Quelle: ESA 15. Oktober 2023.

15. Oktober 2023 – Das Europäische Astronautenzentrum (EAC) verfügt über ein 10 Meter tiefes Wasserbecken mit 3,7 Millionen Litern Wasser. Dieser Pool dient als simulierte Umgebung für das erste Training von Außenbordeinsätzen und bietet genug Platz, um eine Nachbildung des Columbus-Moduls abzutauchen.

Columbus ist der größte Einzelbeitrag der ESA zur Internationalen Raumstation und bietet europäischen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern uneingeschränkten Zugang zur Durchführung von Experimenten in einer schwerelosen Umgebung. Es bietet Platz für zehn Nutzlastracks, die separate Labore zur Unterstützung der Forschung beherbergen.

Da Außenbordeinsätze auf der Erde nicht unter echten Weltraumbedingungen geübt werden können, ist die Simulation der Schwerelosigkeit unter Wasser ein wichtiger Aspekt der Ausbildung von Astronautinnen und Astronauten.

Während ihrer Ausbildung lernen sie grundlegende Konzepte und Fertigkeiten, wie z. B. das Festmachen an der Station, den Umgang mit Spezialwerkzeugen, die Kommunikation mit den Besatzungsmitgliedern und dem Kontrollraum sowie die Aufrechterhaltung des Situationsbewusstseins in einer komplexen und schwierigen Umgebung.

In diesem Jahr, in dem fünf neu ausgewählte Astronautenkandidatinnen und -kandidaten ihre Grundausbildung am EAC begonnen haben, ist der Tank für die Tauchausbildung und -zertifizierung, die der erste Schritt zum Training für Außenbordeinsätze unter Wasser ist, voll im Einsatz.

ESA-Astronaut Andreas Mogensen wird dieses Training bei seinem ersten Außeneinsatz in die Tat umsetzen. Er lebt und arbeitet derzeit auf der Raumstation für seine sechsmonatige Huginn-Mission.
Während seines geplanten Außenbordeinsatzes wird er die Raumstation zusammen mit der NASA-Astronautin Loral O’Hara verlassen. Mogensen, der derzeit als Kommandant der Station fungiert, wird eine neue hochauflösende Kamera installieren, während er an einem der Roboterarme der Station, Canadarm2, gesichert ist. Die beiden werden auch ein neues Werkzeug zum Anschließen und Trennen von Kabeln an das Alpha-Magnetspektrometer (AMS-02) prüfen.

Weitere Informationen über den geplanten Außenbordeinsatz von Andreas Mogensen finden Sie hier.

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• ESA

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Quelle: FH Aachen.

19. Januar 2022 – Beispielsweise werden Weltraumteleskope, wie „Hubble“ im Jahr 1990, mit einer Rakete in den Kosmos geschickt, um noch weiter entfernte Galaxien zu entdecken und so mehr über das frühe Universum zu lernen. Hubble sucht seitdem in der Dunkelheit des Universums nach Lichtquellen, vorrangig im sichtbaren und UV- Strahlungsbereich, aber auch im nahen Infrarotbereich. Es lieferte dadurch in den letzten dreißig Jahren Millionen Fotos von Planeten in unserem Sonnensystem, Sternen, Galaxien sowie noch exotischeren Objekten. Bis zu 13 Milliarden Lichtjahre tief kann Hubble dabei in den Weltraum schauen und bietet einzigartige Einblicke in die Vergangenheit des Kosmos.

Jetzt wird Hubble von seinem Nachfolger, dem James-Webb-Weltraumteleskop, abgelöst. Das neue Teleskop ist im Gegensatz zu Hubble auf Infrarotstrahlung spezialisiert und kann damit noch weiter entfernte Objekte erkennen, weil das Licht dieser Objekte aufgrund ihrer großen Entfernung und der Ausdehnung des Universums nur noch als infrarote Wärmestrahlung bei uns ankommt.

Kooperation der RWTH und FH Aachen
An den Aachener Hochschulen RWTH und FH Aachen werden Pläne für ein noch größeres Weltraum-Forschungsinstrument entwickelt: Im Gegensatz zu Hubble oder James-Webb geht es bei diesem Modell aber nicht um die Suche nach Licht, sondern um die Untersuchung von kosmischen Teilchen. Unter der Projektleitung von Prof. Dr. Stefan Schael der RWTH Aachen arbeiten unter anderem zwei Forscher der FH Aachen, Prof. Dr. Markus Czupalla und Prof. Dr. Bernd Dachwald, an einem neuen Modell eines Alpha-Magnet-Spektrometers.

