISS soll zum Bespiel die Entwicklung menschlicher Immunzellen in 3D und hoher Auflösung verfolgt werden.

Spacetex 2 - Schöner schwitzen

Das Experiment Spacetex 2 soll den Komfort von Astronauten während des Trainings verbessern. Die Astronauten tragen eine speziell für die ISS hergestellte Funktionskleidung, die von einem Forschungsverbund aus den Hohenstein-Instituten, der Charité Berlin und dem DLR entwickelt wurde. Die neuen Hightechstoffe sind für den Wärmeaustausch optimiert.

Asim - Gewitterstürmen auf der Spur

Mit Asim will die europäische Weitraumagentur ESA mehr über Gewitterstürme in der oberen Erdatmosphäre erfahren. Asim soll auf die untere Außenplattform des europäischen Columbus-Labors an der ISS montiert werden und von dort mindestens zwei Jahre lang die Wechselwirkung zwischen Gammastrahlung, Blitzen und Entladungen in der Hochatmosphäre beobachten.

EML - Neue Kamera für heißen Ofen

Den Elektromagnetischen Levitator (EML) installierte Gerst bereits 2014 auf der Raumstation. Im Zuge der Mission Horizons bekommt der Hightech-Schmelzofen nun eine Highspeed-Kamera. Mit dem EML werden materialwissenschaftliche Fragen untersucht. Die entsprechenden Daten sind zum Beispiel wichtig für die Optimierung von industriellen Gießprozessen, etwa von Motorgehäusen oder Flugzeugturbinenschaufeln.

DESIS - Ökosysteme unter Beobachtung

Das Spektrometer DESIS (DLR Earth Sensing Imaging Spectrometer) beobachtet die Erdoberfläche im Spektrum des sichtbaren Lichts und der Infrarotstrahlung, und zwar aus verschiedenen Blickwinkeln. An den gesammelten DESIS-Daten sollen sich Veränderungen im Ökosystem der Erdoberfläche ablesen lassen. Sie könnten beispielsweise dazu dienen, den Gesundheitszustand von Wäldern oder landwirtschaftlichen Flächen zu beurteilen und Ertragsprognosen zu treffen.

Gene Control Prime - Genregulation von Immunzellen

Beeinflusst die Schwerkraft Immunzellen und ihre Gene? Eine Serie von Experimenten in der Schwerelosigkeit soll klären, ob Immunschwäche möglicherweise genetische Ursachen hat. Die Erforschung der molekularen Mechanismen, die das Immunsystem regulieren, ist laut dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR nicht nur für zukünftige Langzeitmissionen von Astronauten von Bedeutung. Die Forschungsergebnisse sollen auch dazu beitragen, die generellen Ursachen von Immunschwäche zu verstehen und neue Therapien zu entwickeln.

CompGran - Dynamik von Granulaten

Ein Granulat ist Materie, die aus Körnern oder Pulver besteht, zum Beispiel Sand oder Getreide. Je nach Zustand verhält sich ein Granulat unterschiedlich: Wenn man es verdichtet, wird es fest. Unverdichtet lässt es sich wie eine Flüssigkeit schütten. In der Schwerelosigkeit lassen sich die Dynamik und die physikalischen Eigenschaften von Granulaten leichter untersuchen. Daher kann das Volumen der ISS-Experimentzellen durch einen Kolben verändert und damit die Kompaktheit der Granulate variiert werden. Mittel- bis langfristig sollen die Forschungsergebnisse helfen, industrielle Prozesse von Schüttgütern wie Kohlenstaub, Mehl oder Getreide zu verbessern.

CAL - Minilabor für große Kälte

CAL (Cold Atoms Lab) ist ein Minilabor zur Erforschung ultrakalter Atome. Deutsche und US-Wissenschaftler werden bei diesem Experiment auf der Raumstation zusammenarbeiten. Im CAL werden Atomwolken fast auf den absoluten Temperaturnullpunkt von minus 273,15 Grad Celsius herabgekühlt. Das soll unter anderem bei der Messung von Gravitationswellen und der Entwicklung von Quantencomputern helfen.

