Quelle: NASA International Space Station, 21. November 2025

Forscher haben die einzigartige Mikrogravitationsumgebung genutzt, um Experimente durchzuführen, die auf der Erde nicht möglich sind, und damit die Forschung in verschiedenen Disziplinen verändert. Mehr als 4.000 Experimente haben die Grenzen der Wissenschaft erweitert, Entdeckungen angestoßen und wissenschaftliche Durchbrüche vorangetrieben.
„Vor 25 Jahren war die Expedition 1 die erste Besatzung, die die Internationale Raumstation ihr Zuhause nannte, und damit begann eine Phase kontinuierlicher menschlicher Präsenz im Weltraum, die bis heute andauert“, sagte Sean Duffy, amtierender Administrator der NASA. „Dieser historische Meilenstein wäre ohne die NASA und ihre Partner sowie alle Astronauten und Ingenieure, die dafür sorgen, dass in der erdnahen Umlaufbahn die Lichter nicht ausgehen, nicht möglich gewesen.“
Um ein Vierteljahrhundert Innovation in der Mikrogravitation zu feiern, stellt die NASA 25 wissenschaftliche Durchbrüche vor, die den nachhaltigen Einfluss der Station auf Wissenschaft, Technologie und Forschung veranschaulichen.

Den Weg zum Mond und Mars ebnen

Die NASA nutzt die Raumstation als Testgelände für die Entwicklung neuer Systeme und Technologien für Missionen außerhalb der erdnahen Umlaufbahn.

• Navigations-, Kommunikations- und Strahlenschutztechnologien, die sich an Bord der Raumstation bewährt haben, werden in Raumfahrzeuge und Missionen zum Mond und Mars integriert.
• Robotersysteme, beispielsweise ein Roboterchirurg und autonome Assistenten, werden das Spektrum der verfügbaren medizinischen Verfahren erweitern und es Astronauten ermöglichen, sich während Missionen fernab der Erde wichtigeren Aufgaben zu widmen.
• Astronauten haben recycelten Kunststoff und Edelstahl verwendet, um Werkzeuge und Teile im 3D-Druck herzustellen. Die Möglichkeit des 3D-Drucks im Weltraum schafft die Grundlage für Reparaturen und Fertigungen auf Abruf während zukünftiger Weltraummissionen, bei denen Nachschub nicht ohne Weiteres verfügbar ist.
• Vom Einsatz des ersten Holzsatelliten über Laserkommunikation bis hin zu selbstheilender Quantenkommunikation ist die Raumstation ein Testfeld für modernste Weltraumtechnologien.

Warum das wichtig ist:

Der Vorstoß der Menschheit zum Mond und zum Mars beginnt mit Entdeckungen in der erdnahen Umlaufbahn. Von der Demonstration, wie Astronauten außerhalb der Erde leben, arbeiten und Geräte reparieren können, bis hin zum Testen von Lebenserhaltungssystemen und fortschrittlichen Materialien – jede Innovation an Bord der Station trägt dazu bei, die Artemis-Mission der NASA und andere Erkundungsinitiativen voranzutreiben und die Menschheit ihrem Ziel näher zu bringen, außerhalb unseres Planeten zu gedeihen.

Leben außerhalb der Erde erhalten

Da die NASA sich darauf vorbereitet, im Rahmen des Artemis-Programms Menschen zum Mond zurückzubringen und weiter zum Mars vorzustoßen, ist die Aufrechterhaltung des Lebens außerhalb der Erde wichtiger denn je.

• Astronauten haben im Weltraum mehr als 50 Pflanzenarten angebaut, darunter Tomaten, Bok Choi, Römersalat und Chilischoten.
• Fortschrittliche Lebenserhaltungssysteme sind in der Lage, bis zu 98 % des Wassers im US-Segment der Raumstation zu recyceln – das ideale Niveau für Erkundungsmissionen.
• Die Gesundheitsdaten der Besatzung zeigen, wie sich der Weltraum auf das Gehirn, das Sehvermögen, das Gleichgewicht und die Kontrolle sowie die Muskel- und Knochendichte auswirkt, und dienen als Grundlage für Strategien zur Aufrechterhaltung der Leistungsfähigkeit von Astronauten während längerer Missionen und zur Verbesserung der Gesundheit auf der Erde.
• Forscher haben DNA im Orbit sequenziert und entwickeln Techniken zur Echtzeit-Bewertung des mikrobiellen Lebens im Weltraum, was für die Erhaltung der Gesundheit von Astronauten unerlässlich ist.

Warum das wichtig ist:

Durch den Anbau von Nahrungsmitteln, das Recycling von Wasser und die Verbesserung der medizinischen Versorgung im Weltraum ebnet die NASA den Weg für zukünftige Langzeitmissionen zum Mond und zum Mars und revolutioniert gleichzeitig die Landwirtschaft und Medizin auf der Erde.

Hilfe für die Menschheit auf der Erde

Die Forschung an Bord des umlaufenden Labors bringt die Menschheit nicht nur weiter in den Kosmos voran, sondern kann auch dazu beitragen, komplexe Probleme der menschlichen Gesundheit auf der Erde anzugehen. Durch die Bereitstellung einer Plattform für langfristige Mikrogravitationsforschung fördert die Raumstation Durchbrüche, die den Menschen auf der Erde direkte Vorteile bringen.

• Die Forschung an Bord der Raumstation liefert neue Erkenntnisse für die Entwicklung von Therapien für Krankheiten wie Krebs, Alzheimer, Parkinson und Herzerkrankungen, indem sie aufzeigt, wie die Mikrogravitation die Zellfunktionen verändert.
• Neue Entwicklungen in der Medizin für Krebs, Muskeldystrophie und neurodegenerative Erkrankungen sind aus der Züchtung von Proteinkristallen in der Mikrogravitation mit größeren, besser organisierten Strukturen hervorgegangen.
• Im Weltraum können hochwertige Stammzellen in größeren Mengen gezüchtet werden, was zur Entwicklung neuer regenerativer Therapien für neurologische, kardiovaskuläre und immunologische Erkrankungen beiträgt.
• Pionierarbeit im Bereich des 3D-Bioprintings, bei dem Zellen, Proteine und Nährstoffe als Ausgangsmaterial verwendet werden, hat zur Herstellung menschlicher Gewebestrukturen wie Knie-Menisken und Herzgewebe geführt – ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Herstellung von Organen im Weltraum für Transplantationspatienten auf der Erde.
• Forscher verwenden miniaturisierte Gewebemodelle, um zu beobachten, wie sich der Weltraum auf Gewebe und Organsysteme auswirkt. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für die Entwicklung und Erprobung von Medikamenten zum Schutz von Astronauten bei zukünftigen Missionen und zur Verbesserung von Behandlungen auf der Erde.
• Fotos, die von Astronauten aufgenommen wurden, haben mit gezielten Aufnahmen aus dem Weltraum die Notfallmaßnahmen bei Naturkatastrophen wie Hurrikanen unterstützt.
• Auf der Raumstation montierte Instrumente schützen wichtige Weltrauminfrastrukturen und liefern Daten über die natürlichen Muster des Planeten, indem sie die Ressourcen der Erde und das Weltraumwetter messen.

Warum das wichtig ist:

Die Mikrogravitationsforschung bringt uns der Herstellung menschlicher Organe im Weltraum für Transplantationen näher und eröffnet neue Wege zur Bekämpfung von Krebs, Herzerkrankungen, Osteoporose, neurodegenerativen Erkrankungen und anderen schweren Krankheiten, von denen Millionen Menschen weltweit betroffen sind. Die Station dient auch als Beobachtungsplattform zur Überwachung von Naturkatastrophen, Wetterverhältnissen und den Ressourcen der Erde.

Unser Universum verstehen

Die Raumstation bietet Wissenschaftlern einen unvergleichlichen Beobachtungspunkt, um mehr über das grundlegende Verhalten des Universums zu erfahren. Durch die Untersuchung kosmischer Phänomene, die normalerweise von der Erdatmosphäre blockiert oder absorbiert werden, und durch die Beobachtung der Physik auf atomarer Ebene können Forscher Geheimnisse erforschen, die von der Erde aus nicht untersucht werden können.

• Daten von Röntgenteleskopen an der Außenseite der Raumstation wurden in mehr als 700 Forschungsarbeiten veröffentlicht und haben dazu beigetragen, unser Verständnis von kollabierenden Sternen, Schwarzen Löchern und Wellen in der Raum-Zeit-Struktur zu verbessern.
• Forscher haben Milliarden von kosmischen Ereignissen aufgezeichnet und damit Wissenschaftlern bei der Suche nach Antimaterie und Signaturen dunkler Materie im Weltraum geholfen.
• Wissenschaftler haben auf der Raumstation den fünften Aggregatzustand der Materie erzeugt und untersucht, wodurch Forscher mithilfe der Quantenwissenschaft Technologien wie Weltraumnavigation, Satellitenbetrieb und GPS-Systeme auf der Erde weiterentwickeln können.

Warum das wichtig ist:

Die Forschung an Bord der Raumstation hilft uns dabei, die tiefsten Geheimnisse unseres Universums zu entschlüsseln, von den kleinsten Quantenteilchen bis hin zu den gewaltigsten kosmischen Explosionen. Beobachtungen von kollabierenden Sternen und Schwarzen Löchern könnten neue Navigationsinstrumente inspirieren, die kosmische Signale nutzen, und unser Verständnis von Raum und Zeit erweitern. Studien zu Antimaterie und dunkler Materie bringen uns dem Verständnis der 95 % des Universums näher, die für das menschliche Auge unsichtbar sind. Die Erzeugung des fünften Aggregatzustands im Weltraum eröffnet neue Quantenwege, die die Technologie auf der Erde und im Weltraum verändern könnten.

Neue Physik entdecken

Physikalische Prozesse verhalten sich in der Schwerelosigkeit anders und bieten Wissenschaftlern neue Perspektiven für Entdeckungen.

• Dank der Erforschung von Flüssigkeitssiedeverhalten, -rückhaltung und -strömung können Ingenieure effizientere Treibstoff- und Lebenserhaltungssysteme für zukünftige Raumfahrzeuge entwickeln.
• Die Analyse von Gelen und Flüssigkeiten, die mit winzigen Partikeln im Weltraum vermischt sind, hilft Forschern bei der Feinabstimmung von Materialzusammensetzungen und hat zu neuen Patenten für Konsumgüter geführt.
• Die Entdeckung von kalten Flammen im Weltraum, einem Phänomen, das auf der Erde nur schwer zu untersuchen ist, hat neue Horizonte in der Verbrennungswissenschaft und im Motorenbau eröffnet.

Warum das wichtig ist:

Durchbrüche in der Grundlagenphysik an Bord der Raumstation treiben Innovationen auf der Erde voran und fördern die Entwicklung von Treibstoff-, Temperaturregelungs-, Pflanzenbewässerungs- und Wasseraufbereitungssystemen für Raumfahrzeuge. Die Forschung im Bereich weicher Materialien verbessert Produkte in der Medizin, im Haushalt und im Bereich erneuerbare Energien, während Untersuchungen zu kühlen Flammen zu saubereren und effizienteren Motoren führen könnten.

Weltweiter Zugang zum Weltraum

Seit dem Jahr 2000 hat die Raumstation privaten Unternehmen, Forschern, Studenten und Astronauten aus aller Welt die Möglichkeit eröffnet, sich an der Erforschung des Weltraums zu beteiligen und die Menschheit auf ihrem Weg zum Mond und zum Mars voranzubringen.

• Die Raumstation ist eine Startrampe für die kommerzielle Weltraumwirtschaft, ermöglicht private Astronautenmissionen und beherbergt Hunderte von Experimenten kommerzieller Unternehmen, denen sie die Möglichkeit bietet, ihre Technologien durch Forschung im Orbit, Fertigungsdemonstrationen und Innovationen zu stärken.
• CubeSats, die von der Raumstation aus eingesetzt werden, ermöglichen es Studenten und Innovatoren auf der ganzen Welt, Funkantennen, kleine Teleskope und andere wissenschaftliche Demonstrationen im Weltraum zu testen.
• Mehr als eine Million Schüler haben über Amateurfunkveranstaltungen mit Astronauten kommuniziert, was die nächste Generation dazu inspiriert hat, sich für Naturwissenschaften, Technik, Ingenieurwesen und Mathematik zu begeistern.
• Mehr als 285 Besatzungsmitglieder aus über 25 Ländern haben den am längsten betriebenen Außenposten der Menschheit im Weltraum besucht, was ihn zu einem Symbol für globale Zusammenarbeit macht.

