Quelle: ESA.

Proben, die Matthias zur Verfügung gestellt hat, und Tests, die er vor dem Start durchgeführt hat, dienen als Ausgangsbasis für Ergebnisse im Weltraum. Viele der von Matthias unterstützten Humanexperimente erfordern dasselbe, wenn er zur Erde zurückkehrt. Dies ermöglicht den Forscherinnen und Forschern eine gründliche Analyse der Auswirkungen der Schwerelosigkeit und ein besseres Verständnis der Auswirkungen eines Langzeit-Raumflugs auf den menschlichen Körper.

Humanexperimente – alt und neu
Einige Namen der Humanexperimente, an denen Matthias mitwirkt, klingen vielleicht noch bekannt: Kurz nach seiner Ankunft im Orbit führte er seine erste Versuchsreihe mit dem DLR-Experiment Myotones durch, das Alexander Gerst bereits im Rahmen der ESA-Mission Horizons im Jahr 2018 durchführte.

Mit einem Gerät, das ein wenig wie ein Tricorder aus Star Trek aussieht, misst Myotones die biochemischen Eigenschaften der Muskeln wie Muskeltonus, Steifheit und Elastizität während eines Langzeit-Raumflugs. Doch dieses Mal wurde das Experiment mit einer neuen DLR-Studie kombiniert, die unter der wissenschaftlichen Leitung des Zentrums für Weltraummedizin der Charité in Berlin und des Europäischen Astronautenzentrums (EAC) der ESA durchgeführt wird: EasyMotion.

EasyMotion nutzt einen EMS-Anzug (Elektro-Muskel-Stimulation), um die Muskulatur des Trägers beim Training zu aktivieren und so die körperliche Fitness im Weltraum zu optimieren. Die kombinierten Daten vor, während und nach dem Flug werden verwendet, um die physiologische Belastung der Astronautinnen und Astronauten zu verstehen, und könnten zu neuen Rehabilitationsbehandlungen auf der Erde beitragen.

Zu den anderen „Wearables“ beziehungsweise Technologien, die Matthias in den letzten 100 Tagen am Körper getragen hat, gehören ein Wärmesensor an seiner Stirn zur Überwachung seiner Kerntemperatur und seines zirkadianen Rhythmus für das Thermo-Mini-Experiment des DLR, ein Stirnband zur Überwachung der verschiedenen Schlafphasen und der Schlafeffizienz für das Experiment DREAMS der französischen Raumfahrtagentur CNES sowie eine Atemmaske und zwei Geräte an seiner Brust für das DLR-Experiment Metabolic Space. Die Metabolic-Space-Geräte überwachen die Herzfrequenz sowie den Sauerstoff- und Kohlendioxidgehalt, während ihr Träger auf dem CEVIS-Ergometer der Station trainiert. Ziel ist es, die kardiopulmonale Diagnostik zu verbessern und die Leistung im Weltraum besser zu beurteilen, ohne die Mobilität einzuschränken.

Eine ausgewogene Ernährung ist ein weiterer wichtiger Aspekt für die Erhaltung der Gesundheit im Weltraum. Das bereits bekannte Experiment „Nutrition Monitoring for the International Space Station“ (NutrISS)  der italienischen Weltraumagentur ASI hat Matthias dabei unterstützt, seine Energiezufuhr zu verfolgen und anzupassen.

Mit einer speziellen Waage misst Matthias seine Körperzusammensetzung und -masse in der Schwerelosigkeit. Diese Daten zusammen mit den Ernährungsinformationen, die über die von der französischen Raumfahrtagentur CNES in Zusammenarbeit mit den Weltraummedizinerinnen und -medizinern von MEDES entwickelte Everywear-App bereitgestellt werden, ermöglichen es den Spezialistinnen und Spezialisten am Boden, seine Ernährung zu überwachen und bei Bedarf Empfehlungen zu geben.