Zeitkapsel - Wünsche von Schülern

Alexander Gerst hat sich auf der ISS auch mit einer Zeitkapsel befasst. Diese Aluminiumkugel ist allerdings kein Instrument für wissenschaftliche Experimente: Sie enthält, auf einem Datenträger gespeichert, die Zukunftsvorstellungen von Schülern. Gerst wollte die Zeitkapsel auf der ISS versiegeln und nach seiner Rückkehr dem Bonner Haus der Geschichte übergeben. Das zeitgeschichtliche Museum soll sie dann 50 Jahre lang verschlossen aufbewahren.

Weitere Experimente auf der ISS

Trotzdem haben die Astronauten mit der Betreuung der Versuche viel zu tun. Möglicherweise wäre sogar mehr Forschung auf der ISS möglich, aber die Ressourcen sind knapp. Nicht nur Energie, Kühlung und andere technische Voraussetzungen müssen unter allen anstehenden Experimenten aufgeteilt werden, sondern auch das Personal.

"Die kritische Ressource ist die Verfügbarkeit von Astronauten. Wenn wir sechs Astronauten an Bord haben, dann würde ich sagen: Mindestens die Hälfte muss bereitgestellt werden, um diese ganze Infrastruktur zu warten, und die andere Hälfte, wahrscheinlich sogar etwas weniger, um diese Experimente durchzuführen."

Ernst Messerschmidt, Professor für Astronautik und Raumstationen, Universität Stuttgart

Daran wurde bei der ersten Mission von Gerst auf der ISS geforscht

6 Monate - 160 Experimente

Bei seinem Aufenthalt im Jahr 2014 auf der ISS war Alexander Gerst Bordingenieur und damit für wissenschaftliche Experimente zuständig. Zusammen mit seinen Weltraum-Kollegen betreute er rund 160 Versuche, die in dem halben Jahr seines Aufenthalts in den Laboren der Raumstation durchgeführt wurden. Hier einige Beispiele.

Der elektromagnetische Levitator

Ein Experiment war der elektromagnetische Levitator: ein Schmelzofen, in dem Legierungen hergestellt und untersucht werden können. Denn die Metallschmelzen verhalten sich in der Schwerelosigkeit völlig anders als auf der Erde.
"Ich würde mich riesig freuen, wenn wir mit den Legierungen, die wir da oben erforschen, Materialien entdecken, die vielleicht in zehn Jahren in einer Flugzeugturbine Treibstoff sparen," erklärte Alexander Gerst.

Kristallklare Ziele

Auch an der Herstellung besonders reiner Halbleiterkristalle wurde geforscht, die für die Mikroelektronik wichtig sind. Proteine wurden auf der ISS in ihrer Kristallform gezüchtet, um sie zu untersuchen. Biochemiker auf der Erde möchten den Aufbau der Eiweiße genau verstehen, die vielleicht in Medikamenten Verwendung finden können.

Es gibt auch eine Art Wetterstation - für das Sonnenwetter. Die Beobachtung der Sonnenaktivität wird für uns auf der Erde immer wichtiger, denn Sonnenstürme mit ihren stark geladenen Teilchen bringen Navigationsgeräte und andere elektronische Geräte durcheinander.

Wissenschaft am eigenen Leib

Gewollt oder ungewollt nehmen die Astronauten an Bord an einem weiteren Experiment teil: Wie sich der lange Aufenthalt im All und in der Schwerelosigkeit auf den menschlichen Körper auswirkt. Und vor allem: Was Astronauten tun können, um die Schädigungen so gering wie möglich zu halten. Sie seien selbst "Versuchskaninchen" gewesen, sagte Alexander Gerst im Interview. "Es gibt sehr viele Experimente, mit denen wir Krankheiten erforschen. Sehr individuell, natürlich." Die Astronauten versuchten, Maßnahmen gegen den rapiden Muskel- und Knochenschwund sowie die schnellere Hautalterung zu finden, gegen die in der Schwerelosigkeit noch niemand gefeit ist.

Columbus, das europäische Weltraumlabor

Forschungsmodul Columbus

Im Februar 2008 brachte die US-Raumfähre Atlantis das europäische Weltraumlabor Columbus zur ISS. Neben dem US-amerikanischen Labor Destiny und Japans Labor Kibō ist es das dritte Forschungsmdoul der Raumstation. Das heißt allerdings nicht, dass europäische Forschungsprojekte auch ein Drittel der Forschung auf der ISS ausmachen.

"Das ist eine Kostenfrage: Der Anteil der Europäer hinsichtlich der Nutzung der Anlagen beträgt nur 8,3 Prozent, wobei den Amerikanern vielleicht zwei Drittel der Raumstation gehören und sie auch entsprechende Nutzungsmöglichkeiten haben. Und als 8,3-Prozent-Partner, da muss man dann einfach Rücksicht nehmen auf das, was die europäischen Regierungen bereit sind zu bezahlen."

Ernst Messerschmidt

Viele Aufträge, lange Wartezeit

Die Raumstation ISS über der Erde

Rund 300 Millionen Euro gibt die ESA pro Jahr für die ISS aus. Trotzdem bleiben von der knappen Forschungszeit der Astronauten für europäische Forschung unterm Strich nur siebzig Stunden pro Halbjahr. Das ist ein Grund dafür, warum die ESA zwar volle Auftragsbücher für Weltraumforschungsprojekte hat, aber auch eine lange Wartezeit. Auftraggeber sind hauptsächlich staatliche Forschungseinrichtungen wie das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR. Der Industrie sind die Versuche auf der ISS zu teuer und die Wartezeit zu lang.

Forschung im Weltraum für den Aufenthalt im Weltraum

Langzeitbesatzungen auf der ISS haben aber noch eine andere Aufgabe als Experimente in den Laboren durchzuführen und zu überwachen. Die Astronauten, die ein halbes Jahr oder länger auf der Raumstation leben, erforschen an sich selbst die Möglichkeiten Herausforderungen zukünftiger Raumfahrt-Missionen.

"Wir lernen an Bord der Raumstation, wie wir wirklich für lange Zeit in den Weltraum fliegen können. Das ist unser Versuchslabor für spätere Reisen zum Mars, zum Mond, zu Asteroiden."

Alexander Gerst, deutscher Astronaut

Die Astronauten versuchen dazu etwa herauszufinden, wie sich der Bedarf an Nahrung, Kleidung und Gerätschaften so weit reduzieren lässt, dass eine Jahre dauernde Reise überhaupt möglich ist. Außerdem brauchen sie Lebenserhaltungssysteme zur Versorgung mit Sauerstoff, Wasser und Strom. Diese müssen zuverlässig und zugleich so einfach zu handhaben sein, dass ein Expeditionsteam sie ohne Eingriff einer Bodenkontrolle warten kann.

Langzeittest für das Leben im All

Die Bewohner der ISS erfahren zudem am eigenen Leib, welche Auswirkungen das Leben im All auf den menschlichen Organismus hat. Viele Astronauten werden auf der ISS schnell krank. Dabei gibt es auf der ISS weit weniger Krankheitserreger als auf der Erde. Doch das Immunsystem verliert gerade deswegen auf der Raumstation an Biss. Daher wurde auf der ISS auch schon erforscht, ob weiße Blutkörperchen, die "Fresszellen", sich bei Schwerelosigkeit anders verhalten als auf der Erde.

  • "Wir sind Astronaut - Wohin treibt die Raumstation?": am 13. Mai 2014 um 18.05 Uhr in "IQ - Wissenschaft und Forschung", Bayern 2
  • "Teures Abenteuer im All - die ISS": am 16. Mai 2014 um 16:45 Uhr in "nano", ARD-alpha

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