Raumfahrt

Rund 90 Prozent der Experimente für die deutsche Wissenschaft erfolgreich durchgeführt

Alexander Gerst – Mission "horizons": Halbzeit im All

Donnerstag, 27. September 2018

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  • Wie misst man sein Gewicht in Schwerelosigkeit?
    Wie misst man sein Gewicht in Schwerelosigkeit?

    Gar nicht so einfach, festzustellen, wie schwer man in Schwerelosigkeit ist, aber dennoch ist das Körpergewicht der Astronauten natürlich auch für die Wissenschaft auf der ISS eine relevante Größe. Alexander Gerst "wiegt" sich deshalb so: Der deutsche ESA-Astronaut klemmt sich auf eine Halterung am Ende einer Sprungfeder und wird dann geschüttelt. Mit der Schwingungsfrequenz kann dann seine Körpermasse bestimmt werden.

  • ICARUS: Von Tierverhalten mehr über unseren Planeten lernen
    ICARUS: Von Tierverhalten mehr über unseren Planeten lernen

    Der russische Kosmonaut Sergei Prokopjew bei seinem ersten Außenbordeinsatz am 15. August 2018 gemeinsam mit seinem Kollegen Oleg Artemjew am russischen Swesda-Modul der ISS: Prokopjew gehört zur aktuellen ISS-Expedition 56/57 und ist am 6. Juni 2018 zusammen mit dem deutschen ESA-Astronauten Alexander Gerst zur Internationalen Raumstation gestartet. Oleg Artemjew gehört zur ISS-Expedition 55/56 und ist schon seit dem 23. März 2018 auf der Raumstation.

  • DESIS: Hyperspektrales Erdbeobachtungsinstrument sendet erste Bilder
    DESIS: Hyperspektrales Erdbeobachtungsinstrument sendet erste Bilder

    Der deutsche ESA-Astronaut Alexander Gerst packte das Hyperspektralinstrument DESIS des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) aus und bereitete es auf die robotische Installation am 27. August 2018 vor.

  • Gute Zusammenarbeit zwischen Gerst und Roboter METERON%2dSUPVIS%2dJustin
    Gute Zusammenarbeit zwischen Gerst und Roboter METERON-SUPVIS-Justin

    Duo löst auch brenzlige Situationen: Der deutsche ESA-Astronaut Alexander Gerst steuerte mit einem PC-Tablet von der ISS aus den humanoiden Roboter METERON SUPVIS-Justin, der sich im Marslabor des DLR-Instituts für Robotik und Mechatronik bewegte. Der Astronaut konnte dabei intuitiv mit seinem Roboterkollegen interagieren und selbst die komplexen Aufgaben auch in unvorhergesehenen Situationen erfolgreich steuern. Unter anderem tauschte das Duo bei dem zweistündigen Experiment erfolgreich ein brennendes Stationsmodul aus.

  • FLUMIAS: Unter Schwerelosigkeit „live“ in Zellen schauen
    FLUMIAS: Unter Schwerelosigkeit „live“ in Zellen schauen

    FLUMIAS ist ein innovatives 3D-Fluoreszenzmikroskop und Technologiedemonstrator für sogenanntes „Live-Cell Imaging“ im Weltraum. Mit FLUMIAS können erstmals Vorgänge in lebenden Zellen unter Schwerelosigkeit beobachtet und Veränderungen direkt sichtbar gemacht werden.

  • Myotones: Muskeltonusmessungen in Schwerelosigkeit
    Myotones: Muskeltonusmessungen in Schwerelosigkeit

    MyotonPRO überwacht im Experiment Myotones erstmals die grundlegenden biomechanischen Eigenschaften der Skelettmuskulatur von Astronauten im Weltraum. Als tragbares Gerät in Größe eines Smartphones kann es bei den Raumfahrern an Bord der ISS Veränderungen der Muskulatur durch fehlende Schwerkraft ganz einfach nicht-invasiv untersuchen. So konnte am 19. Juni 2018 bei Alexander Gerst erstmals im Weltraum erfolgreich der Muskelstatus objektiv, schnell und einfach bestimmt werden.