Blick in die Vergangenheit
Teleskope wie Hubble oder das James-Webb suchen im Weltraum nach der Lichtstrahlung von Planeten, Sternen und Galaxien. Deren Licht benötigt die Zeit ihrer Entfernung in Lichtjahren, bis es von Teleskopen in unserem Sonnensystem wahrgenommen werden kann, also bis zu 13 Milliarden Jahre. Daher bieten diese Forschungsinstrumente einen Blick in die Vergangenheit, und je größer die Auflösung und der Spektralbereich der jeweiligen Teleskope ist, desto tiefer können sie in unser Universum blicken. Das James-Webb-Teleskop ist dabei das bisher ambitionierteste astronomische Projekt der Raumfahrt. Der Hauptspiegel des Forschungsinstruments hat einen Durchmesser von 6,5 Metern und eine Fläche von knapp 25 Quadratmetern. Der Spiegel bietet durch seine einzigartige Größe eine bisher noch nie da gewesene Qualität der Bilder und gleichzeitig eine hohe Sensitivität für Infrarotlicht. Mit dieser Ausstattung ist das James-Webb-Teleskop das größte aller Zeiten. Knapp drei Jahrzehnte lang haben die Forscherinnen und Forscher das Teleskop entwickelt und es allen erdenklichen Tests unterzogen.

Das James-Webb-Teleskop – nicht nur die Größe ist einzigartig
Prof. Dr. Markus Czupalla vom Fachbereich Luft- und Raumfahrttechnik der FH Aachen kennt die Herausforderungen bei der Entwicklung solcher Weltraumteleskope: „Ein großes Risiko für eine solche Mission ist der Raketenstart und die Inbetriebnahme im Orbit. Selbst wenn der Start erfolgreich ist, sind die beweglichen Komponenten beim James-Webb-Teleskop eine Herausforderung.“ Insgesamt 178 Auslösemechanismen mussten im Weltraum funktionieren, damit das James-Webb-Teleskop seine Arbeit aufnehmen kann, denn die Ingenieurinnen und Ingenieure mussten das Teleskop faltbar konstruieren, weil es durch die ungewöhnliche Größe in keine Rakete passt.

„Alles, was sich bewegt, birgt ein Risiko“, erklärt Prof. Czupalla, „anders als beim Hubble kann niemand dem Teleskop helfen, wenn die Technik versagt“. Hubble war in einem Orbit, der für die Astronauten mit dem Space Shuttle gerade noch erreichbar war, und konnte somit gewartet werden. Das James-Webb-Teleskop dagegen ist viel weiter entfernt von der Erde platziert, um von der thermischen Strahlung der Erde und dem reflektierten Sonnenlicht möglichst geschützt zu sein. Dieser Punkt liegt auf der Verbindungslinie von Erde und Sonne und befindet sich 1,5 Millionen Kilometer entfernt von unserem Planeten, auf der sonnenabgewandten Seite – dem sogenannten Lagrange-Punkt L2. Auch das unter der Leitung von Prof. Schael geplante Alpha-Magnet-Spektrometer soll wie das James-Webb-Teleskop in einen Orbit am Punkt-L2 platziert werden. Der Analyse der komplexen Orbits um den Punkt-L2 für das Forschungsprojekt widmet sich Prof. Dr. Bernd Dachwald in seiner raumflugdynamischen Forschung der FH Aachen.

Vorbild für FH-Forschung
Während das James-Webb-Teleskop die Infrarotstrahlung im Kosmos misst, sind Magnet-Spektrometer Teilchendetektoren. Das bedeutet: Sie untersuchen die Zusammensetzung von kosmischer Strahlung, wie sie in kosmologischen Modellen vorkommt und unter anderem als Relikt aus den Anfängen des Universums erwartet wird. Das neue Alpha-Magnet-Spektrometer „AMS-100“ soll der Nachfolger von AMS-02 werden, das derzeit auf der Internationalen Raumstation betrieben wird. AMS-100 wird in Kooperation der RWTH Aachen mit der FH Aachen sowie weiteren Partnern entwickelt.

Die Aufgabe von AMS-100
Kurz nach dem Urknall bestand das Universum nur aus Energie, die sich nach Einsteins berühmter Formel E = mc² in Materie umwandelte. Energie hat aber keine Ladung, daher wurde in diesen Prozessen genau so viel Materie wie Anti- Materie produziert. Das uns umgebende Universum besteht aber nur aus Materie. Was ist also mit der Anti-Materie nach dem Urknall passiert? Sind eventuell noch leichte Anti-Materie-Kerne, wie Anti-Helium in der kosmischen Strahlung vorhanden? Diese Fragen möchten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit dem Forschungsprojekt AMS-100 beantworten.

Bis jetzt wurde Antimaterie nur in Experimenten in Teilchenbeschleunigern, wie CERN, erzeugt. Prof. Schael und sein Team möchten jedoch einen Nachweis für Anti-Helium in der Natur – in unserem Kosmos – aufspüren. Momentan ist kein Spektrometer empfindlich genug, um den Nachweis zu erbringen. AMS-100 soll das nun ändern. Sollte das Teleskop einen Nachweis für Anti-Helium finden, würde es den Blick der Wissenschaft auf unser Universum verändern und maßgeblich zum Verständnis des Anfangs von unserem Universum beitragen.

