Quelle: DLR.

4. Oktober 2021 – Mehr als 1.000 Kinder halten sich an den Händen. Manche haben einen Luftballon dabei, andere sind von roten Herzchen umgeben oder tragen sogar einen Raumanzug: Die gemalten „Selfies“ von Schülerinnen und Schülern sind gemeinsam unterwegs – sie umkreisen die Erde in 400 Kilometern Höhe mit der Internationalen Raumstation ISS. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hatte im November 2020 die Grundschülerinnen und Grundschüler eingeladen, „Klassen-Selfies“ zu malen und an das Jugendportal DLR_next zur schicken. Das DLR hat 30 Schulklassen ausgewählt: Ihre Bilder wurden auf einen zehn Meter langen, schmalen Textilstreifen gedruckt und in einem Aluminiumbehälter aufgerollt.

Am 30. August sind sie an Bord der SpaceX-CRS-23-Mission auf der ISS angekommen. Der deutsche ESA-Astronaut Matthias Maurer wird in wenigen Wochen ebenfalls dort sein und in einer Live-Übertragung die Bilder auf dem Textilstreifen zeigen. Die anderen eingereichten Bilder blieben aber nicht auf der Erde zurück: Sie sind auf einem USB-Stick gespeichert, der in der Mitte des Behälters steckt.

Klein, handlich, leicht und sicher
„Alle Gegenstände, die zur ISS gebracht werden, müssen vorher sehr viele Tests bestehen. Einfach einpacken und in den Weltraum-Transporter legen, geht nicht“, sagt Dr. Volker Kratzenberg-Annies. Er ist beim DLR für die Nachwuchsförderung zuständig und hat die Aktion „Hand in Hand um die Welt“ gemeinsam mit Frank Fischer vom DLR_School_Lab Braunschweig realisiert. Die Vorbereitungen begannen im August 2020, im April 2021 sind die Bilder in ihrem Metallbehälter per Post zur NASA in die USA gereist.

Klein, handlich, leicht und sicher: Das waren – vereinfacht gesagt – die Voraussetzungen für die Lieferung zur ISS. Klein, weil in der Raumstation und in den Raumtransportern neben der ganzen wissenschaftlichen Hardware nicht viel Platz ist. Handlich, damit Matthias Maurer den Streifen in der Schwerelosigkeit problemlos ab- und aufrollen kann. Leicht, weil beim Start einer Rakete jedes Gramm Gewicht eine Rolle spielt. Und sicher, damit davon keinerlei Gefahr für die Astronautinnen und Astronauten ausgeht. Deswegen durfte der Streifen mit den Bildern nicht wie ursprünglich geplant aus Papier sein. „Papier staubt beim Auf- und Abspulen. Staub ist unerwünscht, weil er herumschwebt und eingeatmet werden könnte“, erklärt Frank Fischer. Er hat mit seinem Team ein besonderes Stoffgewebe ausgesucht, das auch gute Brandschutzeigenschaften hat. Der Stoff wurde mit einer Farbe bedruckt, die nicht ausdünsten kann.

Auszubildende beim DLR in Braunschweig waren für die Metallteile wie Spule, Gehäuse und USB-Stick-Halter verantwortlich. Wie lässt sich der Streifen am leichtesten aufrollen? Wie wird vermieden, dass er sich verheddert oder beim Spulen klemmt? Zuerst hat Frank Fischer mit Unterstützung einer Lehrkraft aus dem DLR_School_Lab Braunschweig mehrere 3D-Druck-Prototypen gebaut, getestet und optimiert. Dann haben die angehenden Feinmechanikerinnen und Feinmechaniker gemeinsam mit ihrem Ausbilder die Metall-Entwürfe hergestellt. „Der Mechanismus funktioniert perfekt und die Hardware sieht auch noch großartig aus“, lobt Frank Fischer das Team. Vor vier Jahren haben Auszubildende in Braunschweig schon erfolgreich die „Zeitkapsel“ für die „horizons“-Mission von Alexander Gerst hergestellt.