Warum das wichtig ist:

Die Raumstation hat die Weltraumwirtschaft ermöglicht, in der kommerzielle Forschung, Fertigung und Technologiedemonstrationen einen neuen globalen Marktplatz prägen. Die NASA und ihre internationalen Partner haben eine Führungsposition in der erdnahen Umlaufbahn eingenommen, neue Möglichkeiten für die Industrie geschaffen und den Weg für Erkundungsmissionen zum Mond, zum Mars und darüber hinaus geebnet.

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• **ISS** Hauptthema

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Quelle: Universitätsklinikum Tübingen 11. Juni 2024.

11. Juni 2024 – Bis zum Mars: Das ist das erklärte Ziel der Raumfahrt. Um die Gesundheit und Sicherheit der Astronautinnen und Astronauten sicher zu stellen, wollen Forschende verstehen, wie die Raumfahrt den menschlichen Körper beeinflusst. Eine von ihnen ist Daniela Bezdan aus Tübingen. Sie war an Studien von einer der größten Datensammlungen im Bereich der Luft- und Raumfahrtmedizin beteiligt.

„Das ist ein kleiner Schritt für einen Menschen, ein riesiger Sprung für die Menschheit“ – Fast jeder kennt das Zitat des wohl berühmtesten Astronauten, das während der ersten erfolgreichen bemannten Mondmission entstand. Die nun veröffentlichten Studienergebnisse beinhalten unter anderem Daten von Astronautinnen und Astronauten, die bis zu einem Jahr auf der Internationalen Raumstation ISS verbrachten. Sie sollen den nächsten Schritt in Richtung mehrjähriger Missionen, insbesondere auf den Mars, ebnen. Bemannte Marsmissionen sind das erklärte Ziel von vielen Weltraumbehörden, wie der NASA oder auch von kommerziellen Raumfahrtunternehmen wie SpaceX.

Weltall als menschenfeindliche Umgebung
Die Raumfahrt ist für den menschlichen Körper eine erhebliche gesundheitliche Herausforderung: Unter anderem nimmt die Muskel- und Knochendichte signifikant ab und das Immunsystem verändert sich. Die gesundheitlichen Risiken besser zu verstehen und möglicherweise Gegenmaßnahmen zu entwickeln, ist deshalb unerlässlich. Das Forschungsgebiet „Space Omics“ konzentriert sich beispielsweise darauf, wie der Weltraum die Genaktivität (DNA und RNA) und Zellfunktionen beeinflusst. Diese Fortschritte könnten auch auf der Erde von erheblichem Nutzen sein, etwa in der Krebs- und Alternsforschung.

Tübinger Beitrag im Bereich Luft- und Raumfahrtmedizin
Ein Paket von über 40 Publikationen gewährt detaillierte Einblicke in das „Space Omics“ Forschungsgebiet. Als Teil eines internationalen Forschungsteams war Daniela Bezdan an zwei Studien beteiligt. Sie arbeitet als Wissenschaftlerin im Tübinger Institut für Medizinische Genetik und Angewandte Genomik unter der Leitung von Prof. Dr. Olaf Rieß. „Da die Menschheit in Zukunft immer tiefer in den Weltraum vordringen wird, ist unsere Forschung von entscheidender Bedeutung, um die Raumfahrt noch sicherer zu machen. Unsere Arbeit trägt dazu bei, eine personalisierte Gesundheitsversorgung für die Raumfahrt zu schaffen und bietet uns gleichzeitig auf der Erde neue Behandlungsoptionen“, erläutert Bezdan.

Forschende von verschiedenen internationalen Universitäten, unter der Leitung des Erstautors Matthew MacKay, konnten in der ersten Studie Gene identifizieren, die genetisch verändert werden könnten, um Menschen besser an die lebensfeindliche Umgebung des Weltalls anzupassen. Dies könnte ihnen letztendlich helfen, auf langen Weltraummissionen robuster zu sein.

In einer zweiten Studie hat sich Daniela Bezdan unter der Leitung von Lindsay Rutter von der Universität Glasgow und Stefania Giacomello von der Königlich Technischen Hochschule Stockholm mit dem Problem befasst, wie die Gesundheit von Astronautinnen und Astronauten besser untersucht und diagnostiziert werden kann. Orientiert haben sich die Forschenden an der „Human Cell Atlas Initiative“, bei der sich Forschende weltweit zusammengetan haben, um jede einzelne Zelle des menschlichen Körpers zu beschreiben. Ziel ist es, die Vorgänge im gesunden Körper zu verstehen, um auf dieser Basis Krankheiten besser diagnostizieren, behandeln und vorbeugen zu können. So wie die personalisierte Gesundheitsversorgung auf der Erde genetische Informationen und Lebensstilfaktoren nutzt, könnten ähnliche Methoden eine bessere Gesundheitsversorgung für Astronautinnen und Astronauten auf langen Missionen ermöglichen.

Zukunft der Raumfahrtmedizin
Mit den vorliegenden Daten des umfassenden Publikationspaketes erhoffen sich die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen die gesundheitlichen Risiken für zukünftige Weltraummissionen zu minimieren. Christopher E. Mason, Professor für Genomics am Weill Cornell Weill Medical College der Cornell University und einer der führenden Wissenschaftler innerhalb des Publikationspaketes, ist sich sicher: „Die internationale Kollaboration ist ein Meilenstein in unserem Bestreben, die Gesundheit und Sicherheit von Astronauten zu gewährleisten. Mithilfe dieser umfangreichen Datensätze können wir personalisierte Empfehlungen entwickeln, die Raumfahrern helfen, auch unter den widrigsten Bedingungen erfolgreich und vor allen Dingen gesund ihre Mission zu erfüllen.“

Neben ihrer wissenschaftlichen Tätigkeit in der Tübinger Genetik repräsentiert Daniela Bezdan das Universitätsklinikum und Deutschland als eine von drei Koordinatorinnen und Koordinatoren verschiedener Organisationen in der Weltraumforschung: NASA Genelabs Microbiome AWG, ESA-funded Space Omics Topical Team und bei ISSOP – International Standards of Space Omics Procedure zusammen mit Mitgliedern aus NASA (USA), JAXA (JAPAN) und ESA (EUROPA).