Theorie und Praxis – ein Zusammenspiel
Prof. Czupalla befasst sich derzeit mit einer Möglichkeit zur raumfahrttechnischen Umsetzung des Forschungsprojekts: „Wir arbeiten an ähnlichen Problemen wie die Ingenieurinnen und Ingenieure vom James-Webb- Teleskop. Die Forschung zu James-Webb bietet daher für uns eine wissenschaftliche und technische Grundlage.“

Einer der vielen Herausforderungen für Prof. Czupalla liegt darin, den supraleitenden Magneten im Inneren von AMS-100 auf unter -220° C zu kühlen. Auch die Temperatur der Teilchendetektoren im inneren des Magneten ist entscheidend für eine erfolgreiche Forschungsmission. Diese muss konstant – 100° C betragen, um nicht zu viel Wärme an den supraleitenden Magneten abzugeben.

„Aus diesem Grund müssen wir, ähnlich wie bei James-Webb, einen Sonnenschild vor den Detektor von AMS-100 bauen. Außerdem benötigen wir einen großen entfaltbaren Radiator, der dafür sorgt, dass die überflüssige Wärme des Instruments in den Weltraum abgegeben wird. Denn anders als man vielleicht denken mag, ist es nicht so einfach, ein Gerät im All kontinuierlich so kalt zu halten“, erklärt Prof. Czupalla.

Theoretische Vorarbeit für langfristigen Erfolg
Bisher arbeiten Prof. Czupalla und Prof. Dachwald nur mit ihren Studierenden an dem Forschungsprojekt AMS-100: „Alle derzeit notwenigen Berechnungen und theoretischen Vorarbeiten finden in Zusammenarbeit mit Studierenden statt, um die prinzipielle technologische Machbarkeit zu demonstrieren und dann unser Projekt den Raumfahrtbehörden vorstellen zu können. Wenn wir eine Projektförderung erhalten, können wir ein Forschungsteam aufbauen“, so Prof. Czupalla. Die FH-Forscher sind dabei optimistisch, denn die Berechnungen zeigen, dass die Umsetzung des Weltraumteleskops AMS-100 wohl möglich ist, auch wenn viele einzigartige Lösungsansätze erforderlich sein werden. „Aber es ist genau diese Art von Herausforderungen, die mich an der Raumfahrt begeistern“, sagt Prof. Czupalla.

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• Alpha-Magnet-Spektrometer AMS-02

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Quelle: ESA.

Parmitano und seine Mannschaftsmitglieder, der NASA-Astronaut Andrew Morgan und der russische Kosmonaut Alexander Skworzow, starteten am 20. Juli 2019 um 18.28 Uhr MESZ vom Kosmodrom in Baikonur aus und dockten nach einem sechsstündigen Flug an Bord ihrer Sojus MS-13 am 21. Juli um 0.48 Uhr MESZ an der ISS an. Nach einer gründlichen Überprüfung der Dichtungen konnten die NASA-Astronauten Christina Koch und Nick Hague sowie der russische Kosmonaut und derzeitige ISS-Kommandant Alexej Owtschinin die neuen Mannschaftmitglieder um 03.04 Uhr MESZ schließlich an Bord willkommen heißen.

In den kommenden sechs Monaten wird Parmitano die Durchführung von mehr als 50 europäischen und 200 internationalen Experimenten unterstützen. Hierzu gehören z. B. Untersuchungen, wie sich die Schwerelosigkeit auf bestimmte Aspekte des menschlichen Körpers auswirkt oder wie Astronauten Roboter zur Exploration des Mondes fernsteuern könnten.

Mit dem Rückflug des Kosmonauten Owtschinin zur Erde bzw. der Beendigung der Expedition 60 wird Parmitano im Herbst auch die Rolle des ISS-Kommandanten für die anschließende Expedition 61 übernehmen, womit nach den ESA-Astronauten Frank De Winne (2009) und Alexander Gerst (2018) zum dritten Mal ein europäischer Astronaut und zum ersten Mal ein italienischer ESA-Astronaut diese Funktion innehaben wird.

Für De Winne, heute Leiter des Astronautenzentrums der ESA in Köln, beweist Parmitanos Ernennung zum ISS-Kommandanten die Anerkennung der Rolle der ESA im Kreise der internationalen Raumfahrtagenturen: „Wir sind verlässlich und man verlässt sich auf uns“, so De Winne. „Und das nicht nur bei dem Gerät, das wir liefern, sei es für die Raumstation oder das neue Service-Modul für das Raumfahrzeug Orion, sondern auch bei der Organisation der Mannschaftstätigkeiten an Bord. Ich denke, die Investitionen der ESA-Mitgliedstaaten haben hier zu sehr bemerkenswerten Resultaten geführt.“

Den Mond im Blick
Angesichts von Parmitanos Starttermin genau 50 Jahre nach der ersten Apollo-Mondlandung erscheint es nur logisch, dass er Experimente durchführen wird, die den Weg für künftige Weltraumexplorationsvorhaben ebnen sollen.