Als Augen und Ohren Europas im Weltraum standen natürlich auch Matthias‘ Seh- und Hörvermögen im Fokus. Matthias und seine NASA-Crewkollegen Thomas Marshburn und Raja Chari haben ihre Augen für Retinal Diagnostics zur Verfügung gestellt – ein ESA/DLR Experiment, bei dem ein KI-Modell zur Diagnose von Veränderungen des Sehnervs bei längeren Aufenthalten im Weltraum untersucht und entwickelt wird. Matthias hat auch sein Gehör im Rahmen des ASI-Experiments Acoustic Diagnostics getestet. Bei diesem Experiment werden die Auswirkungen der Schwerelosigkeit auf das Gehör einer Astronautin oder eines Astronauten untersucht, indem Kopfhörer mit einem speziellen Messgerät verwendet werden, das die Reaktion des Ohrs auf Schall überwacht.

Berührende Angelegenheiten
„Gründliches und häufiges Händewaschen“ sind zu Schlagwörtern im Zusammenhang mit der COVID-19-Pandemie geworden. Denn Mikroorganismen lassen sich leicht über gewöhnliche Oberflächen wie Türklinken und Lichtschalter verbreiten, und das gilt auch für den Weltraum.

In der Kubik-Anlage, einem temperaturgesteuerten Inkubator zur Untersuchung biologischer Proben im europäischen Columbus-Modul der ISS, wurde in einem DLR-Experiment mit dem Namen Biofilms das Wachstum von Bakterien wie dem mit der menschlichen Haut assoziierten Bakterium Staphylococcus capitis untersucht.

Bei einem weiteren DLR-Experiment mit der Bezeichnung „Touching Surfaces“ wird eine Reihe von fünf Plättchen aus verschiedenen Materialien der Innenumgebung der Raumstation ausgesetzt. Matthias und seine Astronautenkolleginnen und -kollegen wurden aufgefordert, diese Plättchen häufig zu berühren, bevor sie zur Analyse auf die Erde zurückgebracht werden.

Die Handhabung von Objekten in der Schwerelosigkeit
Während seine NASA-Kollegin und -kollege Kayla Barron und Raja Chari die europäischen Experimente Grip und Grasp unterstützten, widmete Matthias sich dem CNES-Experiment Ultrasonic Tweezers. Dieses Experiment zielt darauf ab, Objekte oder Flüssigkeiten mit der Kraft von Schall zu bewegen, zu bearbeiten und zu untersuchen, ohne jemals mit ihnen in Kontakt zu kommen.

Eine akustische Pinzette verwendet Ultraschall zum Einfangen von Objekten. Durch die Bewegung des Schallstrahls ist es möglich, ein Objekt mit großer Präzision zu bewegen. Das Experiment „Ultrasonic tweezers“ untersucht, wie diese Technik in der Schwerelosigkeit eingesetzt werden kann, um kleine Plastik- oder Glasmurmeln einzufangen und sie durch einen Hindernisparcours zu bewegen. Wenn das Experiment erfolgreich verläuft, soll es auf der Raumstation bleiben und von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern und Astronautinnen und Astronauten genutzt werden, um andere Materialien, Gele und Flüssigkeiten und sogar gefährliche Materialien oder biologisches Material ohne Kontaminationsgefahr zu untersuchen.

Der Vorläufer von „gedruckter“ Haut
Das Bioprint-First-Aid-Experiment des DLR könnte dazu führen, dass Astronautinnen und Astronauten bei Missionen fern der Erde Pflaster aus ihren eigenen Hautzellen drucken. Matthias startete jedoch zunächst mit fluoreszierenden Mikropartikeln in Kombination mit zwei schnell aushärtenden Gelen.

Mit einem tragbaren Biodrucker druckte Matthias gipsähnliche Wundabdeckungen auf seine mit Folie bedeckten Gliedmaßen. Diese Abdeckungen werden dann zur Erde zurückgeschickt, wo sie analysiert und getestet werden, um die Technologie für den Weltraum weiter zu verfeinern.