Nature Übersichtsartikel
https://www.nature.com/collections/ebdbcahdgc

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Quelle: Charité – Universitätsmedizin Berlin 1. Februar 2024.

1. Februar 2024 – Muskelschwund, Knochenabbau und Veränderungen im Gehirn: Das sind nur einige der Folgen, mit denen Raumfahrende nach Aufenthalten in der Schwerelosigkeit zu kämpfen haben. Dazu kommt die psychologische Belastung durch die räumliche Enge und Isolation auf einer Raumstation. Nicht nur weil die Weltraumorganisationen längere bemannte Flüge ins All planen, sondern auch weil der Weltraumtourismus an Fahrt aufnimmt, kommt der Erforschung dieser Phänomene eine wachsende Bedeutung zu.

Dabei ist der Weltraum nur die extremste Umwelt, in die sich der Mensch begeben kann. Auch auf der Erde gibt es Bedingungen, die den Körper außergewöhnlich stark belasten – zum Beispiel durch sehr hohe oder niedrige Temperaturen, Über- und Unterdruck oder Reizarmut. Die Erforschung dieser Umgebungen und ihres Einflusses auf den Menschen hilft nicht nur, Expeditionen ins Hochgebirge oder die Arbeit der Feuerwehr sicherer zu gestalten, sondern liefert auch wichtige Erkenntnisse zum Umgang mit Hitzewellen, Bewegungsarmut oder Einsamkeit.

Selbst viele Erkenntnisse zum Aufenthalt im Weltraum kommen den Menschen auf der Erde zugute: Ähnlich wie im All verlieren Personen, die lange liegen müssen, viel Muskulatur, ihr Osteoporose-Risiko steigt. Und wie im All kann Krafttraining dieses Risiko senken. Um die anatomischen, physiologischen und psychologischen Anpassungen des Menschen an den Weltraum zu untersuchen, müssen Forschende aber nicht zwangsläufig Experimente im All durchführen. Durch Simulationsszenarien wie Parabelflüge, Isolationsstudien in der Antarktis oder Bettruhestudien lassen sich wichtige Erkenntnisse auch auf der Erde sammeln.

Studium an drei Universitäten in Europa
Um den wissenschaftlichen Nachwuchs für dieses Fachgebiet spezifisch auszubilden, haben die Charité, die Université de Caen Normandie (Frankreich) und die Jožef Stefan International Postgraduate School (Slowenien) ihre Expertise in der Weltraummedizin vereint und einen Gemeinsamen Erasmus-Mundus-Masterstudiengang konzipiert. Er soll Studierende dazu befähigen, die Fachgebiete der Weltraummedizin und Physiologie in extremen Umwelten aufseiten der Forschung voranzubringen, Raumfahrende medizinisch zu betreuen oder Lebenserhaltungssysteme für die Raumfahrt zu entwickeln.

„An der Charité haben wir mit dem Forschungsschwerpunkt Weltraummedizin am Institut für Physiologie eine lange Tradition der Untersuchung des Menschen im Weltraum und in extremen Umwelten“, sagt PD Dr. Alexander Stahn vom Institut für Physiologie der Charité, der den Studiengang an der Charité koordinieren wird. „Wir beforschen Fragenstellungen vom Bewegungsapparat bis zum zentralen Nervensystem, unsere Erkenntnisse haben internationale Strahlkraft. Ich freue mich sehr, dass wir diese ausgewiesene Kompetenz zusammen mit unseren Partnern nun in einem einzigartigen Studiengang strukturiert und interdisziplinär an die nächste Generation weitergeben können.“

Für Absolvent:innen aus Medizin, Natur- und Ingenieurswissenschaften
Das zweijährige Ausbildungsprogramm richtet sich an Interessierte mit einem Hochschulabschluss in Medizin, einem Masterabschluss in Ingenieurswissenschaften oder einem Bachelorabschluss in Natur- oder Bewegungswissenschaften. Die Studierenden verbringen je ein Semester an jeder der drei Universitäten und fertigen anschließend ihre Masterarbeit an einer von 28 internationalen Partnerorganisationen an. Sie haben die Möglichkeit, an Forschungsprojekten mitzuarbeiten, die von Raumfahrtagenturen wie der NASA und ESA oder dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gefördert werden. Anschließend erhalten sie einen gemeinsam von den drei Universitäten ausgestellten Erasmus-Mundus-Masterabschluss.

Interessierte können sich bis zum 1. März über die Université de Caen Normandie für die Teilnahme an dem Studiengang bewerben. Das Programm bietet im ersten Jahrgang 13 Studienplätze, für die Stipendien zur Verfügung stehen. Unterrichtssprache ist Englisch. Die Einrichtung des Gemeinsamen Erasmus-Mundus-Masterstudiengangs wird von der EU mit rund 4,7 Millionen Euro gefördert.

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• Bemannte Raumfahrt und Gesundheit

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Quelle: DLR.

Am 3. Januar 2019 ist die chinesische Mondlandesonde Chang’e-4 auf der Rückseite des Erdmonds gelandet. An Bord ist auch ein deutsches Messinstrument für Weltraumstrahlung. Das Lunar Lander Neutron and Dosimetry, kurz LND, hat seitdem Messungen kosmischer Strahlung aufgezeichnet, die erstmals eine zeitliche Auflösung haben. Bisherige Geräte konnten nur Daten einer gesamten „Missionsdosis“ sammeln. Das Wissenschaftsjournal Science Advances berichtet in seiner aktuellen Ausgabe über die Arbeit der internationalen LND-Wissenschaftlergruppe, die sich mit der genaueren Strahlungsmessung auf dem Mond beschäftigt hat und an der auch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) beteiligt ist.