Zu diesen Experimenten zählt beispielsweise BioRock. Es soll Wissenschaftlern helfen zu verstehen, ob für den biologischen Abbau von Substanzen auf der Erde eingesetzte Mikroben ihre Arbeit auch auf anderen Himmelskörpern verrichten könnten und wie sich Bakterienstämme auf Gesteinen im Weltraum vermehren.

Darüber hinaus wird Parmitano das Life Support Rack der ESA erproben und nutzen, mit dem Kohlendioxyd in zum Atmen nutzbaren Sauerstoff umgewandelt werden kann. Dieses Gerät ist Teil der von der ESA anvisierten Fähigkeit, Astronauten unabhängig vom Planeten Erde im All dauerhaft überlebensfähig zu machen. Parmitano wird ferner von der ISS aus einen auf der Erde befindlichen Rover bedienen, um Fernsteuerungsfunktionen zu testen, die auch auf dem Mond zum Einsatz kommen könnten.

Die Ergebnisse dieser Experimente werden in den Beitrag der ESA zum Lunar Gateway und zur Mondmission Heracles einfließen, die im Rahmen von Gemeinschaftsvorhaben mit ihren internationalen Partnern verwirklicht werden sollen.

„Der heutige Flug ist auch Teil unserer künftigen Reise in Richtung Mond“, verkündete ESA-Generaldirektor Jan Wörner. „Wir freuen uns gemeinsam mit unseren internationalen Partnern darauf, Mitglieder einer neuen Generation von Entdeckern des Weltraums zu werden und allen unseren Mitgliedstaaten Forschungsmöglichkeiten und einen Zugang zum Weltraum eröffnen zu können.“

Ausstieg in den Weltraum
Luca Parmitano hat sich auch auf Außenbordeinsätze vorbereitet, bei denen er mit Teams am Boden zusammengearbeitet hat, die neue Verfahren und Werkzeuge zur Reparatur des Alpha-Magnetspektrometers (AMS-02) entwickelt haben.

Bei dem im Jahr 2011 an der Außenseite der Raumstation angebrachten AMS-02 handelt es sich um einen Teilchenphysik-Detektor zur Erfassung kosmischer Strahlung, von dem sich Wissenschaftler einen Beitrag zum Verständnis der dunklen Materie sowie der Antimaterie erhoffen. Das Spektrometer war ursprünglich nur für eine dreijährige Nutzung im Weltraum ausgelegt, arbeitete jedoch so reibungslos, dass sein Einsatz verlängert wurde. Allerdings müssen hierfür drei seiner vier Kühlpumpen bei einem anspruchsvollen Außenbordeinsatz repariert werden.

Beyond – über den derzeitigen Horizont hinaus
Parmitanos Mission „Beyond“ ist Teil der langfristigen Vision der ESA, die eine erstmalige Entsendung europäischer Astronauten über die Erdumlaufbahn hinaus vorsieht und Europa als Schlüsselpartner bei der bemannten Exploration des Sonnensystems etablieren will.

Ziel der ESA ist es, in Zusammenarbeit mit internationalen Partnern allen Bürgern in Europa zu neuen Erkenntnissen, Innovationen und Inspirationen zu verhelfen und Wissenschaftlern mit neuen ISS-Einrichtungen, wie etwa dem 2018 im Columbus-Modul eingerichteten Dienst für internationale kommerzielle Experimente (ICE Cubes), den Zugang zu Forschungsmöglichkeiten zu erleichtern.

„Die Erfahrungen, die wir heute in der niedrigen Erdumlaufbahn gewinnen, werden es der nächsten Generation ermöglichen, bei ihren fortlaufenden Entdeckungen noch weiter vorzustoßen. Wenn wir erneut zum Mond und darüber hinaus bis zum Mars fliegen wollen, müssen wir wissen, wie wir in diesen anderen Welten überleben und arbeiten können. Auf dem Weg dahin stellt die Internationale Raumstation einen wichtige Etappe dar“, so Parmitano.

Live-Schaltung zu Parmitano und Aktuelles zu seiner Mission
Die erste europäische Pressekonferenz mit einer Live-Schaltung zu Luca Parmitano auf der ISS ist am 29. Juli im Museo Nazionale della Scienza e della Tecnologia „Leonardo da Vinci“ in Mailand geplant. Sie steht europäischen Medienvertretern offen und wird live übertragen.

Weitere aktuelle Online-Meldungen zur Mission „Beyond“ werden auf folgender Webseite veröffentlicht: Luca Parmitano

Dort kann auch der Podcast „ESA explores“ mit aktuellen Meldungen und Interviews mit Astronauten-Experten zur gesamten Mission abgerufen werden.

Über die ESA
Die Europäische Weltraumorganisation (ESA), Europas Tor zum Weltraum, ist eine 1975 gegründete zwischenstaatliche Organisation, deren Aufgabe darin besteht, europäische Raumfahrtkapazitäten zu entwickeln und sicherzustellen, dass die Investitionen in die Raumfahrt den Bürgern in Europa und anderswo zugutekommen.