  • Erfolgreiches Upgrade für EML, eine der größten und schwersten Experimentanlagen auf der ISS
    Erfolgreiches Upgrade für EML, eine der größten und schwersten Experimentanlagen auf der ISS

    Temperaturabhängige Eigenschaften der Schmelzen wie Viskosität, Oberflächenspannung, spezifische Wärme, thermische Ausdehnung und elektrische Leitfähigkeit der Proben werden mittels des Elektromagnetischen Levitators (EML) ermittelt. Dieser wurde im Auftrag des DLR Raumfahrtmanagements und der ESA entwickelt. Im Jahr 2014 wurde diese Anlage von Alexander Gerst im Columbus-Modul installiert und in Betrieb genommen.

  • Cold Atoms Lab: Eiskalt ist nicht kalt genug
    Cold Atoms Lab: Eiskalt ist nicht kalt genug

    Im Cold Atoms Lab können Wissenschaftler ultrakalte Atomwolken aus mehreren tausend Atomen in Schwerelosigkeit beobachten. Denn eiskalt ist in der Quantenphysik nicht kalt genug. Nur nahe am absoluten Temperaturnullpunkt bei -273,15 Grad Celsius herrschen die richtigen Bedingungen.

  • Der deutsche ESA-Astronaut Alexander Gerst forscht seit 112 Tagen auf der Internationalen Raumstation ISS.
  • Die Ergebnisse dieser Forschung schieben auf der Erde Innovationen an – auch in Deutschland. Während der horizons-Mission arbeiten 1000 Wissenschaftler, Ingenieure und Programmmanager in der ganzen Bundesrepublik an den 40 deutschen Experimenten.
  • Schwerpunkte: Raumfahrt, Digitalisierung, Industrie 4.0, Klimawandel

Der deutsche ESA-Astronaut Alexander Gerst umkreist seit dem 8. Juni 2018 die Erde an Bord der Internationalen Raumstation ISS. Auf der Agenda von Gerst, der NASA-Astronautin Serena Maria Auñón-Chancellor und dem russischen Kosmonauten Sergei Prokopjew standen jede Menge wissenschaftliche Experimente. Zur Halbzeit ihrer Mission hat die ISS-Crew 56-57 bereits 37 und damit gut 90 Prozent der deutschen Experimente erfolgreich durchgeführt. Die ISS bietet einzigartige Möglichkeiten, wissenschaftliche Fragestellungen in der Schwerelosigkeit und unter Weltraumbedingungen zu bearbeiten. Wissenschaftler und Ingenieure aus aller Welt nutzen das wissenschaftliche Labor 400 Kilometer über der Erde für ihre Forschungsfragen, vor allem in den Bereichen Umwelt, Gesundheit und Klimawandel. Alexander Gerst wird im zweiten Teil seiner sechsmonatigen Mission, ab dem 3. Oktober 2018, das Kommando auf der ISS übernehmen.
 
"Die horizons-Mission ist eine Erfolgsgeschichte - und das schon zur Halbzeit. Fast alle deutschen Experimente sind bereits durchgeführt worden oder laufen gerade auf der Raumstation. Diese Leistung des deutschen ESA-Astronauten Alexander Gerst und seiner US-amerikanischen und russischen Kollegen ist großartig. Sie wäre aber ohne die Crew am Boden nicht möglich. Wissenschaftler, Ingenieure und Projektmanager des DLR und der ESA haben an dieser Erfolgsgeschichte mitgeschrieben", betont Dr.-Ing. Walther Pelzer, DLR-Vorstand für das Raumfahrtmanagement und in dieser Funktion zuständig für die deutschen Beiträge zur horizons-Mission und zur ESA.

Bevor wissenschaftliche Experimente im All durchgeführt werden können, werden sie in langen Testphasen auf der Erde entwickelt und vorbereitet. Auf der ISS führen die Astronauten die im Vorfeld trainierten Experimente innerhalb eines straffen Zeitplans und mit viel persönlichem Engagement durch.

Prof. Hansjörg Dittus, DLR-Vorstand für die Bereiche Raumfahrtforschung und -technologie zum bisherigen Verlauf der Mission: "Die ISS ist ein einzigartiges Forschungslabor, das uns wichtige Daten und Erkenntnisse für aktuelle Forschungsfragen und globale Herausforderungen liefert. Ich freue mich sehr, dass die Astronauten im All und die Bodenteams in der ersten Missionshälfte eine so großartige Arbeit geleistet haben. Vielen Dank an Alexander Gerst, das Team der Mission 56-57, das Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum (GSOC) beim DLR in Oberpfaffenhofen und an die Teams von NASA und ESA."

ICARUS: Von Tierverhalten mehr über unseren Planeten lernen

ICARUS beobachtet Tierwanderungen weltweit. Winzige, an Tieren angebrachte Sender sammeln Informationen über deren Wanderverhalten und funken sie zu einer Antenne, die die Kosmonauten Sergei Prokopjew und Oleg Artemjew am 15. August 2018 mit einem Außenbordeinsatz am Swesda-Modul angebracht haben. Ein On-Board Computer (OBC-I), der Ende April im gleichen Modul installiert und inzwischen auch schon getestet wurde, verarbeitet die eingehenden Daten. "Eingetragen in eine Datenbank werden sie uns dabei helfen, Tiere zu schützen, unser Klima und die Ausbreitung von Krankheiten besser zu verstehen sowie nachhaltigere Landwirtschaft zu betreiben", betont ICARUS-Projektleiter im DLR Raumfahrtmanagement, Johannes Weppler.

Auf der Erde wurden gerade die ersten 100 Amseln mit den kleinen, fünf Gramm leichten Sendern ausgestattet. Später sollen die Sender nur noch ein Gramm wiegen - eine unvorstellbare Pionierleistung in der Miniaturisierung "made in Germany". Erste Daten dieser Tiere wird es dann relativ schnell geben, noch bevor weitere Tiere und andere Arten damit ausgestattet werden - in den ersten zwei Betriebsjahren mehrere Tausend Tiere, danach vielleicht zehntausend und mehr pro Jahr. Mehrere tausend Forscher werden zukünftig von den ICARUS-Daten profitieren und Naturvorgänge wie den Klimawandel, menschengemachte Umweltveränderungen sowie Veränderungen in Küstenzonen erforschen.

DESIS: Hyperspektrales Erdbeobachtungsinstrument sendet erste Bilder

DESIS (DLR Earth Sensing Imaging Spectrometers) ist weltweit leistungsfähigste hyperspektrale Erdbeobachtungsinstrument im All. Nach dem Start Ende Juni wurde das Spektrometer Ende August vom deutschen Astronauten Alexander Gerst ausgepackt und in der Luftschleuse positioniert. Mit dem Roboterarm - gesteuert vom NASA Kontrollzentrum Houston - wurde danach das etwa kühlschrankgroße Instrument auf der Plattform MUSES (Multiple User System for Earth Sensing) Ende August an der Außenseite der ISS installiert. DESIS ist ein hyperspektrales Sensorsystem, das Bilddaten mit 235 eng nebeneinander liegenden Kanälen vom visuellen bis zum infraroten Spektrum (zwischen 400 und 1000 Nanometer) mit einer geometrischen Oberflächenauflösung von 30 Metern im 400-km-Orbit der ISS aufnehmen kann. Diese Daten ermöglichen es den Wissenschaftlern, Veränderungen im Ökosystem der Erdoberfläche wahrzunehmen. Anhand der gewonnenen Informationen können sie den Gesundheitszustand von Wäldern oder landwirtschaftlichen Flächen beurteilen und somit Ertragsprognosen treffen.

"Wir sind sehr glücklich, dass Start, Installation und auch die Inbetriebnahme von DESIS bislang reibungslos funktioniert haben. Es ist schließlich das erste Mal, dass die Plattform-Idee an der ISS in die Praxis umgesetzt wird. Wir können bereits jetzt, einen Monat früher als erwartet, erste Bilder empfangen und auswerten", sagt Uwe Knodt, Gesamtprojektleiter DESIS. Der hyperspektrale Sensor ist ein Gemeinschaftsprojekt des DLR und dem amerikanischen Industrieunternehmen Teledyne Brown Engineering (TBE), dem auch die Erdbeobachtungsplattform MUSES (Multiple User System for Earth Sensing) gehört. Im Rahmen dieser Kooperation soll DESIS dem DLR Daten für wissenschaftliche Zwecke liefern, während TBE den kommerziellen Vertrieb der Hyperspektraldaten übernimmt. Erste Bilder werden auf einer Pressekonferenz am 2. Oktober 2018 auf dem IAC (International Astronautical Congress) in Bremen vorgestellt.

Gute Zusammenarbeit zwischen Gerst und Roboter METERON-SUPVIS Justin

Vor allem bei Explorationsaufgaben spielen intelligente Roboter in der Raumfahrt eine immer größere Rolle. In einem erfolgreichen Experiment von METERON SUPVIS Justin am 17. August 2018 konnte Alexander Gerst zeigen, dass Roboter den Menschen auch in unterwarteten Situationen unterstützen können. Diese Fähigkeit intelligenter Roboter wird in Zukunft bei der Erforschung des Sonnensystems und beim Aufbau von Mond- oder Marsbasen eine große Rolle spielen. Mit einem Tablet-PC konnte der Astronaut den DLR-Roboter Justin von der ISS aus fernsteuern. Justin befand sich auf der Erde im Marslabor des DLR Instituts für Robotik und Mechatronik. Für ein möglichst realistisches Szenario waren Alexander Gerst und der Roboter auf sich gestellt und führten ihren Auftrag weitgehend ohne Kontakt zur Bodencrew aus. Der Astronaut konnte dabei intuitiv mit seinem Roboterkollegen interagieren und komplexe Aufgaben selbst in unvorhergesehenen Situationen erfolgreich bewältigen. Unter anderem tauschte Gerst bei dem zweistündigen Experiment erfolgreich ein brennendes Bauteil aus.

"Mit den Experimenten wollten wir zeigen, dass in der Raumfahrt robotische Co-Worker auf fernen Planeten oder dem Mond eingesetzt werden können. Sie können uns zum Beispiel helfen Kolonien im Weltall aufzubauen. Für eine möglichst intuitive Steuerung entwickeln wir unsere Bedienkonzepte und Technologien kontinuierlich weiter", beschreibt Principal Investigator (PI) Dr. Neal Y. Lii vom DLR-Institut für Robotik und Mechatronik. Das METERON SUPVIS Justin-Experiment ist eine Kooperation zwischen dem DLR und der Europäischen Weltraumorganisation ESA. Unterstützt wurden die Aktivitäten vom European Astronaut Centre in Köln, der Danish Aerospace und dem Columbus-Kontrollzentrum, das zum Deutschen Raumfahrtkontrollzentrum (GSOC) am DLR-Standort in Oberpfaffenhofen gehört.

FLUMIAS: Unter Schwerelosigkeit "live" in Zellen schauen

FLUMIAS ist ein innovatives 3D-Fluoreszenzmikroskop und Technologiedemonstrator für sogenanntes "Live-Cell Imaging" im Weltraum. "Mit FLUMIAS können erstmals Vorgänge in lebenden Zellen unter Schwerelosigkeit beobachtet und Veränderungen direkt sichtbar gemacht werden. Das Mikroskop gibt den Wissenschaftlern völlig neue Einblicke in menschliches Gewebe, Zellkulturen, Mikroorganismen und Pflanzen, die uns durch diesen technischen Fortschritt dabei helfen sollen, die Ursachen globaler Gesundheitsprobleme auf der Erde zu erkennen und zu therapieren", erklärt FLUMIAS-Projektleiterin im DLR Raumfahrtmanagement Dr. Catharina Carstens.
 
FLUMIAS ist - beladen mit menschlichen Makrophagen - am 2. Juli 2018 mit der Dragon-Kapsel der SpaceX CRS-15 Mission auf der ISS angekommen. Nach dem Einbau in das "TangoLab-2" am 3. Juli 2018 im US-amerikanischen Destiny-Modul der ISS ist das Mikroskop zehn Tage lang dort oben gelaufen und hat in dieser Zeit insgesamt 1,2 Terabyte Daten von fixierten - also chemisch stabilisierten - und von lebende Zellen erzeugt. Nach vier Wochen wurde FLUMIAS zurück in die Dragon-Kapsel geladen und landete Anfang August wieder auf der Erde. Anschließend wurde das Mikroskop von Houston zurück zu Airbus nach Friedrichshafen verschickt. Die großen Datenmengen werden zurzeit vom Mikroskophersteller TILL I.D. aufbereitet und von den Wissenschaftlern der Universität Magdeburg ausgewertet. Diese erfolgreiche Technologiedemonstration hat den Weg für ein größeres Fluoreszenzmikroskop mit viel mehr Funktionen und einer Zentrifuge geebnet, das hoffentlich sehr bald an Bord der ISS seine Arbeit aufnehmen wird.

Myotones: Muskeltonusmessungen in Schwerelosigkeit

Am 2. April 2018 ist ein besonderes Gerät mit dem Raumtransporter SpaceX CRS-14 zur Internationalen Raumstation ISS aufgebrochen: "MyotonPRO überwacht im Experiment Myotones erstmals die grundlegenden biomechanischen Eigenschaften der Skelettmuskulatur von Astronauten im Weltraum. Als tragbares Gerät in Größe eines Smartphones kann es bei den Raumfahrern an Bord der ISS Veränderungen der Muskulatur durch fehlende Schwerkraft ganz einfach nicht-invasiv untersuchen", erklärt Myotones-Projektleiter im DLR Raumfahrtmanagement, Dr. Christian Rogon. Hierzu misst MyotonPRO die passiven Eigenschaften der oberflächennahen Skelettmuskulatur in ähnlicher Weise, wie der Arzt durch Abtasten der entspannten Muskeln Verspannungen und Verhärtungen untersucht. Es setzt einen kurzen mechanischen Impuls auf die Hautoberfläche und misst dann die Oszillation des darunter liegenden Muskels digital.

Die Daten geben dann präzise Auskunft über die Elastizität, die Steifheit und den Tonus des untersuchten Muskels im Ruhezustand. So konnte am 19. Juni 2018 bei Alexander Gerst erstmals im Weltraum erfolgreich der Muskelstatus objektiv, schnell und einfach bestimmt werden. Weiter ging es mit dem deutschen ESA-Astronauten am 6. Juli 2018 - Muskelmessung inklusive Blutabnahme und Ultraschall-Untersuchung. Weitere Messungen bei Alexander Gerst werden am 29. Oktober 2018 und am 5. Dezember 2018 erfolgen. Danach bleibt MyotonPRO an Bord der ISS und weitere Astronauten werden es nutzen, um Messungen vorzunehmen. Auf der Erde werden die Myotones-Erkenntnisse genutzt, um Rehabilitations- und Trainingsprogramme als Maßnahmen gegen Muskel- und Knochenschwund zu verbessern und gleichzeitig die Trainingserfolge im Fitness- und Leistungssport zu bewerten.

Erfolgreiches Upgrade für EML, eine der größten und schwersten Experimentanlagen auf der ISS

 Insgesamt fünf Stunden lang arbeitete der Astronaut Andrew Feustel Anfang September um eine neue Video-Steuerungselektronik für den elektromagnetischen Levitator (EML) im Columbus Labor einzubauen. EML ist eine Anlage für wichtige Grundlagenexperimente der Materialphysik und kann Eigenschaften von Metall- und Legierungsschmelzen wie zum Beispiel Viskosität und Oberflächenspannung in der Schwerelosigkeit untersuchen. Mit dem Upgrade baute der Astronaut eine überarbeitete Elektronik zur Bedienung der Hochgeschwindigkeitskamera ein. Die großen Datenmengen, die zur Aufzeichnung der schnellen Prozesse bei den schwebenden, flüssigen Metallproben anfallen, können mit diesem Hard- und Software-Upgrade zirka 10-mal schneller auf die Festplatte der Steuer- und Daten-Elektronik geladen werden.