Drei baugleiche Modelle, falls eines verloren geht oder unerwartete Schwierigkeiten auftauchen
Es gibt jetzt nicht nur einen Bilderstreifen samt Gehäuse, sondern drei, die völlig gleich sind. Das ist in der Raumfahrt so üblich: Ein Flugmodell wird für den Raumtransporter eingeplant und in den Weltraum geschickt. Eine Ersatzeinheit wird gebraucht, falls das Flugmodell vorher beschädigt werden sollte oder verloren geht. Das Konstruktionsmodell bleibt auf der Erde. Es hilft bei der Problemlösung, falls es mit der Flugeinheit auf der ISS doch Schwierigkeiten gibt.

Damit die Klassen-Selfies nicht in der ISS herumschweben, kleben Klettbänder am Gehäuse und am Anfang des Textilstreifens. So lässt sich beides an den Schränken auf der Raumstation gut festmachen. „Auch das Klettband ist für die Raumfahrt zertifiziert. Und sogar für die Abstände der Klettbänder gibt es Regeln“, erklärt Frank Fischer. Er hat mit Unterstützung der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR alle Richtlinien beachtet und dokumentiert. Das wurde von der europäischen Weltraumorganisation ESA geprüft.

Zum ersten Mal schwerelos beim Parabelflug
Zum Schluss hat Frank Fischer noch bei einem DLR-Parabelflug überprüft, dass die Konstruktion in der Schwerelosigkeit funktioniert und sich gut bedienen lässt. Parabelflüge werden mit einem Forschungsflugzeug durchgeführt, das erst steil nach oben fliegt, dann antriebslos auf eine niedrigere Höhe fällt und anschließend wieder aufsteigt. Während jeder dieser Parabeln herrscht für rund 20 Sekunden Schwerelosigkeit wie im All. Frank Fischer hat den Bilderstreifen mehrmals ausgerollt und schwebend wieder eingerollt: „Das ging sogar noch besser als in unserem Labor. Wegen der fehlenden Schwerkraft hängt das Band nicht herunter und lässt sich noch einfacher aufspulen.“

Während seines Aufenthalts wird Matthias Maurer den Streifen auf der ISS zeigen und dabei mit einigen der beteiligten Schülerinnen und Schüler auf der Erde sprechen. Wer nicht vor Ort ist, hat die Gelegenheit, den Livestream im Web zu verfolgen. Später kommen die Klassen-Selfies mit einer Raumkapsel zurück zur Erde und zum DLR. Dort wird der Textilstreifen Klasse für Klasse zerschnitten, gerahmt und mit einem Zertifikat an die jeweiligen Schulen geschickt. Volker Kratzenberg-Annies: „Wir hoffen, dass wir mit diesem Erinnerungsstück, das auf der ISS war, Mädchen und Jungen inspirieren können – für die Raumfahrt und auch für Forschung und Technik insgesamt.“

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

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Quelle: DLR.

27. August 2021 – „Für uns ist diese Versorgungsmission besonders wichtig, weil acht deutsche Experimente mit SpaceX-CRS 23 zur ISS fliegen, mit denen Matthias Maurer während seiner Mission arbeiten wird“, erklärt Volker Schmid, ISS-Fachgruppenleiter und „Cosmic Kiss“-Missionsleiter in der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR in Bonn. „An Bord sind fünf wissenschaftliche Experimente aus den Bereichen Medizin, Materialwissenschaften und Physik und zudem drei Experimente aus dem Bereich Nachwuchs- und Schulprojekte.“

Hier die vom DLR beigestellten Experimente von SpaceX-CRS 23 auf einen Blick:

Thermo Mini – Körperkerntemperatur überwachen

Mit dem Thermo-Mini-System können Wissenschaftler kontinuierlich die Körperkerntemperatur von Astronautinnen und Astronauten aufzeichnen. Denn der Aufenthalt im All und dortige Aktivitäten führen zu einem signifikanten Anstieg der Körperkerntemperatur. Die genauen Ursachen hierfür sind bislang unbekannt. Der Temperaturanstieg stellt eine potenzielle Gefahr dar. Thermo-Mini besteht aus Sensoren und einem Stirnband, das einfach getragen werden kann und kontinuierlich die Körperkerntemperatur beobachtet. Während der 36. DLR-Parabelflugkampagne im Juni 2021 wurde das Thermo-Mini-Modell für seinen Einsatz in Schwerelosigkeit getestet. Wissenschaftlicher Hauptpartner bei Thermo-Mini ist die Charité Universitätsmedizin in Berlin, Industriepartner sind die KORA GmbH und die Dräger GmbH, die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR stellt die Hardware.

Retinal Diagnostics – Veränderungen der Sehnerven erkennen

Zu den Technologietests, die Matthias Maurer während seiner Mission auf der ISS durchführen wird, gehört das Technologietransferprojekt „Retinal Diagnostics“, bei dem aus der Forschung des DLR-Institutes für Luft- und Raumfahrtmedizin in Köln eine mobile, KI-gestützte Diagnostik zur Augengesundheit von Astronautinnen und Astronauten entwickelt wird. Veränderungen an den Sehnerven sind eine der schwerwiegendsten Beeinträchtigungen, die durch Schwerelosigkeit auftreten können. Die Untersuchungen sind aber auch für die neurologische Notfallmedizin auf der Erde bedeutsam. Bei dem Einsatz auf der ISS soll daher zur Vorsorge und Diagnostik der Sehnervenkopf mithilfe von Aufnahmen mit einer sehr kleinen, leichten Kamera vermessen werden. So sollen Veränderungen nachverfolgt, aber auch der Erfolg eingesetzter Gegenmaßnahmen ermittelt werden. Zukünftig soll das Gerät mit Hilfe von Künstlicher Intelligenz selbsttätig feststellen können, ob entsprechende Veränderungen am Auge vorliegen. Die Lösung dieses Problems ist von entscheidender Bedeutung für künftige Mond- und Marsmissionen. Beteiligte sind das DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin, das DLR Technologiemarketing und das Europäische Astronautenzentrum EAC in Köln.

MetabolicSpace – Atemgas-Analyse zeigt Leistungsfähigkeit

Ziel von MetabolicSpace, einem industriemotivierten Experiment, ist die Entwicklung eines persönlichen, smarten, am Körper tragbaren Atemgas-Analyse-Systems, das die Beweglichkeit nicht einschränkt. Es soll einfach bedienbar sein, Daten automatisch auswerten und die körperliche Leistungsfähigkeit feststellen. Hierzu wird ein kardiovaskuläres Belastungsprofil entwickelt, so dass Astronautinnen und Astronauten nicht an ihrer Belastungsgrenze trainieren müssen.

Die bisherigen Systeme bestehen aus einem Maskensystem, welches am Kopf oder an einem Gestänge befestigt ist. Über Schläuche werden die Gase zu einer externen Einheit abgesaugt und in dieser durch verschiedene Sensoren analysiert. Die Schläuche zwischen Maske und externer Einheit erlauben dabei kein frei bewegliches Training und das Leistungsverhalten wird verfälscht. Verfahren zur automatischen Datenauswertung mit Selbstdiagnosefunktion und einfach verständlicher Anzeige, insbesondere für den nicht medizinischen Sportbereich, werden am Markt bisher nicht angeboten.
Die Erkenntnisse können auch für Leistungssportler genutzt werden. Partner sind das Institut für Luft- und Raumfahrttechnik der Technischen Universität Dresden und die CORTEX Biophysik GmbH, Leipzig.

Touching Surfaces – antimikrobielle Oberflächen im Test

Langzeitaufenthalte von Astronautinnen und Astronauten in einer Raumstation führen dazu, dass sich aus den mitgeschleppten Mikroorganismen eine eigene Mikroflora entwickelt. Dies kann Auswirkungen auf die Gesundheit der Astronauten haben – insbesondere, wenn sich die Zusammensetzung der Mikroflora unter den Bedingungen des Weltraumfluges verändert. Zudem hat sich gezeigt, dass entstehende Biofilme sogar zu Materialschäden führen können. Bei „Touching Surfaces“ werden neuartige Oberflächen auf deren antimikrobielle Wirksamkeit unter Weltraumbedingungen untersucht und getestet. Solche „bioziden“ Oberflächen können zukünftige Maßnahmen zur Kabinenhygiene im All und auf der Erde maßgeblich unterstützen. Diese neuen Oberflächen können in allen Bereichen eingesetzt werden, wo antibakterielle Hygiene eine Rolle spielt. Beteiligte sind das DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin, die Universität des Saarlandes, das University College London und die Hochschule Bonn-Rhein-Sieg.