Die ESA hat 22 Mitgliedstaaten: Belgien, Dänemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Italien, Luxemburg, die Niederlande, Norwegen, Österreich, Polen, Portugal, Rumänien, Schweden, die Schweiz, Spanien, die Tschechische Republik, Ungarn und das Vereinigte Königreich. Slowenien ist assoziiertes Mitglied.

Außerdem arbeitet die ESA förmlich mit sechs EU-Mitgliedstaaten zusammen. Im Rahmen eines Kooperationsabkommens nimmt auch Kanada an bestimmten ESA-Programmen teil.

Dank der Koordinierung der Finanzressourcen und Kompetenzen ihrer Mitgliedstaaten kann die ESA Programme und Tätigkeiten durchführen, die weit über die Möglichkeiten eines einzelnen europäischen Landes hinausgehen. Des Weiteren arbeitet sie eng mit der EU bei der Verwirklichung der Programme Galileo und Copernicus und mit EUMETSAT bei der Entwicklung von Meteorologiemissionen zusammen.

Die ESA entwickelt Raumfahrzeugträger, Satelliten und Bodenanlagen, um sicherzustellen, dass Europa bei Raumfahrtvorhaben weltweit an der Spitze bleibt.

Sie entwickelt und startet Erdbeobachtungs-, Navigations-, Telekommunikations- und Astronomiesatelliten, schickt Raumsonden in entlegene Regionen des Sonnensystems und beteiligt sich an der bemannten Exploration des Weltraums. Außerdem führt sie ein umfangreiches Anwendungsprogramm zur Entwicklung von Erdbeobachtungs-, Navigations- und Telekommunikationsdiensten durch.

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• Sojus MS-13 (Nr.746) – Sojus-FG – Baikonur 1/5

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Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: NZZ, Wikipedia, AMS02.org, NASA, Raumcon, Zauber der Sterne.

Unter 25 Milliarden gemessenen Partikeln fanden sich während der 18 Monate des Betriebs des Teilchendetektors etwa 6,8 Millionen hochenergetische Leptonen, darunter etwa 400.000 Positronen, die Antiteilchen der Elektronen. Dies sind rund 14.000 mehr als ein Universum ohne Dunkle Materie und Pulsare erwarten ließe. Normalerweise entstehen Positronen nur, wenn schnelle Wasserstoffkerne auf Teilchen des Interstellaren Mediums treffen. Allerdings gibt es noch ein zweites Modell zu deren Entstehung ohne Dunkle Materie. Von Pulsaren ausgesandte energiereiche Photonen können Paare aus Elektronen und Positronen bilden. Dann kämen die Positronen aber nicht gleichmäßig aus allen Richtungen des Universums.

Das Alpha-Magnet-Spektrometer ist ein etwa 8,5 t schwerer Teilchendetektor, der im Inneren mit einem großen Dauermagneten ausgestattet ist, der aus vielen kleinen Magneten in besonderer Weise zusammengesetzt wurde. Gelangen geladene Teilchen in das Magnetfeld von etwa 125 mT (Millitesla), werden sie durch die Lorentzkraft abgelenkt. Im Inneren des Magnetfeldes befinden sich mehrere Schichten Siliziumstreifendetektoren, die beim Durchflug der Teilchen eine Reaktion feststellen. Aus der Bahn durch die Schichten lassen sich Einflugrichtung, Geschwindigkeit, Masse und Ladung der Teilchen berechnen.

Auf der Erde ruft die kosmische Strahlung beim Flug durch die Atmosphäre einen Schauer von Sekundärteilchen hervor. Daher macht die Suche nach Antimaterie und Dunkler Materie im All mehr Sinn. AMS 2 ist für einen Messzeitraum von etwa 18 Jahren konzipiert, die bisherigen 18 Monate machen demnach etwa ein Zwölftel der möglichen Zeit aus.

Dunkle Materie ist ein Modell, mit dem Astronomen und Kosmologen die Stabilität von Galaxien und Galaxienhaufen erklären wollen. Normalerweise müssten sich die Sterne in den Außenbereichen einer Galaxie deutlich langsamer bewegen als in der Nähe des Zentrums. Bei den Planeten in unserem Sonnensystem ist dies so. Während Merkur, der sonnennächste Planet, auf seiner Bahn um die Sonne eine Geschwindigkeit von etwa 48 km/s besitzt, bewegt sich die Erde mit nur etwa 30 km/s, Neptun, der äußerste Planet, mit nur reichlich 5 km/s. In Galaxien hingegen besitzen außen liegende Sterne beinahe dieselbe Winkelgeschwindigkeit wie innere Sterne. Dies erklärt man sich nun dadurch, dass es eine für uns bisher nicht wahrnehmbare Materie gibt, welche durch ihre Gravitation die äußeren Sterne mit zieht. Da wir diese Materie nicht sehen können, sie sendet weder Licht aus, noch absorbiert sie es, nennt man sie Dunkle Materie.