„In den kommenden Jahren und Jahrzehnten planen verschiedene Nationen, mit astronautischen Missionen den Mond zu erforschen. Für den Menschen stellt dabei die Weltraumstrahlung ein erhebliches Gesundheitsrisiko dar. Schon die Apollo-Astronauten trugen deshalb Strahlenmessgeräte, sogenannte Dosimeter, am Körper. Allerdings wurde damit nur die Strahlenbelastung über die gesamte Mission hinweg bestimmt“, sagt Dr. Oliver Angerer, LND-Projektleiter im DLR Raumfahrtmanagement. Mit dem LND sind demgegenüber – für die verschiedenen Charakteristika des Strahlenfelds – Zeitintervalle von einer, zehn oder sechzig Minuten möglich. Dies erlaubt es den Forschenden, die sogenannte Äquivalentdosis zu berechnen. Diese ist wichtig, um die biologischen Effekte abzuschätzen.

Hohe Strahlenbelastungen im Raumanzug
DLR-Strahlenphysiker Dr. Thomas Berger vom DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin ist an der Publikation beteiligt und erläutert: „Die von uns gemessene Strahlenbelastung ist ein gutes Maß für die Strahlung innerhalb eines Astronautenanzugs. Die Messungen ergeben eine Äquivalentdosisleistung – die biologisch gewichtete Strahlendosis pro Zeiteinheit – von etwa 60 Mikrosievert pro Stunde. Zum Vergleich: Auf einem Langstreckenflug von Frankfurt nach New York ist die Dosisleistung etwa fünf bis zehn Mal geringer, am Erdboden gute 200 Mal. Ein Langzeitaufenthalt auf dem Mond ist also eine hohe Belastung für den menschlichen Körper.“

„Wir Menschen sind eben nicht gemacht für die Weltraumstrahlung“, ergänzt Prof. Robert Wimmer-Schweingruber von der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, dessen Team das LND-Instrument entwickelt und gebaut hat. „Darum müssen sich Astronauten bei längeren Mondmissionen vor ihr abschirmen – zum Beispiel, indem sie ihre Unterkunft mit einer dicken Schicht Mondgestein bedecken. So könnte bei möglichen Langzeitaufenthalten auf dem Mond das Risiko für Krebs und andere Erkrankungen gesenkt werden.“

Das Kieler Gerät misst jeweils „tagsüber“ und bleibt – wie alle anderen wissenschaftlichen Geräte während der sehr kalten und fast zwei Wochen dauernden Mondnacht – ausgeschaltet, um Energie zu sparen. Gerät und Lander sollten mindestens ein Jahr lang messen und haben dieses Ziel bereits übertroffen. Die Daten des LND und des Landers werden über den Relais-Satelliten Queqiao („Elsterbrücke“) zur Erde übertragen, der sich über der erdabgewandten Seite des Mondes befindet.

Astronautische Weltraumforschung auf dem Mond und darüber hinaus
Auch hinsichtlich zukünftiger interplanetarer Missionen sind die Strahlungsdaten relevant: Da der Mond weder ein schützendes Magnetfeld noch eine Atmosphäre besitzt, ist das Strahlungsfeld auf der Mondoberfläche dem im interplanetaren Raum ähnlich. „Deshalb werden die Messungen des LND auch verwendet, um Computermodelle für die Berechnung von zu erwartender Strahlenbelastungen zu entwickeln, zu verbessern und so zum Strahlenschutz für die Astronauten zukünftiger Missionen beizutragen. Dabei ist es wichtig, dass der Detektor auch Rückschlüsse auf die Zusammensetzung des Strahlungsfelds zulässt – zum Beispiel wie viele Neutronen und hochenergetische geladene Teilchen gemessen werden „, verdeutlicht DLR-Strahlenphysiker Berger.

Finanzierung
Das Lunar Lander Neutron and Dosimetry ist im Auftrag des Raumfahrtmanagements im DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie von der der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel entwickelt und gebaut worden. Die Forschung am DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin wird über das DLR Raumfahrt-Programm „Erforschung des Weltraums“, Vorhaben „Moon and Mars Exploration Studies“ (MoSES) unterstützt.

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• Chang’e 4 – Mondlander und Rover
• Strahlenschutz

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Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: NASA.

Zu Beginn eines Langzeitaufenthaltes werden zunächst viele medizinische Parameter aller Besatzungsmitglieder gemessen, um im Verlaufe des Aufenthaltes in der Schwerelosigkeit auftretende Veränderungen später genau bestimmen zu können (u. a. Experimente CCISS, Periodic Health Status und Pnevmokard). Messungen der Wadenmuskulatur, der Körpermasse, des Blutdrucks, der Herz-Kreislauf- und Lungenfunktion gehören ebenso dazu wie Durchblutungsmessungen (Hirn, Finger sowie Photoplethysmogramm), Aufzeichnung von Herzgeräuschen, Atemfrequenzbestimmung, Urin- und Blutanalysen. Dazu dient eine ganze Reihe von Experimenten und Routineuntersuchungen, denen sich Gennadi Padalka, Michael Barratt und Koichi Wakata unterzogen.

Bei der Massebestimmung kann man keine normale Waage verwenden. Stattdessen kamen in Swesda und Columbus verschiedene Geräte zum Einsatz, bei denen ein Balken, an dem der Raumfahrer festgeschnallt ist, in Schwingungen versetzt wird. Bei bekannter Federkonstante lässt sich aus der Periodendauer die (träge) Masse berechnen. Weitere Experimente zum Komplex Physiologie waren Nutrition (Einfluss der Ernährung auf körperliche Veränderungen), SLEEP (Schlaf-Wach-Rhythmus), BIORHYTHM (Langzeit-EKG), Sonokard (kontaktfreie Überwachung möglichst vieler Körperfunktionen im Schlaf und beim Sport), Hematokrit (Messung der Abnahme der Anzahl der roten Blutkörperchen bei längeren Raumflügen) und Bisphosphonates (Medikamente gegen Knochenabbau).

Aber auch psychische Veränderungen werden erforscht. Bodies in the Space Environment (BISE) untersucht mittels PC und einer „Brille“, mit der alles außer dem Bildschirminhalt ausgeblendet wird, wie Raumfahrer in der Schwerelosigkeit oben und unten empfinden. Dazu sehen sie die Buchstaben p und d auf verschiedenen Hintergrundbildern. Die Buchstaben sind praktisch identisch, wenn man sie um 180° dreht. Die Raumfahrer müssen sich nun kurzfristig entscheiden. Präfrontale Hirnfunktionen und räumliche Wahrnehmung sind genauso Forschungsgegenstand wie der Einfluss der Gravitation auf Hirnaktivitäten.