BIOFILMS – Entstehung bakterieller Biofilme verstehen

Mit dem Experiment BIOFILMS werden auf der ISS neuartige, antimikrobielle metallische Oberflächen auf die Bildung von bakteriellen Biofilmen hin untersucht. Mittels Laser-Technologie wurden vorbereitend Nano-Strukturen auf verschiedenen Oberflächen erzeugt, die verhindern, dass sich Bakterien auf den Oberflächen ansiedeln sollen. Ziel ist es, unter Weltraumbedingungen die Wechselwirkung zwischen den verschiedenen Oberflächen und den Bakterien/Biofilmen zu analysieren. Übergeordnetes Ziel ist die Eindämmung der Kontamination mit Mikroorganismen in der Raumfahrt und die Verhinderung von Materialschädigungen. Diese Verfahren dienen dem grundlegenden Verständnis der Bildung von Biofilmen und können auch eine Rolle bei der Reduktion von Keimbelastungen beispielsweise in Krankenhäusern oder in der Industrie spielen.

Partner sind die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR, das DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin, die Universität des Saarlandes und die ESA.

Nationale Grundschulaktion „Space Seeds II – Weltraumblumen beobachten“

Bei der Mitmach-Aktion „Space Seeds II“ forschen Grundschulkinder mit Wildblumensamen, die mit SpaceX-CRS-23 zur ISS fliegen und nach der Cosmic Kiss-Mission wieder zur Erde zurückkehren. Wie haben die Samen die Reise ins All überstanden? Dazu findet ein Schulwettbewerb im Schuljahr 2022/23 statt. Teilnehmen dürfen Grundschulkinder der dritten und vierten Klassen. Die Klassen erhalten neben begleitendem Unterrichtsmaterial die „Space Seeds“ aus dem All und Vergleichssamen zum Aussäen und Beobachten. Kinder werden so selber zu Forschenden und gleichzeitig sensibilisiert für das Thema Biodiversität und den Schutz unseres einmaligen Planeten. Beteiligte Partner sind die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR, die Rieger-Hofmann GmbH und das BioTESC an der Universität Luzern (Schweiz).

Einmal Weltraum und zurück – über 1.000 Kinder „umkreisen“ die Erde an Bord der ISS

„Hand in Hand um die Welt“ – unter diesem Titel hatte das DLR im Herbst 2020 zu einer großen Mitmach-Aktion aufgerufen. Hierbei haben trotz der schwierigen Corona-Rahmenbedingungen in den Schulen über 1.000 Grundschulkinder ab der 3. Klasse ihr eigenes „Klassen-Selfie“ gemalt. Dabei mussten sich alle Kinder so zeichnen, dass sie sich in einer langen Reihe die Hände geben, so dass aus den 30 Gewinner-Bildern auf einem zehn Meter langen Textilstreifen zusammengefügt eine Menschenkette entsteht. Dieser Textilstreifen fliegt jetzt ebenso an Bord von SpaceX CRS-23 zur Internationalen Raumstation ISS. Aber auch alle anderen Kinder, die mitgemacht haben, sind Gewinner: Denn auch ihre Bilder werden mit an Bord der ISS sein – und zwar in digitaler Form auf einem USB-Stick gespeichert. Beteiligte: DLR-Standort Braunschweig, Ausbildung Feinwerkmechaniker und DLR_School_Lab

Dzhanibekov-Experiment – Faszination Rotation in Schwerelosigkeit

Ein verblüffender Effekt, den schon der Kosmonaut Dzhanibekov 1985 im All bemerkte, wird bei diesem Experiment genauer untersucht – und zwar mit verschiedenen Duplo-Figuren. Es geht dabei um die seltsame Taumelbewegung eines mehrachsigen Objektes. Dabei wechselt sich die scheinbar stabile Rotation plötzlich mit einem schnellen Wenden und Kippen der Drehachse ab. Der Versuch wird auch dazu genutzt, Jugendliche für die oftmals überraschende „Welt der Physik“ zu begeistern. Partner sind die Wilhelm-Löhe-Schule in Nürnberg, das DLR-Institut für Materialphysik im Weltraum und ESA Education.

Weitere Experimente der „Cosmic Kiss“-Mission werden im November mit dem Start von Matthias Maurer zur ISS gebracht sowie mit dem nachfolgenden Versorgungsflug SpaceX CRS-24, der voraussichtlich im Dezember 2021 startet.

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