Theoretisch sollten bei Kollisionen bzw. Umwandlungen von Teilchen der Dunklen Materie aber auch Materieteilchen wie etwa Positronen entstehen. Deren Energien lägen in einem ganz bestimmten Bereich, der aber auch durch andere Prozesse im sichtbaren Universum besetzt wird.

Man erwartet nun im Verlauf weiterer Messungen, dass in der Häufigkeitskurve für die Energien solcher Teilchen irgendwo ein Knick auftritt. Dort würden zwei unterschiedliche Entstehungsprozesse aufeinander treffen, einerseits Positronen, die von Pulsaren ausgesandt werden, andererseits Positronen, die durch Dunkle Materie verursacht werden. Bisher hat man diesen Knick aber noch nicht gefunden. Lediglich die 14.000 überzähligen Positronen sind ein guter Hinweis auf die Existenz der Dunklen Materie.

Zweites wichtiges Forschungsziel ist die Suche nach Antimaterie im All. Beim Urknall, vor etwa 13,8 Milliarden Jahren, enstanden Materie und Antimaterie gleichermaßen aus Energie (E = mc²). Treffen ein Materieteilchen und sein Antiteilchen aufeinander, so wandeln sich beide wieder in Strahlungsenergie um. Heute beobachten wir aber ausschließlich Materie. Wo ist die Antimaterie hin?

Einer gängigen Theorie nach gibt es ein kleines Ungleichgewicht zwischen Materie und Antimaterie, weshalb wir heute keine Antimaterie mehr beobachten können. Um sicher zu gehen, wird bei der Auswertung der Daten von AMS 2 auch nach Antiatomen bzw. deren Kernen gesucht. Die kosmische Strahlung besteht aus Elementarteilchen wie Elektronen, Protonen oder Positronen, aber auch aus schwereren Kernen wie Helium (Alphateilchen), Kohlenstoff oder Stickstoff. Fände man einen einzigen Antikohlenstoffkern, so wäre damit der Nachweis erbracht, dass es Sterne aus Antimaterie im Universum gibt, da Kohlenstoff nicht beim Urknall entstanden sein kann, sondern in Sternen „erbrütet“ wird.

Hier gibt es vom AMS-Team allerdings eine Fehlmeldung. Bisher wurde kein einziger Antimateriekern ab Helium gefunden. Den größten Teil seiner Messkampagne hat der komplexe Detektorblock allerdings noch vor sich. In Zukunft möchte man sich auf Ereignisse mit höheren Energien, oberhalb von 250 GeV (Gigaelektronenvolt), konzentrieren. Der Messbereich der Apparatur reicht bis etwa 1.000 GeV.

Das AMS 2 ist ein Gemeinschaftsprojekt von Wissenschaftlern aus 56 Forschungsinstituten aus 16 Ländern, darunter die Bundesrepublik Deutschland, und gelangte im Mai 2011 beim letzten Flug der US-Raumfähre Endeavour (STS 134) zur Internationalen Raumstation. Hier wurde der Detektor an der großen Gitterstruktur installiert und mit Energie- sowie Datenleitungen verbunden. Seitdem liefert er täglich Daten von Millionen Teilchen, die in sein Inneres gelangen und hier ihre charakteristischen Spuren hinterlassen.

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• Alpha-Magnet-Spektrometer 2

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Ein Beitrag von Ralf Mark Stockfisch. Quelle: ESA, NASA, Raumfahrer.net.

Der erste Tag der internationalen Veranstaltung, welche die vergangene und künftige Nutzung der Internationalen Raumstation ISS bewerten soll, brachte viele Rückblicke und Ausblicke von den höchsten Vertretern der fünf beteiligten Raumfahrtagenturen aus den USA, aus Russland, Europa (ESA), Japan und Kanada. ESA-Generaldirektor Jean-Jacques Dordain betonte die verschiedenen Nutzungen und deren Vorteile, welche sie der Menschheit bringt. Ein großer Vorteil sei insbesondere die internationale Zusammenarbeit zwischen den Raumfahrtagenturen und letztlich zwischen den Staaten. Die auf diese Weise geschmiedeten Partnerschaften würden selbst dann noch verbleiben, wenn es die ISS schon nicht mehr gäbe. Er betonte, dass Kooperation zwar langsamer ist als Konkurrenz, aber einen länger anhaltenden Nutzen für alle bedeute. Auf die Frage angesprochen, ob man die ISS 2020 im Meer versenken sollte, sagte er: „Wir wären dumm, dies zu tun. Es gibt keine Deadline, die einzige Frage ist, wie lange können wir die ISS im Orbit halten. Es gibt auch eine Zukunft in einem niedrigeren Erdorbit. Es fragt sich jedoch, wie lange die ISS die richtige Hardware hat, um sie entsprechend nutzen zu können. Dies wiederum ist eine Frage von Kosten und Nutzen.“

