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Deutsche Forschung unter Weltraumbedingungen auf der ISS



 Forschen zwischen Erde und Weltall
zum Bild Forschen zwischen Erde und Weltall

Warum forschen Wissenschaftler an Bord der Internationalen Raumstation?

Auf der Erde ist die Schwerkraft oder Gravitation allgegenwärtig. Sie beeinflusst, überdeckt oder stört alle physikalischen, chemischen und biologischen Vorgänge. Häufig spielt die Schwerkraft eine unübersehbare Rolle: Gegenstände fallen zu Boden, Wasser fließt ins Tal. Bei vielen Vorgängen in Natur und Technik ist der Einfluss der Schwerkraft jedoch nicht unmittelbar zu erkennen, obwohl die Schwerkraft auch hier von grundsätzlicher Bedeutung ist. So hat die Gravitation als immer vorhandene Größe maßgeblich die Evolution der Lebewesen beeinflusst: Schwerkraft und Leben sind auf unserem Planeten seit vier Milliarden Jahren untrennbar miteinander verbunden.

Vor diesem Hintergrund ergeben sich für wichtige Forschungsfelder in der Medizin, der Biologie, der Physik und in den Materialwissenschaften ganz neue Möglichkeiten, unter Weltraumbedingungen zu forschen. Weltraumbedingungen bedeuten hier insbesondere Schwerelosigkeit oder allgemeiner: veränderte Schwerkraftbedingungen. Zusätzlich durchgeführte Messungen zur Zusammensetzung, Stärke und Auswirkungen der Weltraumstrahlung liefern Aufschluss über das Strahlenrisiko für bemannte Missionen.

Oberstes Ziel des Programms "Forschung unter Weltraumbedingungen" als Teil des Deutschen Raumfahrtprogramms ist es, neue Erkenntnisse in Wissenschaft und Technologie zu gewinnen und dann in innovative Anwendungen für den Menschen auf der Erde umzusetzen. Im Einzelnen verfolgt das DLR mit der Forschung unter Weltraumbedingungen vier Ziele:

  • Entwicklung neuer Diagnostikmethoden und Therapien in der Medizin
  • Erforschung grundlegender Lebensfunktionen 
  • Erweiterung der Horizonte in der Physik
  • Innovative Materialforschung

Bisherherige Forschungsmöglichkeiten in der Schwerelosigkeit, hinsichtlich regelmäßiger und kurzfristiger Verfügbarkeit, waren stark eingeschränkt und damit vor allem für die industrielle Forschung nicht attraktiv. Erst die Internationale Raumstation, die mit modernen Experimentieranlagen ausgerüstet ist, ermöglicht einen regelmäßigen und kurzfristig realisierbaren Experimentierbetrieb. 

Deutschland ist bei der Nutzung der Internationalen Raumstation ISS, eine der wichtigsten Nationen. Dies gilt besonders für den Bereich "Forschung unter Weltraumbedingungen", also für die Bio- und Materialwissenschaften. Die DLR Raumfahrtagentur in Bonn kooerdiniert alle deutschen Forschungsaktivitäten.

 André Kuipers trainiert mit dem Eye Tracking Device
zum Bild André Kuipers trainiert mit dem Eye Tracking Device

Neue Diagnostikmethoden und Therapien für die Medizin: Integrative Physiologie

Die Untersuchungen in Schwerelosigkeit an Astronauten liefern neue Erkenntnisse über das Zusammenspiel der verschiedenen Systeme des menschlichen Körpers, etwa der Muskeln und Knochen, des Herzens und Kreislaufs sowie des Immunsystems. Da die Veränderungen, die Astronauten in Schwerelosigkeit in wenigen Wochen oder Monaten erfahren, dem Alterungsprozess des Menschen ähneln, lassen sie sich gewissermaßen im Zeitraffer studieren. Im Gegensatz zum Alterungsprozess sind die Veränderungen beim Astronauten reversibel, so dass auch die Rückanpassung an die Schwerkraft auf der Erde untersucht werden kann. Dieses Wissen dient nicht nur der Gesunderhaltung der Astronauten, sondern fließt in die Diagnostik und Therapie kranker Menschen ein. So konnten durch die Forschung unter Weltraumbedingungen beispielsweise neuartige Therapien für die Behandlung von Osteoporose oder Instrumente zur Messung des Augeninnendrucks und der Augenbewegungen entwickelt werden.