Altern im Weltraum
Zurück im Kubik-Minilabor und nach einer neuen Lieferung vorweihnachtlicher wissenschaftlicher Experimente hat Matthias synthetische Muskelzellen von der Größe eines Reiskorns für die Inkubation bei 37 °C vorbereitet. Einige dieser Zellen wurden elektrisch stimuliert, um Kontraktionen in der Schwerelosigkeit auszulösen, während andere durch Zentrifugation der künstlichen Schwerkraft für ein Experiment der britischen Weltraumbehörde, UK Space Agency, namens Microage ausgesetzt wurden.

Die Zellen kehrten mit dem Cargo Dragon 24 zur Analyse auf die Erde zurück. Die Erkenntnisse aus diesem Experiment könnten eines Tages dazu beitragen, dass Menschen ihre Kraft und Beweglichkeit bis ins hohe Alter besser erhalten können, da die Forscherinnen und Forscher besser verstehen, wie sich Muskeln abbauen.

Konkrete Ergebnisse
Matthias hat seinem Nachnamen alle Ehre gemacht, indem er im Weltraum Betonproben anrührte.

Mit dem DLR-Experiment MASON/Concrete Hardening soll untersucht werden, wie verschiedene Betonmischungen aus Zement und Sand oder simuliertem Mondstaub in Kombination mit Wasser und verschiedenen Zusatzstoffen in der Schwerelosigkeit aushärten. Diese Erkenntnisse werden zur Entwicklung neuer, verbesserter Betonmischungen für den Bau von Habitaten auf dem Mond, dem Mars und von nachhaltigem Wohnraum auf der Erde beitragen.

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• Matthias Maurer auf ISS Expedition 66-67

Der Beitrag ESA: 100 Tage Cosmic Kiss-Wissenschaft erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: OHB SE.

Oberpfaffenhofen/Bremen, 21. Dezember 2021. Bye Bye Anita: Heute um 11.07 Uhr (MEZ) hob das ANITA-2 (Analysing Interferometer for Ambient Air) an Bord einer SpaceX Falcon-9-Trägerrakete vom Kennedy Space Center in Florida ab. Die OHB System AG, ein Tochterunternehmen des europäischen Raumfahrt- und Technologiekonzerns OHB SE, hat das Spurengasüberwachungssystem ANITA-2 für die Internationale Raumstation (ISS) im Auftrag der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) entwickelt. ANITA-2 wird an Bord der ISS alle sechs Minuten hochpräzise Messungen der Gasatmosphäre durchführen und kann dabei mehr als 35 Gase mit extrem hoher Genauigkeit erkennen. Ebenfalls an Bord der Falcon-9: Der von der OHB System AG entwickelte Handheld-Biodrucker zur Heilung von Wunden der Haut.

„Für die Gesundheit und Leistungsfähigkeit von Astronauten ist eine gute Luftqualität extrem wichtig und kann sogar überlebenswichtig sein, insbesondere bei Langzeitmissionen zum Mond und Mars. Mit ANITA-2 werden die Spurengase durch die Messung minimaler optischer Absorptionen in einem sehr weiten Spektralbereich identifiziert“, sagt Armin Stettner, Leiter der Abteilung Mikrogravitation bei OHB. „Im Vergleich zu anderen Instrumenten kann ANITA-2 extrem genau sehr geringe Mengen an Gasen analysieren.“