Im Rahmen von WinSCAT (Spaceflight Cognitive Assessment Tool for Windows) werden mittels Frage-Antwort-Test die kognitiven Fähigkeiten in Abständen von 30 Tagen bestimmt. Untersucht werden Lern- und Konzentrationsfähigkeit, Aufmerksamkeit, Kurzzeitgedächtnis, räumliches Vorstellungsvermögen und mathematisch-logische Fertigkeiten. Michael Barratt war erster Proband.

Zusätzlich werden von den einzelnen Besatzungsmitgliedern private medizinische Konferenzen (PMC) mit Betreuern auf der Erde abgehalten und Fragebögen zum persönlichen Befinden, zur Zusammenarbeit in Teams (innerhalb der Station sowie mit den Kontrollzentren) und eventuellen Zwischenfällen ausgefüllt (Wsaimodeistwije/Interactions).

Experimentiert wurde auch zu Verbrennungsvorgängen in der Schwerelosigkeit (Fluids & Combustion Facility mit Methanol), Colloiden (BCAT-4), Kristallwachstum (CGBA 5 & FACET) und Technologie (ENose). Bei FACET beispielsweise wird das facettenartige Wachstum durchsichtiger organischer Materialien in der Schwerelosigkeit aufgezeichnet. Die meisten dieser Untersuchungen benötigen nur einen gringen Betreuungsaufwand.

Die Erdbeobachtung rückt in der nächsten Zeit verstärkt in den Mittelpunkt des Interesses. Neben den obligatorischen Observationen besonderer Vorkommnisse auf der Erde (Crew Earth Observation, Uragan bzw. EKON), bei denen u. a. die Städte Peking, Pjöngjang, Belgrad, Minneapolis/St. Paul, Kairo, Teheran, Athen, Mumbai, Dehli, Wien, Prag, Bratislawa, Budapest, Baku, Berlin, Riad, Tunis, Khartoum, Nouakchott (Mauretanien), Austin, Houston, Muskat (Oman) und Mexico City wurden auch die italienische Erdbebenregion um L’Aquila, der Drei-Schluchten-Staudamm, Zentral-Japan, die Region um Baikonur, der Slate-Island-Krater in Kanada, der Redoubt-Vulkan in Alaska, die Karpaten, der Sewan-See, die Flüsse Don und Wolga, die Kurilen und Kamtschatka im Detail fotografiert.

Neu aufgebaut wurde die Multispektralkamera AgCam (Agricultural Camera), die von Studenten der University of North Dakota entwickelt wurde und mit der landwirtschaftlich interessante Phänomene untersucht werden sollen. Im sichtbaren Licht und im nahen Infrarot lassen sich Aussagen z. B. über Reifegrad, Schädlingsbefall oder ökologische Parameter gewinnen. Beobachtungsregionen werden Felder, Wiesen, Wälder und Feuchtgebiete im Norden der USA sein.

Ebenfalls vorbereitet wurde ein Pflanzenexperiment im Lada-Gewächshaus. Hier kann das Wachstum von Pflanzen von der Aussaat über die Befruchtung bis zur Ernte in der Schwerelosigkeit unter kontrollierten Bedingungen beobachtet und aufgezeichnet werden.

Reparaturarbeiten wurden am Cycle Ergometer with Vibration Isolation System (CEVIS) und mehreren Steuercomputern (TVS) vorgenommen. Breiten Raum nahmen auch mikrobiologische Analysen von Wasserproben sowie Untersuchungen der Luftqualität (Formaldehyd-Konzentration) und des Geräuschpegels an 54 Messpunkten ein. Dazu verwendete Koichi ein spezielles Messgerät (Sound Level Meter). Darüber hinaus werden Luftstromsensoren, Lebenserhaltungssystem und hygienische Einrichtungen täglich, andere Komponenten wie Feuerlöscher, Sauerstoffgeneratoren oder CO₂-Absorber in festgelegten Intervallen oder bei bestimmten Anlässen kontrolliert.
Weitere Wartungsarbeiten betrafen die Toilette (Austausch von Schläuchen und weiterer mobiler Teile gegen neue), die Extravehicular Mobility Units (EMU) der US-Raumanzüge (Versetzen der Kühlflüssigkeit mit Iod zur Vermeidung bakteriologischer Kontaminationen), verschiedene Computer (Reboots, Antivirenupdate), Avionics Rack 3 sowie Luftventilatoren.

Amateurfunkkontakt bestand in dieser Woche mit Schülern in Japan sowie mit verschiedenen Einrichtungen in Russland aus Anlass des 48. Jahrestages des ersten Raumfluges am 12. April 1961. Natürlich gab es auch höchstoffizielle Kontakte mit Roskosmos, Energia, dem Institut für biologisch-medizinische Probleme sowie dem Gagarin-Trainingszentrum im Sternenstädtchen in der Nähe von Moskau, Pressekontakte mit CNN und ABC sowie private Familienkonferenzen. Am 16. April feierte Michael Barratt seinen 50. Geburtstag. Glückwunsch, Mike!

Koichi testete für die japanische Frauenuniversität Tokio einen neuen Bordanzug mit fantastisch anmutenden Eigenschaften. Er ist antibakteriell, desodorierend, wasseraufsaugend, thermisch isolierend, schnelltrocknend, feuerresistent, antistatisch, komfortabel und attraktiv.

Nachdem Dextre (Special Purpose Dexterous Manipulator – SPDM) in der letzten Woche von der Erde aus ferngesteuert an einen zukünftigen Testort transportiert wurde, trainierte die ISS-Besatzung in dieser Woche den praktischen Umgang mit dem Space Station Remote Manipulator System SSRMS (Canadarm2) und testete dabei einen speziellen Algorithmus, mit dem Fehlstellungen des Arms vor dem Ankoppeln an einer Power & Data Grapple Fixture (PDGF) erkannt und automatisch Anpassungen vorgenommen werden sollen (Force Moment Accomodation). Allerdings kam es dabei zu einer Bewegung um etwa 10 cm, die nicht von den Astronauten veranlasst wurde. Daraufhin wurde das FMA zunächst wieder dektiviert. Weitere Untersuchungen folgen.

