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Forschungsprojekte auf der ISS

26.07.2018 Blog

Alexander Gerst und seine Geschichte

Der studierte Geophysiker war schon als Kind von Naturphänomenen und vor allem den Sternen begeistert und konnte sich mit seiner ersten Reise ins All im Mai 2014 seinen Traum erfüllen. Der Griff zu den Sternen wurde für ihn zur Realität. Er begann seine Karriere als Vulkanologe und war unter anderem in Forschungsstationen in der Antarktis tätig. Er trainierte sich unbewusst die Eigenschaften an, die ihm im späteren Auswahlverfahren des Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) zum Vorteil wurden. Als Forscher in lebensfeindlicher Umgebung wie der Antarktis musste er sich schon früh zwischen Vulkanen und Gletscherspalten fern ab der Zivilisation beweisen. Mittlerweile haben sich die Aufgaben ein wenig geändert und Alexander Gerst ist nun in einer noch lebensfeindlicheren Umgebung unterwegs. Zwischen Sternen und Planeten bei Temperaturen von -156 bis +121 Grad Celsius fliegt er in der ISS im Auftrag der europäischen Weltraumorganisation ESA um die Erde.

Mit 28.000 km/h im Erdorbit unterwegs

Die ISS schwebt seit dem Jahr 2000 als durchgehend bemannte Raumstation in rund 400 km über der Erde. Ein Meilenstein der Technik mit neusten Technologien und immer in Forschungsmission für irdische Herausforderungen unterwegs. Als Vorreiter der heutigen ISS und der bemannten Weltraummissionen gilt nach wie vor die russische MIR. Von 1986 bis 2001 war die Raumstation im Orbit und trug beträchtlich zur heutigen Weltraumforschung bei.

Mit dem Baubeginn der ISS im Jahre 1998 wurden die letzten Jahre der MIR eingeläutet, bis diese nach 15 jährigem Einsatz im März 2001 kontrolliert in der Erdatmosphäre verglühte. Als weltweit einzigartiges Weltraumprojekt der NASA, ESA, Roskosmos, CSA und JAXA umkreist die ISS die Erde mit einer Geschwindigkeit von 28.000 km/h, dabei dauert eine Erdumrundung nur 93 Minuten. Die Internationale Raumstation dient als orbitale Forschungseinrichtung und ist von einem wissenschaftlichen Astronautenteam ganzjährig besetzt. Zu Beginn standen Modifizierungen und Wartungsarbeiten im Vordergrund, bevor überhaupt geforscht werden konnte. Aktuell sind in der 56. ISS-Expedition Andrew Jay Feustel, Richard Robert Arnold und Serena Auñón-Chancellor aus den USA, Oleg Germanowitsch Artemjew und Sergej Walerjewitsch Prokopjew aus Russland sowie der Missions-Kommandant Alexander Gerst aus Deutschland an Bord.

Der wissenschaftliche All-Tag

Eine Vielzahl an Forschungsprojekten werden tagtäglich auf der ISS durchgeführt. Neben Experimenten zur Veränderung physikalischer Eigenschaften bestimmter Materialien, biologischer Prozesse im Pflanzenwachstum und der -züchtung, dient auch der menschliche Körper als Versuchsobjekt.

Muskelschwund im All

Der Bezeichnung Myotonie ist ein Sammelbegriff für verschiedene Muskelverspannungen, Muskelschwund und deren Symptomatik. Myotonie muss nicht von Anfang an eine Krankheit sein, doch wenn Verspannungen chronisch werden, wirkt sich dies auf den ganzen Körper aus und führt zu anatomischen Fehlstellungen. Doch welchen Einfluss hat die Schwerelosigkeit auf das Muskelskelett und wie kann man diese Erkenntnisse auf der Erde nutzen?