Prof. Johann-Dietrich Wörner, seines Zeichens Vorsitzender des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), untermauerte indirekt warum die Menschheit die ISS auch nach 2020 noch braucht. Man betreibe diese Raumstation und die Raumfahrt nicht als Selbstzweck. Raumfahrt bedeute mehr als „nur zum Mond fliegen“, sondern bedeutet neue Technologien, neue medizinische Verfahren, internationale Zusammenarbeit, Inspiration junger Menschen und mehr. Die Globalen Herausforderungen wie die schwindenden Ressourcen, die steigende Anzahl an Erdbewohnern, die Umweltverschmutzung und Klimaveränderung und damit einher gegende Folgeprobleme (Naturkatastrophen, Kriege etc.) machten die ISS erforderlich. Neben den durch die Schwerelosigkeit möglichen speziellen Experimenten erfüllt sie breit gefächerte Aufgaben. Eine wichtige Aufgabe, die Prof. Wörner zwar nicht direkt ansprach aber meinte, sind die Fernbeobachtung durch die Besatzung der ISS mithilfe spezieller Kameras und Sensoren.

Im Gegensatz zu zahlreichen herkömmlichen Erdbeobachtungsplattformen umkreist die ISS die Erde in einer geneigten, äquatorialen, nicht sonnensynchronen Umlaufbahn. Das heißt, die ISS passiert die Erde in einem Winkel zwischen 52 Grad nördlicher und 52 Grad südlicher Breite, und zwar zu verschiedenen Tages- und Nachtzeiten und bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen. Satelliten mit Fernerkundungssensoren zur Erdbeobachtung wie Landsat7 oder Terra dagegen befinden sich in der Regel auf einer polaren, sonnensynchronen Umlaufbahn. Sie passieren die gleiche Stelle auf der Erdoberfläche in Abständen von etwa zwei Wochen immer zu etwa der gleichen Tageszeit. Diese können im Gegensatz zur ISS keine Oberflächenprozesse untersuchen, die normalerweise früh am Morgen oder spät am Nachmittag auftreten, beispielsweise Gesetzmäßigkeiten in der Bildung küstennaher Nebelbänke. Ein weiterer besonderer Vorteil der ISS ist die Besatzung, denn diese kann unverzüglich auf neue Situationen reagieren und braucht kein neues Datenerfassungsprogramm, das erst noch von der Bodenstation hochgeladen werden muss. Das fällt insbesondere bei plötzlichen und unerwarteten Naturereignissen ins Gewicht, wie zum Beispiel Vulkanausbrüchen, Erdbeben und Tsunamis. Die Beobachtung erfolgt nicht nur mit Handkameras sondern auch mit mehreren externen Sensoren. Das HICO beispielsweise ist ein abbildendes Spektrometer, installiert an der Außenplattform des japanischen Labormoduls Kibo. Von seinen Bilddaten erhofft man sich ein besseres Verständnis von Küsten- und anderen Regionen unseres Planeten.

Schließlich ging Prof. Wörner noch auf die derzeit wichtigste Neuinbetriebnahme auf der ISS ein, das Alpha-Magnet-Spektrometer (AMS). Dazu hielt im Anschluss Prof. Schael von der RWTH Aachen einen Vortrag. Raumfahrer.net hatte zudem die Möglichkeit direkt mit ihm zu sprechen. Das AMS ist ein Teilchendetektor zur Untersuchung der kosmischen Höhenstrahlung. Mit ihm können Eigenschaften von Elementarteilchen nachgewiesen werden. Ein Magnetspektrometer soll demnach die jeweilige Energie geladener Teilchen durch Einsatz eines Magnetfeldes messen. So kann damit insbesondere Antimaterie aufgespürt werden. In der Astrophysik gilt nach heutigem Stand die Hypothese, dass nach dem Urknall ebensoviel Materie wie Antimaterie entstand. Bisher wurde jedoch im Weltall noch keine Antimaterie entdeckt. Würde das AMS zum Beispiel einen Anti-Kohlenstoff-Atomkern messen, wäre das ein Hinweis darauf, dass das Universum in der Tat symmetrisch ist und nach dem Urknall eine räumliche Trennung zwischen Materie und Antimaterie stattgefunden hat. Auf der Erde konnte man solche Antimateriekerne bisher nicht messen, da sie wohl vorher mit der Erdatmosphäre wechselwirken. Am CERN in Genf konnten zwar Anti-Wasserstoffkerne hergestellt werden, deren Lebenszeit war aber extrem kurz.