Raumcon:

• ISS-Hauptthema seit 11. April

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Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: NASA, Energia.

Während also Michael Fincke und Juri Lontschakow verstärkt Sport treiben, abschließende medizinische Untersuchungen an sich vornehmen oder vornehmen lassen, Proben von Experimenten für den Rücktransport vorbereiten, mit einem speziellen Computerprogramm Flugsimulationen unter Zeitdruck und medizinischer Beobachtung (ein Elektroaculogramm zeichnet die Augenbewegungen auf) bewältigen und ein stundenlanges Landetraining absolvieren, begannen bei Gennadi Padalka, Michael Barratt und Koichi Wakata verschiedene Untersuchungen.

Neu ist das Experiment Tipologija, bei dem man mittels EEG, psychologischer Tests und Frage-Antwort-Spiel herausfinden will, wann es um die Leistungsfähigkeit eines Langzeitraumfahrers besser oder schlechter bestellt ist. Am liebsten wäre den Wissenschaftlern ja eine Anzeige, die angibt, welche Belastung dieser oder jener Proband in der aktuellen Phase schadlos verträgt. Gennadi absolvierte das Experiment erstmalig. Dabei musste er Farbtests bestehen und ein Computerfragespiel möglichst fehlerarm lösen. Das EEG wurde über eine Kappe mit Kopfelektroden abgenommen.

Koichi nimmt schon seit ein paar Tagen regelmäßig ein spezielles Medikament gegen den bisher unbeherrschbaren Knochenabbau. Hinzu kam zum Ende der Woche nun ein Langzeit-EKG. Dazu trug er eine transportables Gerät, das seine Werte auch im Schlaf aufzeichnete. Schließlich musste auch noch ein Ernährungsfargebogen ausgefüllt werden, was dann auch Michael Barratt erstmals vornehmen durfte.

Weitere erwähnenswerte Experimente betrafen facettenartiges Kristallwachstum durchsichtigen organischen Gewebes in einer Anlage zur Physik von Flüssigkeiten in Kibo (FACET in Fluid Physics Experiment Facility), die Aktivierung eines Messgerätes zur Bestimmung von Beschleunigungswerten im US-Labor Destiny (SAMS = Space Acceleration Measurement System), die Untersuchung des Einflusses veränderter optischer Wahrnehmung u. a. durch optische Täuschungen auf die Motorik (3D Space), die Inbetriebnahme eines automatischen Experiments zur fotografischen Erfassung der Bewegungen von Kolloid-Verbindungen in einer Dispersion über sechs Tage (Binary Colloid Alloy Test 4, BCAT) sowie die Aktivierung mehrerer biologischer Proben unter kontrollierten thermischen Bedingungen (22 °C) zum Studium des Schwerkraftsinns von Pflanzen (POLCA und GRAVIGEN).

Wartungstechnisch wurde an Lebenserhaltungs- und Versorgungssystemen (Elektrolysesystem zur Sauerstoffgewinnung, CO₂-Absorber, Wasseraufbereitungsanlagen) gearbeitet sowie Luftstrom, Fenster und Sportgeräte inspiziert. Amateurfunkkontakt bestand zu Schulen in Japan und Frankreich, Untersuchungsobjekte bei der Erdbeobachtung waren die Anden in Bolivien, der Santa-Maria-Vulkan in Guatemala, Sedimentfächer (Megafans) in Algerien, ausgewählte Bereiche in Arizona und New Mexico und die deutsche Hauptstadt Berlin. Erwähnenswert ist auch ein Bildungsprojekt. Im Rahmen von Fisika-Obrasowanije wurden Experimente mit „fliegenden Untertassen“ ausgeführt und aufgezeichnet.
Der Merlin-Kühlbehälter musste nach einem Fehlalarm abgeschaltet werden. In ihm werden normalerweise Speisen und Getränke der Raumfahrer gekühlt. Eine ganze Weile wird man auch noch mit der Nachbereitung der Außenbordeinsätze der Discovery-Besatzung beschäftigt sein. In den letzten Tagen wurden mehrere CO₂-Absorber-Patronen „ausgebacken“ und die Flüssigkeiten in den Kühlkreisläufen der verwendeten Raumanzüge gefiltert. Mit Iodverbindungen versetzt, vermeidet man auch biologische Kontaminationen.
Da derzeit zwei Männer mit dem Vornamen Michael in der Station Dienst tun, werden sie zur besseren Unterscheidung in den Tätigkeitsberichten mit Col. Mike (Michael Fincke) und Dr. Mike (Michael Barratt) benannt.

Ein nicht neues aber möglicherweise ernstes Problem stellt der beschädigte Radiator an der Gitterstruktur dar. Hier hat sich ein Teil der Verkleidung gelöst, so dass die Kühlschlangen jetzt an einer kleinen Stelle freiliegen. Dadurch könnte die Belastung auf das Material wachsen und ein Leck entstehen. Mit diesem Problem müssen sich aber die Techniker auf der Erde auseinandersetzen. Eine Reparatur während einer der nächsten Shuttle-Missionen liegt im Bereich des Möglichen.

Mittlerweile wurde der Landetermin um einen Tag, auf den 8. April, verlegt. Am vorhergesehenen Landeort sind die Bodenverhältnisse derzeit wetterbedingt ungünstig.

Raumcon:

• ISS-Hauptthread ab 2. April

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Autor: David Langkamp. Vertont von Dominik Mayer.

Eine Person erleidet einen Herzinfarkt oder bricht sich ein Bein. Innerhalb weniger Minuten ist durch das ausgeklügelte Rettungssystem in den Industrieländern eine medizinische Versorgung garantiert. Rettungshelikopter sind in der Lage, Schwerverletzte in nur wenigen Minuten zur nächsten Klinik zu fliegen. Doch was passiert bei einem medizinischen Unfall im Weltall – möglicherweise abertausende Kilometer weg von jeglicher medizinischen Einrichtung?

