Columbus ist ein Forschungslabor, in dem bis zu drei Astronauten auf 25 Kubikmetern an wissenschaftlichen Experimenten arbeiten können. Die Außenwand von Columbus besteht aus mehreren Lagen Aluminium, Kevlar und Nextel. Die Materialien schützen das Labor vor Beschädigungen durch Mikrometeoriten, Weltraummüll und kosmischer Strahlung und isolieren es vor starker Temperatureinwirkung.

Im Inneren ist Columbus mit 16 Experimentier-Regalen, so genannten Racks ausgestattet, in denen ähnlich wie bei Einbauschränken Laborausrüstung, Computer und technische Systeme untergebracht sind. Sie können Versuchseinrichtungen von bis zu 700 Kilogramm Masse aufnehmen. Die Racks sind nach einem Standard gebaut, nach dem auch die amerikanischen und japanischen Module konstruiert wurden, und besitzen eine eigene Stromversorgung, Kühlsysteme sowie Video- und Datenleitungen.

Bei Bedarf können sie ausgetauscht oder ersetzt werden. Obgleich Columbus das kleinste der sechs Labormodule der ISS ist, können hier vom Volumen, der Datenkapazität oder dem Energieverbrauch ebenso viele Experimente durchgeführt werden, wie in den anderen, teueren Laboren. Kostensenkend wirkt sich zudem aus, dass Columbus bereits mit 2.500 Kilogramm Nutzlast beladen gestartet wird. Per Tele-Operations können Wissenschaftler auf der Erde teilweise direkt in den Versuchsablauf eingreifen und auf ihre Daten zugreifen.

Drei weitere Racks dienen als Stauraum und für die Unterbringung der Infrastruktur, vornehmlich für die Stromversorgung, Datenverteilung und Wasserpumpen sowie das Klima- und Feuerunterdrückungssystem. So können die Astronauten die Temperatur im Labor zwischen 16 und 30 Grad Celsius variieren. Frischluft erhält Columbus aus dem Verbindungsknoten 2 (Harmony), an dem das europäische Labor angedockt ist. Hier wird die Luft aufbereitet und vom Kohlendioxid gereinigt.

Die Solarflächen der Raumstation versorgen Columbus mit 20 Kilowatt Strom, von denen 13,5 Kilowatt für die wissenschaftlichen Einrichtungen zur Verfügung stehen. An der Außenhülle befinden sich vier Halterungen, an denen Experimente angebracht werden können. Dies bietet Forschern die Möglichkeit, ihre Versuchsanordnungen direkt dem Weltraum mit seinen besonderen Bedingungen auszusetzen: Vakuum, Weltraumstrahlung, absoluter Temperatur-Nullpunkt und Schwerelosigkeit. Zudem ist die Beobachtung der Erde oder der Sonne von hier aus möglich.

ANITA - ein Interferometer

Gegenwärtig befindet sich ein für die ESA in Deutschland entwickeltes und gefertigtes Infrastrukturelemente zur Erprobung auf der ISS. Nach der Erprobungsphase durch die NASA im US-Labor Destiny, wäre eine spätere Unterbringung als permanente Stationsinfrastruktur im Columbus denkbar. Die Rede ist hier von ANITA: ein Interferometer, das bis zu 32 gasförmige Bestandteile der Kabinenluft analysieren kann, inklusive Formaldehyd, Ammoniak und Kohlenmonoxid.

Es demonstriert die Genauigkeit und Zuverlässigkeit einer neuen Messtechnologie im Orbit und weist hierdurch das Potenzial für eine nächste Generation Scannern für Spurengase in der Atmosphäre von Raumstationen oder anderen geschlossenen Räumen auf. Dieses Analysesystem wendet nicht nur Gefahren von der Crew ab, sondern verhindert auch eine unnötige Evakuierung der Station im Falle einer zunächst nicht identifizierbaren Verunreinigung der Kabinenluft.

Das Sauerstoffgenerierungsgerät ARES

Ein anderes spannendes Thema ist das Sauerstoffgenerierungsgerät ARES, das künftig auf Columbus erprobt werden soll. Im Gegensatz zu den derzeit auf der Station arbeitenden Systemen arbeitet ARES nach dem Prinzip eines geschlossenen Kreislaufs. Es kann den Sauerstoffbedarf für sieben Astronauten aus dem auf der ISS vorhandenen Wasser (wie Brauchwasser, Kondensationswasser) erzeugen. Mit der dauerhaften Inbetriebnahme von ARES würde der Wassertransport zur ISS um jährlich etwa 1000 Kilogramm reduziert, was einer Kostenersparnis von rund 20 Millionen Dollar entspräche. Columbus kann zudem als Testumgebung dienen, um Elemente von ARES für die Energiegewinnung und -Speicherung in Verbindung mit regenerativen Brennstoffzellen zu erproben.

Darüber hinaus bietet Columbus die Möglichkeit, die nationale Kompetenz der Laserkommunikationstechnik (LCT) erneut unter Beweis zu stellen. Der Einsatz eines solchen Systems an Columbus wird untersucht. Mit einem Terminal der zukunftsweisenden Lasertechnologie könnte eine autonome europäische Kommunikationsstrecke zwischen Erde und ISS mit größter Leistung errichtet werden.

Die wissenschaftlichen Racks im europäischen Weltraumlabor Columbus: