Quelle: ZARM / News / Forschung für die Handhabung von flüssigem Wasserstoff im Weltraum, 24. März 2026

Wasserstoff und Sauerstoff sind eine der effizientesten Treibstoffkombinationen für moderne Raumfahrtantriebe. Um einen volumen- und massenoptimierten Tank eines Raumfahrzeugs zu realisieren, werden die kryogenen Treibstoffe heruntergekühlt bis sie einen flüssigen Aggregatzustand erreichen. In diesem Zustand besitzt die tiefkalte Flüssigkeit eine höhere Dichte als im gasförmigen Zustand und kann in kleineren, dünnwandigeren Tanks bei annähernd Umgebungsdruck gelagert werden. Die Handhabung der tiefkalten Flüssigkeiten unter reduzierter Schwerkraft stellt die Industrie und die wissenschaftliche Community jedoch vor große Herausforderungen: Bereits kleinste lokale Überhitzungen der Tankwand oder der Leitungen können Dampfblasen entstehen lassen. Der Entstehungsort sind sogenannte Keimstellen auf der mit Flüssigkeit benetzten Innenseite des Tanks.

Dieser Vorgang wird als Blasensieden bezeichnet und kann den thermodynamischen Zustand des Treibstoffs im Tank wesentlich beeinflussen: Die Entstehung und das Wachstum der Blasen führen dazu, dass eine Mischung aus Flüssigkeit und Gas vorliegt, die den Druck im Tank ansteigen lässt und den Dampfgehalt verändert. Es besteht außerdem das Risiko, dass das Ansaugen von Gasblasen, die sich in der Flüssigkeit befinden, den Betrieb des Motors beeinflusst.

Erkenntnisse aus dem Fallturm Bremen

Im Bremer Fallturm konnten die Forschenden die Entstehung und das Wachstum einzelner Wasserstoffdampfblasen gezielt hervorrufen und beobachten. Dabei wurde eine künstliche Keimstelle in Form einer winzigen Kavität im Material erhitzt. Da die Versuche unter reduzierter Schwerkraft erfolgten, ist die Dampfblase am Entstehungsort verblieben und wurde nicht auftriebsbedingt (wie unter Erdschwerkraft) wegbewegt.

Die aufgenommenen Experimentbilder und Messwerte ermöglichen eine Quantifizierung des Blasenwachstumsprozesses. Ein vom Heizer dissipierter Wärmestrom von nur 80 Milliwatt führte bereits zur Aktivierung der künstlichen Keimstelle. Innerhalb von 3,6 Sekunden ist daraufhin eine Dampfblase bis auf einen Durchmesser von etwa vier Millimetern angewachsen. In Verbindung mit den thermischen Randbedingungen liefern die Experimentergebnisse wichtige Daten, um numerische Modelle für das Siedeverhalten von flüssigem Wasserstoff im Weltraum weiter zu entwickeln.

„Unsere Experimentergebnisse tragen wesentlich dazu bei, die thermodynamischen Prozesse in kryogenen Treibstoffsystemen besser zu verstehen“, sagt André Pingel, Leiter der Arbeitsgruppe „Mehrphasenströmungen“.

Die Experimente wurden im Rahmen des bereits abgeschlossenen Vorhabens „Kavitation und Sieden von Methan und Wasserstoff“ (KASIMOFF 2) durchgeführt. Das Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) über das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR e.V.) unter dem Förderkennzeichen 50RL2290 gefördert.

Weitere Informationen

Link zur Publikation: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0011227526000536?via%3Dihub

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• Fallturm Bremen (ZARM)

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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: DLR 18. September 2024.

18. September 2024 – Am 17. September 2024 ist der Airbus A310 ZERO-G um 9:30 Uhr vom Flughafen Bordeaux-Mérignac gestartet, um Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zusammen mit ihren Experimenten in die Schwerelosigkeit zu bringen. Es ist der erste von drei Flugtagen während der 43. Parabelflugkampagne der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), die bis zum 19. September 2024 stattfindet.

Premiere für drei Experimente
Während der aktuellen Parabelflugkampagne werden insgesamt elf Experimente von deutschen Forschungseinrichtungen an Bord durchgeführt. Neu dabei sind „KORDYGA“ zur Kollisionsstatistik und Rotationsdynamik in granularen Gasen, die experimentelle Kühlpumpe „FERMIUM“ für Raumfahrzeuge sowie das zellbiologische Experiment „RUTH“ zu Gehirnveränderungen von Astronautinnen und Astronauten nach Weltraumaufenthalten.

KORDYGA
Granulare Materialien bestehen aus einer großen Anzahl fester, mit bloßem Auge erkennbarer Teilchen – wir begegnen Ihnen regelmäßig im Alltag, beispielsweise als Sand oder Zucker. Die Teilchen granularer Gase bewegen sich mit zufälligen Geschwindigkeiten und Orientierungen im Raum und stoßen nur selten mit anderen Teilchen zusammen. Man findet sie massenhaft im Universum – im Asteroidengürtel oder bei der Entstehung von Planeten, aber auch in der Natur und in vielen industriellen Prozessen. Die Zusammensetzung aus zahlreichen kleinen, festen Teilchen erschwert das Verständnis und die physikalische Beschreibung dabei stark, so dass viele ihrer Eigenschaften unzureichend vorhersagbar sind. Im Experiment KORDYGA (Kollisionsstatistik und Rotationsdynamik in granularen Gasen) der Technischen Hochschule Brandenburg wird ein neues Messystem erprobt, um das Verhalten granularer Gase modellieren zu können.

FERMIUM
Autonome Raumfahrzeuge, Lander und Rover benötigen Kühlsysteme. Im Experiment FERMIUM (Ferrohydrodynamische Pumpe in Mikrogravitation) der Universität Bremen wird eine neuartige Kühlpumpe für diese Vehikel getestet. Sie besteht aus einer Konfiguration aus Magnetspulen, die mit einem sogenannten Ferrofluid gefüllt ist, also einer Mischung aus Wasser und magnetischen Nanopartikeln. Die Spulen erzeugen ein Magnetfeld, sodass die Flüssigkeit durch einen Kühlkreislauf gepumpt werden kann, ohne dessen Wände zu berühren. Während der Kampagne wird die Pumpe unter Schwerelosigkeit getestet.

RUTH
Bei Astronautinnen und Astronauten, die aus dem All zurückkehren, wird oft eine Abnahme der kognitiven und motorischen Leistungsfähigkeit beobachtet. Sie basiert vermutlich auf strukturellen und funktionellen Veränderungen des Gehirns. Welche physiologischen Mechanismen diese Veränderungen auslösen, ist bislang nicht bekannt. Im Experiment RUTH (DLR – Universität Bonn – TH Köln) wird der Einfluss der veränderten Schwerkraft auf Entwicklung, Struktur und Funktion neuronaler Netzwerke untersucht. Im Rahmen des aktuellen Parabelflugs werden zelluläre Netzwerke mit verschiedenen pharmakologischen Wirkstoffen behandelt, die sich positiv auf die Zellvernetzung auswirken sollen.

Die DLR-Parabelflugkampagnen
Seit 1999 organisiert die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR regelmäßig eigene Parabelflugkampagnen für biologische, humanphysiologische, physikalische, technologische und materialwissenschaftliche Experimente von deutschen Forschungseinrichtungen. Das Forschungsflugzeug, der A310 ZERO-G der französischen Firma Novespace, wird dabei nicht nur für die wissenschaftliche Kampagnen des DLR genutzt, sondern auch von anderen Raumfahrtagenturen wie der Europäischen Weltraumorganisation ESA oder der französischen Raumfahrtagentur CNES.

Eine Parabelflugkampagne besteht in der Regel aus drei Flugtagen mit ungefähr vier Flugstunden, an denen jeweils 31 Parabeln geflogen werden. Während jeder Parabel herrscht für etwa 22 Sekunden Schwerelosigkeit. Insgesamt stehen bei einer Flugkampagne also circa 35 Minuten Schwerelosigkeit – im Wechsel mit normaler und nahezu doppelter Erdbeschleunigung – zur Verfügung, die Forschende für ihre Experimente nutzen können. Bis zu 40 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler können an einem Flug teilnehmen, bei dem sich um die zehn Experimente an Bord befinden.