Eine lebensrettende Technologie
ANITA-2 ist ein Multitalent: Das Gerät ist in der Lage, unbekannte Gase zu erkennen und kann dadurch sogar lebensrettend sein. Sollten in den engen geschlossenen Räumlichkeiten der ISS oder anderen Raumfahrzeugen toxische Gase auftreten, kann das schnell lebensbedrohlich werden, weiß ESA-Astronaut Luca Parmitano: „Die Bedeutung einer guten Luftqualität in einer Weltraumumgebung kann gar nicht hoch genug bewertet werden: Ich vergleiche da gerne meine erste und zweite Mission miteinander. Durch die Überwachung der Atmosphäre konnte die CO₂-Konzentration in der ISS erheblich gesenkt werden. Das trug erheblich zum Wohlbefinden und unserer Leistungsfähigkeit bei. ANITA-2 ist sogar in der Lage, extrem niedrige Konzentrationen verschiedener Spurengase gleichzeitig zu messen und dank seiner hohen Messfrequenz, seiner Genauigkeit und seines autonomen Betriebs wird es uns in der Zukunft über die ISS hinaus soweit begleiten, wie der Mensch es wagt.“

Das Herzstück von ANITA-2, das Interferometer, basiert auf dem RocksolidTM-Interferometer von Bruker Optics in Ettlingen, Deutschland. Die Entwicklung von ANITA-2 begann im Oktober 2016 mit den Unterauftragnehmern SINTEF in Norwegen, Frezite High Performance (FHP) und EVOLEO Technologies in Portugal. Die Installation von ANITA-2 an Bord der ISS soll im Januar 2022 erfolgen.

Bioprint FirstAid: Das moderne Pflaster für die Weltraumumgebung
Ebenfalls unterwegs mit der heute gestarteten Falcon-9 ist der Handheld Bioprinter, der zur Behandlung großer oberflächlicher Hautverletzungen eingesetzt werden kann. Er bringt ein körpereigenes Hautpflaster auf die Wunde auf und hilft, schneller und effektiver zu heilen. Ziel des „Bioprint FirstAid“-Experiments ist die Demonstration einer Bioprinting-Technologie mit simulierten Hautzellen an Bord der ISS. Das Experiment wird von ESA-Astronaut Matthias Maurer durchgeführt und ist für den 27. Januar 2022 geplant. Insgesamt werden vier verschiedene Druckdüsen- und Biotinten-Kombinationen unter Schwerelosigkeit getestet. Die vier verschiedenen Proben werden nach ihrer Rückkehr zur Erde analysiert. Das Projekt wird vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bonn im Auftrag der Deutschen Raumfahrtagentur durchgeführt und vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.

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• **ISS** Hauptthema

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Quelle: OHB SE.

Bremen, 28. Oktober 2021. Am kommenden Sonntagmorgen um 7:21 Uhr (MEZ) wird Matthias Maurer als erster deutscher Astronaut der europäischen Weltraumorganisation ESA in einer Crew Dragon Kapsel mit einer SpaceX Falcon 9 Trägerrakete zur rund 400 Kilometer entfernten Weltraumstation ISS starten. Während seiner knapp sechs Monate langen Mission „Cosmic Kiss“ wird er zwei Experimente durchführen, die von der OHB System AG, ein Tochterunternehmen des Raumfahrtkonzerns OHB SE, für den Weltraumflug qualifiziert wurden: Für das Projekt „EasyMotion“ wird Matthias Maurer mit einem EMS-Anzug (Elektro Muskel Stimulation) trainieren, um möglichst noch effektiver als bisher Muskelschwund entgegenzuwirken. Im Experiment „Bioprint FirstAid“ soll ein innovativer „Handheld-Biodrucker“ oberflächliche Wunden mit einer Biotinte versorgen, die körpereigene Zellen enthält. Der erste Einsatz der Experimente ist für Ende November geplant.