Im Weltraum wird die Muskulatur zur Fortbewegung kaum beansprucht, denn es muss keine Gravitation überwunden werden, wofür Muskelkraft nötig wäre. Dies führt zu einem kontinuierlichen Muskelabbau. Die Astronauten müssen also versuchen ihre Muskulatur aufrecht zu erhalten, sonst wäre eine Rückkehr auf die Erde kaum mehr möglich. Zwei Stunden pro Tag muss Sport getrieben werden, um dem Muskelschwund vorzubeugen. Die wissenschaftliche Auswertung der Muskelveränderung wird in der aktuellen Mission mittels einer neuen Technik untersucht.

MyotonPRO ist ein smartphongroßes Gerät und gleichzeitig eine Methode, bei der mittels eines Impulsgebers eine leichte Druckwelle durch das Gewebe geschickt wird. Anhand der rücklaufenden Schwingung der Haut lassen sich kleinste Veränderungen der Muskulaturstruktur schnell und effektiv messen und analysieren. Die Daten dieser Experimente werden anschließend in Universitäten und Forschungseinrichtungen aufgearbeitet, um frühzeitig medizinische Diagnosen zu stellen und neue Behandlungsmethoden zu entwickeln. Der Weltraum eignet sich hervorragend für diese Experimente, da es auf der Erde nur schwer möglich ist einen künstlichen Muskelschwund herbeizuführen.

Das Kälte Atom Labor (CAL) – das coolste Experiment im All

Experimente nahe dem absoluten Nullpunkt von 0 Kelvin (-273,15 Grad Celsius), bei dem sich Atome kaum noch bewegen, sind ebenso Bestandteil der aktuellen ISS Forschungsmission. Im Cold Atom Laboratory (CAL) ist es möglich Atome auf ein milliardstel Grad vor 0 Kelvin zu verlangsamen. Es gilt dabei, mehr Wärme entspricht mehr Geschwindigkeit und demnach mehr Energie. Um ein Teilchen abzubremsen, werden mit dem sogenanntem Lasercooling Atome entgegen ihrer „Flugrichtung“ mit Photonen beschossen. Die Atome absorbieren die Photonen und verlangsamen ihre Bewegung – dies bewirkt die Abkühlung. Nahe dem Nullpunkt entsteht ein neuer Aggregatzustand – das Bosen-Einstein-Kondensat. Bei diesem lassen sich einzelne Atome nicht mehr lokalisieren, da die Verlangsamung zu einer Wellenstruktur der Atome geführt hat. Atome werden zu Wellen, eine surreale Vorstellung, aber auf der Erde und im Weltall Realität.

Nahe den Sternen im Weltall und in Schwerelosigkeit lassen sich diese Experimente ohne Einfluss der Schwerkraft durchführen. Die Gravitation auf der Erde sorgt andernfalls für ein verfälschtes Wellenbild oder eines was nur für Sekunden von Bestand ist.

Von dem Forschungsprojekt CAL und somit im Grenzbereich des physikalisch Machbaren, erwarten sich die Wissenschaftler neue Forschungsansätze im Zusammenhang zwischen Materie und Gravitation. Ebenso können die gewonnenen Erkenntnisse zur Entwicklung neuer Techniken der Energieübertragung und Optimierung von Sensortechnologien genutzt werden.

Innovation und Weiterentwicklung bei ARTS

ARTS unterstützt genau diese Menschen - Menschen mit Innovationskraft und Visionen. Was heute noch undenkbar erscheint, kann schon morgen Realität sein. Doch nur wer seine Träume oder die Sterne verfolgt, wagt auch einen Schritt nach vorn. So wie der Wissenschaftler Alexander Gerst auf der ISS steht auch ARTS mit Expertise in der Luft- und Raumfahrt sowie in den Hochtechnologie-Branchen Automotive und Maschinenbau für Optimierung und Weiterentwicklung. Ob schlüsselfertige Lösungen im Projektmanagement, Technologieberatung oder Expertise durch die Besten Köpfe – wir verhelfen Ihnen zum Vorsprung, damit Ihr Vorhaben zum Erfolg wird.

Extending your Success – gilt für unsere Kundenunternehmen genauso wie auch für unsere Mitarbeiter.

Quellen: FAZ | Focus | ARD | DLR ISS live | DLR Myotones | Myoton | ESA Myotones | MDRNASA | DW | WDR | ESA „ISS Horizon“

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