Erforschung grundlegender Lebensfunktionen: Gravitations-, Strahlen- und Exobiologie

 Christer Fuglesang und Thomas Reiter tragen die europäischen Strahlungsdetektoren
zum Bild Christer Fuglesang und Thomas Reiter tragen die europäischen Strahlungsdetektoren

Da das Leben auf der Erde unter dem Einfluss der Schwerkraft abläuft, lässt sich deren Bedeutung für viele Funktionen des Lebens nur in Schwerelosigkeit erforschen. Wissenschaftler beobachten dabei, wie Organismen reagieren und wie biologische Vorgänge unter diesen Bedingungen ablaufen. Hieraus können sie Rückschlüsse über die Mechanismen der Wahrnehmung und Verarbeitung von Schwerkraft vom Einzeller bis zum Menschen ziehen (Gravitationsbiologie). Derartige Erkenntnisse sind von großer Bedeutung für die Grundlagenforschung, zum Beispiel für das Verständnis der Verarbeitung von Signalen ganz allgemein. Die Forschungsergebnisse in der Gravitationsbiologie helfen den Wissenschaftlern auch, biotechnologische Prozesse wie die Kristallisation von biologischen Makromolekülen besser zu verstehen. Sie bieten Hinweise auf die Entstehung, Verbreitung und Entwicklung des Lebens im Weltraum und auf unserem Heimatplaneten (Exobiologie).

Neben der Schwerelosigkeit ist der Weltraum durch ein besonderes Strahlenumfeld gekennzeichnet. Die Messung der verschiedenen Komponenten dieser Strahlung, vor allem aber die Analyse ihrer Auswirkungen auf Organismen sind Aufgaben, mit denen sich die Strahlenbiologie beschäftigt.

Beide Ziele, die Erforschung grundlegender Lebensfunktionen sowie die Entwicklung neuer Diagnostik- und Therapiemethoden für die Medizin, werden auch eine entscheidende Rolle spielen, wenn es darum geht, die grundlegenden Voraussetzungen für künftige Langzeitmissionen zu Mond und Mars zu schaffen.

Horizonterweiterung in der physikalischen Forschung

Mit Experimenten unter Schwerelosigkeit lassen sich grundlegende Erkenntnisse gewinnen, welche ansonsten nicht erreichbar wären. Dies trifft etwa bei den so genannten Plasmakristallen zu. Aufgrund der Schwerkraft lassen sich diese auf der Erde nur zweidimensional erzeugen. Unter Schwerelosigkeit können die Forscher auch dreidimensionale Kristalle untersuchen. Hierfür zeichnen sich langfristig auch praktische Anwendungen ab, etwa zur Beschichtung von elektronischen Mikrochips.

Innovative Materialforschung

Metallische und halbleitende Werkstoffe werden überwiegend aus dem flüssigen Zustand mittels schmelztechnischer Verfahren hergestellt. Schwerelosigkeit bietet durch das Ausschalten von Störkräften in der Schmelze entscheidende Vorteile, um die Wechselbeziehung zwischen Erstarrungsbedingungen, Werkstoffgefüge und den Eigenschaften eines Werkstoffs aufzuklären. Weiterhin lassen sich durch behälterfreie Verfahren in Schwerelosigkeit wichtige schmelzflüssige Eigenschaften, wie zum Beispiel Oberflächenspannung und Zähigkeit, wesentlich genauer bestimmen als in irdischen Labors. Solch präzise Daten sind wichtig für möglichst realitätsnahe Computersimulationen. Diese gewinnen in der Industrie stetig an Bedeutung und ermöglichen eine effiziente, energie- und damit umweltschonende Entwicklung neuer Werkstoffe.


Zuletzt geändert am: 24.02.2009 14:58:22 Uhr
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