Elektrostimulation für besseres Muskeltraining im Weltraum
Bevor ein Gerät in den Weltraum fliegen darf, muss es auf Herz und Nieren durchgecheckt und für die Nutzung auf der ISS angepasst werden. Auch der EMS-Anzug, mit dem Matthias Maurer in verschiedenen Trainingseinheiten mehrmals je 20 Minuten trainieren wird, hatte sich vorab den prüfenden Augen des OHB-Teams der Astronautischen Raumfahrt zu stellen. „Zunächst wurde das Anzugsystem umgebaut. Das betraf die Steuerungseinheit, die so genannte Powerbox, die Position von einigen Steckern und Funktionen sowie die Integration einer weltraumtauglichen Batterie. Bei der anschließenden Qualifizierung musste sich der Sportanzug dann Umwelt- und Funktionstests stellen“, sagt Dr. Marco Berg, Abteilungsleiter Astronautische Raumfahrt bei OHB. Das EMS-assistierte Training wird Matthias Maurer insgesamt zwölf Wochen lang an drei Tagen pro Woche absolvieren – insgesamt 36 Einheiten. „Muskelschwund in der Schwerelosigkeit ist ein bekanntes Thema in der astronautischen Raumfahrt. Ein Astronaut muss etwa zweieinhalb Stunden pro Tag trainieren, um dem vorzubeugen. Mit diesem Experiment gilt es nun herauszufinden, ob diese Trainingszeit durch die Hilfe von EMS verkürzt werden kann“, so Dr. Marco Berg. Das Trainingssystem EasyMotionSkin und die dazugehörige App wurden von der EMS GmbH aus Leipzig entwickelt, die in diesem Projekt als Unterauftragnehmer von OHB tätig ist. Für die wissenschaftliche Leitung von „EasyMotion“ ist das Zentrum für Weltraummedizin an der Charité – Universitätsmedizin Berlin zuständig.

Der Erfolg des Trainings wird durch ein bei OHB gut bekanntes Gerät überprüft: MyotonPRO. MyotonPRO ein kleines handliches digitales Gerät zur Messung von Muskeltonus (Muskelruhespannung) sowie Muskelsteifigkeit, hatte OHB bereits für die „horizons“-Mission des deutschen ESA-Astronauten Alexander Gerst im Jahr 2018 qualifiziert. MyotonPRO wird neben „EasyMotion“ auch für „Myotones“ auf der ISS für Matthias Maurer genutzt. Die Projekte „EMS“ und „Bioprint FirstAid“ sowie „Myotones“ werden im Auftrag der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bonn durchgeführt und vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) finanziert.

Bioprinter FirstAid: Das moderne Pflaster für die Wundversorgung im All
Je weiter weg sich Astronauten von der Erde befinden, desto höher ist das Risiko, dass sie im Falle einer Verletzung nicht rechtzeitig behandelt werden können. Gerade wenn die Menschheit an astronautische Missionen zum Mars denkt, ist eine schnelle Rückkehr zur Erde im Ernstfall nicht möglich. Daher ist es wichtig, dass eine medizinische Infrastruktur vorhanden ist. Ein Gerät zur Behandlung von oberflächlichen und großflächigen Hautverletzungen könnte der „Handheld Bioprinter“ sein. Das medizinische Gadget versorgt Wunden mit einem körperidentischen „Hautpflaster“ und soll so zu einer besseren und schnelleren Heilung der Verletzung beitragen. Für das „Bioprint FirstAid“ Experiment auf der ISS soll allerdings erstmal kein Test am menschlichen Körper, sondern vielmehr ein Test unter Weltraumbedingungen mit simulierten menschlichen Hautzellen erfolgen. Die Proben werden dann zur Erde gebracht und von einer Arbeitsgruppe der TU Dresden – dem wissenschaftlichen Partner für das Experiment – ausgewertet.
Doch das ist alles noch Zukunftsmusik. Zunächst fiebert das Team der Astronautischen Raumfahrt auf den Start hin. Dr. Marco Berg: „Es macht uns glücklich und stolz, dass wir bei der Cosmic Kiss Mission mit Matthias Maurer gleich an zwei derart spannenden Experimenten beteiligt sind und hoffen auf eine erfolgreiche Durchführung der beiden Experimente.“

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• SpaceX Crew-3 / USCV-3 (C210.1/Endurance) auf Falcon 9 (B1067.2)

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