Seitdem Update kann Julianna Schmitz vom DLR-Institut für Materialphysik im Weltraum in ihren Experiment-Nächten sehr viel effizienter arbeiten. Die EML-Experimente werden von der Erde aus gesteuert und bei Nacht durchgeführt, denn sie sind so empfindlich gegenüber der Mikrogravitation auf der ISS, dass die Ruhephasen der Astronauten genutzt werden. Als Experimentbetreuerin sendet sie die Kommandos gemeinsam mit dem Team des DLR-Nutzerzentrums für Weltraumexperimente (MUSC) zur ISS. "Jetzt können wir - nach einer kurzen Planungsphase - die nächste Versuchsreihe starten. Leerlaufzeiten haben wir nur noch, wenn es gerade keinen Empfang zwischen Bodenstation und ISS gibt, in den sogenannten "Loss of Signal"-Phasen", beschreibt Schmitz die Vorteile des Upgrades. Entwicklung und Bau der EML-Anlage wurde im Auftrag des DLR-Raumfahrtmanagements (RFM) und der ESA beauftragt und finanziert. Das DLR-Institut für Materialphysik im Weltraum führt die Experimente gemeinsam mit dem MUSC durch, an den Forschungsarbeiten sind unter anderem das Institut selbst, das ACCESS Institut in Aachen, das IFW in Dresden sowie die Universitäten Göttingen, Ulm und Jena beteiligt.

Cold Atoms Lab: Eiskalt ist nicht kalt genug

Das Cold Atoms Lab (CAL) ist eine ganz besondere Anlage auf der Internationalen Raumstation ISS. "Im Cold Atoms Lab können Wissenschaftler ultrakalte Atomwolken aus mehreren tausend Atomen in Schwerelosigkeit beobachten. Denn eiskalt ist in der Quantenphysik nicht kalt genug. Nur nahe am absoluten Temperaturnullpunkt bei -273,15 Grad Celsius herrschen die richtigen Bedingungen, um einen quantenphysikalischen Tsunami auszulösen - ein sogenanntes Bose-Einstein-Kondensat (BEC)", erklärt CAL-Projektleiter im Raumfahrtmanagement Dr. Rainer Forke. Kleinste Materieobjekte - wie etwa Atome und Moleküle - führen hier ein geheimnisvolles Doppelleben: Sie verhalten sich einerseits wie ein Teilchen und andererseits wie eine elektromagnetische Welle. Ähnlich wie im Ozean dehnen sie sich bei sinkender Temperatur immer weiter aus, bis sie sich schließlich gegenseitig überlagern. Aus Tausenden einzelner dieser Materiewellen wird ein einziger, großer zusammenhängender Quanten-Tsunami - das BEC.

Da die einzelnen Atome in dieser Riesenwelle gewissermaßen im Takt schwingen und sich dabei wie ein einziges Riesenatom verhalten, ist ein makroskopisches, millimetergroßes Quantensystem entstanden. Genau diese Systeme untersucht Cold Atoms Lab gerade auf der ISS. Denn nur hier in Schwerelosigkeit herrschen ideale Bedingungen, um ein solches Quantensystem lange genug aufrecht zu erhalten. Bis es im Weltraum endlich losging, hatte die Anlage allerdings einen langen Weg hinter sich. Sie wurde von 2012 bis 2018 im Auftrag der NASA beim Jet Propulsion Laboratory in Pasadena entwickelt, ehe sie ihre Reise zur ISS am 21. Mai 2018 mit dem Raumtransporter Cygnus OA-9 begann. Drei Tage später kam CAL dort oben an und wurde anschließend in ein Express Rack im US-amerikanischen Modul Destiny eingebaut. Ende August 2018 wurde die Kalibrierung vorerst abgeschlossen, so dass ab September endlich die ersten Experimente verschiedener Wissenschaftler - auch aus Deutschland - anlaufen konnten. Dank CAL sollen irdische Entwicklungen verbessert werden - zum Beispiel die weltweite Frequenzübertragung, Zeitmessung und Navigation sowie die Kartierung von Bodenschätzen.

 

Zuletzt geändert am:
28.09.2018 10:58:07 Uhr

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Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

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Dorothee Bürkle
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Volker Schmid
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

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