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• Parabelflüge

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Quelle: DHBW 5. September 2024.

5. September 2024 – Das Forschungsprojekt unter Beteiligung der DHBW Lörrach und in Lörrach betreut von Studiengangsleiter Prof. Dr. Daniel Stehle, nennt sich „NeurO2flight“. NeurO2flight untersucht die Auswirkungen von Hypoxie – also der Minderversorgung des Gehirns mit Sauerstoff – und Schwerelosigkeit auf den zerebralen Blutfluss, die neurokognitive Leistung und die zugrunde liegenden neurophysiologischen Mechanismen. Bisherige Forschungsarbeiten bezogen sich entweder auf die Schwerelosigkeit oder auf einen hypoxischen Zustand, jedoch ist die Kombination der beiden Stressoren noch unbekannt. Das Team möchte herausfinden, ob Besatzungsmitglieder unter diesen Bedingungen eine optimale Leistung aufrechterhalten können, was für die nächste Generation von Raumfahrzeugen und Weltraumbesiedelungen von Bedeutung ist.

Die Maschinenbaustudenten der DHBW Lörrach sind im Team für die Auslegung und Konstruktion der Versuchsträger zuständig, die sie Anfang November in Parabelflügen einsetzen. In Bordeaux werden an drei Flugtagen jeweils 31 Parabeln mit einem Airbus A310 geflogen. Jede Parabel beinhaltet ca. 22 Sekunden Schwerelosigkeit, in denen die Untersuchungen stattfinden.

Wesentliche Meilensteine im Aufbau und bei Funktionstests der Versuchsträger wurden bereits erfolgreich abgeschlossen, so dass das Team für einen erfolgreichen Projektabschluss in Bordeaux bereit ist.

Wir werden zum Jahresende weiter über das Forschungsprojekt berichten.

Über das „ESA Academy Experiments Programme“
Das Programm der Akademie der Europäischen Raumfahrtbehörde (European Space Agency – ESA) bietet Hochschulen die Möglichkeit, Experimente zu entwerfen und zu entwickeln, die im Zusammenhang mit der Schwerkraft und dem Weltraum stehen. Dem Call for Paper der ESA Academy zu Beginn des Jahres folgten zahlreiche Bewerbungen von Universitäten aus ganz Europa. Die Teams, die in die engere Wahl kamen, wurden eingeladen, ihr Projekt vor einem Gremium von Experten der ESA und ihrer Programmpartner vorzustellen und sich den Fragen des Gremiums zu den wissenschaftlichen, technischen und Managementaspekten ihrer Vorschläge zu stellen. Ausgewählt wurden sieben Teams, die an diesem Zyklus des Experimentierprogramms teilnehmen – darunter auch das Team NeurO2flight mit Studenten der DHBW Lörrach.

Weiter Informationen zur ESA Academy und den Forschungsprojekten findet man unter https://www.esa.int/Education/ESA_Academy_Experiments_programme.

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• Bemannte Raumfahrt und Gesundheit

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Quelle: DFKI 12. Juni 2024.

12. Juni 2024 – Feinmotorische Aufgaben unter Weltraumbedingungen stellen eine besondere Herausforderung dar und müssen zuvor auf der Erde trainiert werden. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) und der Universität Duisburg-Essen (UDE) untersuchen, ob sich ein robotisches Exoskelett, das Schwerelosigkeit simulieren kann, für astronautisches Training eignet. Das Team hatte nun die Möglichkeit, an der 42. Parabelflugkampagne des DLR in Bordeaux, Frankreich, teilzunehmen, um die Auswirkungen der simulierten Schwerelosigkeit mit denen der realen Schwerelosigkeit zu vergleichen.

