Raumfahrt | 27. Juni 2022

Wunderbare Welt der Schwerkraft

Quelle: DLR (CC-BY 3.0)
Blick in das Columbus-Kontrollzentrum während der Wartungsarbeiten, die von der italienischen ESA-Astronautin Samantha Cristoforetti durchgeführt wurden.

Die Schwerkraft ist etwas „ganz Gravierendes“. Sie war immer da (zumindest, wenn man die Evolution des Lebens auf der Erde als Maßstab nimmt) und zwar wohl immer auch in der gleichen Stärke. Buchstäblich die ganze Welt ist daher an die Erdbeschleunigung von „1g“ gewöhnt, die dafür sorgt, dass eine Masse von einem Kilogramm sich als Kraft von etwa zehn Newton Richtung Erdmittelpunkt manifestiert.##markend##

Seit einigen Jahrzehnten haben wir inzwischen die Möglichkeit, die Schwerkraft auch einmal „auszuknipsen“, indem wir mit unseren Experimenten in den Weltraum gehen. Da können wir eine Laborsituation herstellen, die so wirkt, als würde es die Anziehung durch unseren Heimatplaneten nicht mehr geben. Viele Effekte, die unter Schwerelosigkeit auftreten, kennt heutzutage jeder: Flüssigkeiten formen sich zu Kugeln und fliegen wie Seifenblasen durch die Raumstation, Menschen können schweben, ein Salto ist gar kein Problem mehr.

Und trotzdem ist die Schwerelosigkeit immer noch ein sehr aktives Forschungsgebiet: Wir wollen wissen, wie das Leben an sich mittel- und langfristig mit der fehlenden Schwerkraft klar kommt – denn wenn wir – wie Elon Musk nicht müde wird zu betonen – langfristig eine „multiplanetare Spezies“ werden wollen, dann sollte uns klar sein, was das für Auswirkungen auf uns hat.

Teile diese Forschungsarbeiten passieren bei uns im Columbus-Labor der Internationalen Raumstation ISS, genauer gesagt, in unserem BIOLAB-Rack. Zentrale Komponenten hiervon sind die beiden großen Zentrifugen: In der Schwerelosigkeit des Weltalls lässt sich über eine Kreisbewegung und die hierbei auftretende Zentrifugalkraft künstliche Schwerkraft generieren – ein Prinzip, was im Großformat auch bei zukünftigen Raumstationen eine Möglichkeit wäre, für ihre Bewohner Schwerkraft zu erzeugen.

In BIOLAB lässt sich diese Möglichkeit zumindest im Kleinen nutzen: Zellkulturen, kleine Pflanzen, sogar kleine Tiere können in spezielle Experimentcontainer eingebracht und diese auf eine der BIOLAB-Zentrifugen montiert werden – und schon lässt sich Schwerkraft verschiedenster Stärke simulieren – die entstehende Zentrifugalkraft ist nämlich von der Drehgeschwindigkeit abhängig!

Quelle: NASA
Ausgebaute Zentrifugen des BIOLAB.

Für eine wissenschaftliche Fragestellung wie etwa: „Welche Auswirkung hat die Stärke der Schwerkraft auf die Richtungen, in denen sich bei einem Samenkorn die Wurzeln oder die Pflanzentriebe ausbilden?“ können dann unterschiedliche Datenpunkte bei unterschiedlicher Schwerkraftstärke gewonnen werden. Oder: Eine der beiden Zentrifugen simuliert Schwerkraft, die andere steht still: So kann sichergestellt werden, dass bis auf die Schwerkraft exakt die gleichen Experimentbedingungen herrschen.

BIOLAB bedeutet für uns am Columbus Control Center (Col-CC) immer MUSC, unser „Microgravity User Support Center“ in Köln, das immer dann involviert ist, wenn die Versuche beispielsweise in eine biologische Richtung gehen. MUSC ist für BIOLAB zuständig und somit auch für alle „preventive Maintenance“-Aktivitäten verantwortlich, die der BIOLAB-Hersteller definiert hat. Nach dem „Serviceheft“ dieses Racks stand nun der fünfjährig vorzunehmende Austausch der Antriebsriemen der beiden großen Zentrifugen an.

Quelle: DLR (CC-BY 3.0)
Die Wartungsarbeiten am BIOLAB werden aus dem Kontrollraum des MUSC gesteuert.

Damit war dann auch die italienische ESA-Astronautin Samantha Cristoforetti – ja, man kann sagen: einen ganzen Crew-Arbeitstag lang beschäftigt. Erst einmal: Platz schaffen: Nachdem jeder Freiraum als Stauraum genutzt wird, muss vor größeren Aktivitäten umgeräumt werden. Dann brauchte Sam mehrere Hände voll Werkzeuge: Drehmomentschlüssel, verschiedene „Nüsse“ und „Bits“, Schraubenzieher, Nasstücher, Taschenlampe, Klebeband, Stift, dann freilich die neuen Antriebsriemen und einiges „Gestänge“, um vor BIOLAB ein Schienensystem aufbauen zu können, auf welchem die beiden Zentrifugen dann herausgeschoben werden können. Für die Werkzeuge und sonstigen Teile waren wir am Col-CC zuständig: Unser COSMO (Columbus On-Orbit Stowage and Maintenance Officer) stellte die Listen zusammen, was alles benötigt wird und wo es auf der Raumstation zu finden ist.

Für die Arbeiten am Rack selbst waren dann die Kollegen vom MUSC „im Fahrersitz“: Sam musste erst einmal durch ein Inspektionsfenster verifizieren, dass im Inkubator, der die Zentrifugen enthält, alles wie erwartet ist: Zentrifugen bewegen sich nicht, keine Fremdkörper sichtbar, die da nicht hingehören. Dann konnte Sam den Inkubatorraum aufschrauben, danach das Schienensystem montieren und schließlich die Zentrifugen herausziehen. Um an die Antriebsriemen zu kommen, musste die Italienerin noch die „Life support modules“ abmontieren, über die die Experimentcontainer mit einer definierten Gasmischung versorgt werden können.  

Was Sam bereits während des Trainings in Köln wohlwollend aufgefallen war: Teile des Inkubators und der Zentrifugen sind auf spezielle Weise „Made in Italy“: Hier hat Ferrari Raumfahrtbeiträge geliefert...

Schließlich die Entfernung der alten Riemen und das Einfädeln der neuen – nicht einfach wegen der schieren Größe der Apparatur, der verschiedenen Führungsrollen und „Gurtstraffern“ – und dann das Zentrieren, sodass der Antriebsriemen sauber und leicht läuft und nirgends scheuert.

Dann wieder alles zusammenbauen, reinschieben, abmontieren, schließen...Alles konnte – trotz der Komplexität des Ganzen – erfolgreich durchgeführt und abgeschlossen werden. Damit ist BIOLAB wieder gerüstet für die nächsten fünf Jahre „Schwerkraftsimulation“.

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Über den Autor

Als Kind wollte Tom Uhlig Astronaut werden. Beim DLR kam er dabei seinem Traum sehr nahe: Er arbeitete als Columbus-Flugdirektor an der Konsole und leitete sowohl das Col-CC-Trainingsteam als auch Gruppe für den Betrieb von geostationären Satelliten bis Dezember 2016. zur Autorenseite