Traurige Tatsache ist, dass die medizinischen Versorgungsmöglichkeiten im All derzeit noch äußerst begrenzt sind. Der Grund dafür liegt wohl darin, dass die Raumfahrtmissionen der letzten 40 Jahre oftmals nur recht kurze Vorstöße ins All waren. Die Astronauten wurden gesundheitlich perfekt durchgecheckt. Einen medizinischen Notfall sah man als unwahrscheinliches „Worst Case“ Szenario an, welches man als akzeptables Risiko aus den Überlegungen ausklammerte.

Doch mit der russischen Raumstation MIR und schließlich mit der ISS wurde eine neue Ära der ständigen menschlichen Präsenz im All eingeleitet. Stets befinden sich Menschen in der Umlaufbahn um unseren Planeten. Wichtige Voraussetzung für diese permanente Präsenz ist die Möglichkeit medizinischer Versorgung. Noch prekärer wäre die fehlende Möglichkeit einer notfallmedizinischen Versorgung bei einer Jahre dauernden bemannten Mission zum Mars.

Mit dem Wandel in der Raumfahrt – auch hin zu mehr Weltraumtourismus – wird die medizinische Versorgung unverzichtbar. Die Herausforderungen bei der Entwicklung von Versorgungsmöglichkeiten liegen in den stark abweichenden Rahmenbedingungen des Weltalls. Vor allem die Abwesenheit der Schwerkraft stellt die Entwickler vor eine Reihe großer Probleme. Diese reichen von der Tatsache, dass eine Infusion in der Schwerelosigkeit nicht von alleine fließt, bis zu der Notwendigkeit, eine Herzdruckmassage anders durchzuführen als gängig. Alle beteiligten Personen und Geräte müssten ständig fixiert sein, um ein vernünftiges Arbeiten zu ermöglichen.
Daneben müsste die Ausrüstung allgemeinen Kriterien der Raumfahrt wie beispielsweise geringe Masse, außerordentliche Zuverlässigkeit sowie eine einfache und sichere Handhabung genügen.

Jetzt hat es sich ein junges Team werdender Ingenieure der Technischen Universität München rund um Prof. Eduard Igenbergs, den Leiter des Fachgebiets Raumfahrttechnik, zur Aufgabe gemacht, sich diesen Herausforderungen zu stellen und eine geeignete Krankenstation für den Einsatz im Weltall zu entwickeln. Im Rahmen ihres Zero-G-Sickbay Projekts, zu Deutsch „Schwerelosigkeits-Krankenstation“, sollen folgende vier Schwerpunkte bearbeitet werden:

Ergonomisch gestaltetes Krankenbett
Da der menschliche Körper in der Schwerelosigkeit eine andere Haltung (null-G-Position) annimmt, als auf der Erde, muss ein Krankenbett auch nach entsprechenden ergonomischen Gesichtspunkten konzipiert sein. Außerdem ist es unerlässlich, den Patienten in seinem Bett zu fixieren, damit dieser auch dort bleibt.
Ein eigens für die null-G-Sickbay entwickeltes Gurt-System ermöglicht es zudem, Gurte an zu versorgenden Körperpartien zu öffnen, ohne die Fixierung des Patienten negativ zu beeinflussen. Des Weiteren ist die Integration eines Life Pack vorgesehen, das die Versorgung und Stabilisierung von Wunden, Brüchen und sonstigen Verletzungen (toxikologische Unfälle o.ä.) sicherstellt.

Fixierung des Ersthelfers
Eine gute Fixierung des Ersthelfers ist ein weiterer entscheidender Punkt bei der medizinischen Notversorgung in der Schwerelosigkeit, um zu gewährleisten, dass sich der Helfer nicht ständig mit einer Hand irgendwo festhalten muss, um nicht davon zu schweben. Dazu wurde das Konzept des Munich Space Chair übernommen, und für die konkrete Anwendung modifiziert.

Integration einer Reanimations – Einheit
Bis dato sind die Möglichkeiten, eine Herzdruck-Massage bei Weltraum-Missionen auszuführen, noch nicht gegeben, da der Ersthelfer, in Folge der fehlenden Schwerkraft, keinen Druck auf den Brustkorb des Patienten ausüben kann, und auch noch keine geeigneten Geräte an Bord von Raumstationen sind, beziehungsweise bei Raumflug-Missionen mitgenommen werden. Das zukunftsorientierte Konzept der null-G-Sickbay sieht daher die Integration einer Reanimations-Einheit vor. Diese Maschine führt parallel die Herzdruck-Massage und die künstliche Beatmung aus, sodass sich der Ersthelfer währenddessen um eventuell bestehende, weitere Verletzungen kümmern kann.

Integration eines EKG
Das Konzept der null-G-Sickbay sieht außerdem die Integration eines EKG und eines Defibrilators vor, um Patienten mit Problemen des Herzkreislaufes (bis hin zum Herzstillstand) im Weltraum behandeln zu können.

Die Krankenstation müsste natürlich auch getestet werden. Ein echter Raumflug ist hierfür schlicht zu kostspielig. Doch es gibt verschiedene Verfahren, um zu experimentellen Zwecken Mikrogravitationsbedingungen zu schaffen. Dazu gehören in erster Linie die Verwendung von Falltürmen, sowie der raketengestützte und der flugzeuggestützte Parabelflug. Der flugzeuggestützte Parabelflug nimmt dabei eine besondere Stellung ein, da er als einziges die Möglichkeit bietet, Mikrogravitationsexperimente auch unter Einbeziehung des Menschen durchzuführen.

Die Studenten haben sich, im Rahmen der diesjährigen Parabelflugkampagne der Europäischen Weltraumbehörde (ESA) beworben, ihr Projekt testen zu dürfen. Das Flugteam setzt sich aus vier Studenten der TU zusammen.

Die Realisierung dieses umfangreichen, multidisziplinären Konzepts ist nur durch die finanzielle Unterstützung seitens der Industrie möglich. Hierfür suchen die jungen Münchner noch Sponsoren. Nähere Informationen zum Sponsoring finden Sie auf der Internetseite des Projekts.

Das Zero-G-Sickbay Team erhofft sich Spin-Offs für Anwendungen auf der Erde. Die Stunden hoffen, dass sich das gewonnene Know-how vielleicht auch für die medizinische Versorgung unter extremen Bedingungen einsetzen ließe. So zum Beispiel bei der Seerettung oder bei der Versorgung in abgelegenen Gegenden.

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