Außerdem könnte man mit dem AMS beweisen, dass es die von der Wissenschaft seit langem vermutete, dunkle Materie gibt. Darunter versteht man eine Materieform, die zu wenig sichtbares Licht oder andere elektromagnetische Strahlung aussendet, reflektiert oder absorbiert, um direkt beobachtbar zu sein. Dabei handelt es sich bisher nur um eine Theorie. Grund dafür ist Folgender: Nach dem Dritten Keplerschen Gesetz und dem Newtonschen Gravitationsgesetz müsste die Rotationsgeschwindigkeit in den äußeren Bereichen von Galaxien abnehmen. Entgegen dieser Annahme verlaufen die beobachteten Rotationskurven jedoch konstant oder steigen sogar leicht an. Diese Diskrepanz legt die Vermutung nahe, dass im Universum eine Materieform existiert, welche nicht in Form von Sternen, Staub oder Gas sichtbar ist. Nur so lässt sich der Effekt mit unser bisherigen physikalischen Vorstellung erklären. Die Hoffnung liegen nun darauf, mit Hilfe des AMS eben jene dunkle Materie nachweisen zu können. Die Realisierung des multinationalen Projekts hat mehr als 16 Jahre gedauert und umfasste einen Vorgänger (das AMS-01), unzählige Testläufe und einen unerwarteten Umbau. Dabei wurde der mit flüssigem Helium gekühlte supraleitende Magnet des Spektrometers gegen einen normalen Neodym-Permanentmagneten ausgetauscht, um einen Betrieb des AMS-2 für bis zu 18 Jahre zu ermöglichen. Der supraleitende Magnet hätte nur etwa drei Jahre überstanden und hätte dann instandgesetzt werden müssen. Zwar bedeutet der Verzicht auf den gekühlten Magneten auch eine Einbuße an Messpräzision (Prof. Schael nannte es „energy resolution“), da der Magnet die geladenen kosmischen Partikel durch fünf verschiedene Detektoren leiten muss. Dafür wurde jedoch mehrere Magnetringe übereinander gestapelt, so dass das AMS-02 wesentlich schwerer und länger wurde. Zudem wurden empfindlichere Detektoren verwendet. Somit konnten die Einbußen kompensiert werden, sagt Prof. Schael.

Prof. Schael als Projektleiter für die Deutschen Beiträge zum AMS betonte, wie froh er ist, dass dieses Präzisions-Messinstrument überhaupt den Flug mit dem Space Shuttle und die anschließende Montage an die ISS überstanden hat. Immerhin fallen bei so einem Flug Kräfte über der 6-fachen Erdbeschleunigung an. Prof. Schael fuhr selbst zur Installation des AMS in das Kontrollzentrum nach Houston, um die notwendigen Arbeiten zu koordinieren. Mittlerweile nimmt das AMS-02 über 16 Milliarden Ereignisse („Events“) pro Jahr auf, welche in einem eigens dafür eingerichteten Kontrollzentrum verarbeitet werden, um sodann ausgewertet werden können. Schon jetzt hatte man einige interessante Ereignisse, wie z.B. ein Elektron mit einer Energie von über einem Terra-Elektronenvolt (1 TeV). Auf die Frage, ob er für den Fall, dass sich die Theorie der schwarzen Materie nicht verifizieren lässt, schon eine andere Theorie in petto habe, antworte Prof. Schael, dass es Aufgabe künftiger Generationen sei, mit den nun gesammelten und noch zu sammelnden Daten Theorien über unser Universum zu bilden. In jedem Fall sei das AMS-02 ein historisches Wissenschaftsprojekt das die Physik verändern könnte.

Raumcon:

• Dunkle Materie

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Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: Roskosmos, Raumcon. Vertont von Peter Rittinger.

Die Kopplung der Raumkapsel mit Dmitri Kondratjew, Catherine Coleman und Paolo Nespoli an Bord erfolgte gegen 21.12 Uhr MEZ am kleinen Forschungsmodul Rasswjet. Etwa 2 Stunden später wurden die Luken zwischen Raumschiff und Station geöffnet.

Damit ist die ISS-Expedition 26 komplett. An Bord befinden sich seit Oktober bereits Scott Kelly, Alexander Kaleri und Oleg Skripotschka. Die Besatzung von Sojus-TMA 01M soll bis März 2011 auf der Station bleiben, die Neuankömmlinge bis Mitte Mai.

Während ihrer rund fünfmonatigen Mission sollen die Raumfahrer an Bord der Internationalen Raumstation eine Vielzahl von wissenschaftlichen Experimenten durchführen und die Station in gutem Zustand halten. Außerdem soll diese im Verlaufe zweier Shuttle-Missionen um ein Mehrzweckmodul (Permanent Multi-purpose Module PMM), eine Außenplattform (Express Logistics Carrier ELC 4) und einen Messkomplex zur Suche nach Teilchen der sogenannten Dunklen Materie sowie Antimaterie (Alpha Magnet Spectrometer AMS-2) erweitert werden. Mit dabei sein soll außerdem das siebente Besatzungsmitglied, Robonaut 2. Dieser ist allerdings eine komplette Neuentwicklung und muss zunächst ausgiebig getestet werden.

Weiteren Nachschub sollen alle derzeit im Einsatz befindlichen Transportraumschiffe, Progress, H-2 Transfer Vehicle (HTV) und Automated Transfer Vehicle (ATV) zur Station bringen. Der US-basierte Teil der ISS ist danach weitgehend fertiggestellt. Lediglich einzelne Außenexperimente können über den drucklosen Frachtraum des HTV ergänzt werden.

Raumcon:

• Sojus-TMA-20-Thread ab Endanflug

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