Bei Weltraummissionen werden Astronautinnen und Astronauten häufig mit feinmotorischen Aufgaben wie der Durchführung von Reparaturen oder Experimenten konfrontiert, die durch die Schwerelosigkeit im All erschwert werden. Das gezielte Training dieser Fähigkeiten ist besonders wichtig, um nicht nur die Effizienz der Missionen zu erhöhen, sondern auch die Sicherheit der Astronautinnen und Astronauten zu gewährleisten. Bislang können solche Einsätze auf der Erde nur bei Parabelflügen oder in Raumanzügen unter Wasser trainiert werden.

Innovatives Raumfahrttraining mit Exoskelett
An einer alternativen und kostengünstigeren Trainingsmethode arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des DFKI Robotics Innovation Center in Bremen und des Fachgebiets Systeme der Medizintechnik der Universität Duisburg-Essen (UDE). Im Projekt NoGravEx, das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) im Rahmen des INNOSpace-Netzwerks Space2Health – einer Initiative der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR – gefördert wurde, haben sie einen innovativen Ansatz weiterentwickelt, um mit Hilfe eines robotischen Exoskeletts Mikrogravitation zu simulieren. Die Technologie ist in der Lage, das Gewicht der Arme einer Person zu erkennen und zu kompensieren, so dass sich die Arme schwerelos oder beispielsweise so schwer wie auf dem Mond anfühlen.

Teilnahme an DLR-Parabelflugkampagne
Die Effekte der simulierten Schwerelosigkeit auf den menschlichen Körper im Vergleich zur echten Schwerelosigkeit untersuchen die Forschenden derzeit im Projekt GraviMoKo, das ebenfalls vom BMWK im Rahmen der Initiative Space2Health gefördert wird. Mit der Teilnahme an der 42. DLR-Parabelflugkampagne vom 27. Mai bis 6. Juni 2024 im französischen Bordeaux haben sie einen wichtigen Meilenstein in dem Vorhaben erreicht.

Bei Parabelflügen wird durch spezielle Auf- und Abstiegsmanöver 31 Mal für jeweils rund 22 Sekunden Schwerelosigkeit erzeugt. Diese Zeit steht den wissenschaftlichen Teams für ihre Experimente zur Verfügung. Statt der geplanten drei Flüge an drei Tagen startete der Airbus A310 Zero G der Firma Novespace insgesamt viermal, da der erste Flug nach nur 16 Parabeln wegen technischer Probleme abgebrochen werden musste. Die restlichen Parabeln wurden am zweiten Tag nachgeholt.

Versuchsaufbau und -durchführung
Das Exoskelett-Experiment war eines von elf ausgewählten Experimenten an Bord des Flugzeugs und sah die Teilnahme von sechs Testpersonen vor. Um den Ausfall einzelner Probandinnen und Probanden kompensieren zu können, hatten sich im Vorfeld jedoch mehr Personen auf den Einsatz vorbereitet. Die Aufgabe der Testpersonen bestand darin, in der Schwerelosigkeit mit dem Zeigefinger des rechten Arms die Mitte einer Zielschiebe auf einem Touchscreen zu treffen. Dabei war der Arm durch einen Umhang verdeckt, um visuelle Bewegungskorrekturen zu vermeiden. Während des Versuchs wurden die Muskelaktivität des Armes, die Gehirnaktivität und die Herzratenvariabilität der Testpersonen sowie deren Bewegungstrajektorien aufgezeichnet.

Die Hälfte der Probandinnen und Probanden hatte diese Aufgabe bereits im Labor mit einem aktiven Exoskelett in simulierter Schwerelosigkeit trainiert, die anderen waren untrainiert bzw. nur mit dem Versuchsaufbau vertraut. Im Gegensatz zu den Tests auf der Erde wurden bei den Parabelflügen passive Systeme eingesetzt. Dabei ermöglichten zwei identische Versuchsaufbauten den gleichzeitigen Einsatz von zwei Testpersonen pro Flug. Eine mit allen Sensoren ausgestattete Ersatzperson stand bereit, um bei Unwohlsein einzuspringen und fungierte ansonsten als Operator und Unterstützung der eingesetzten Probandinnen oder Probanden.

Die Experimente verliefen weitgehend planmäßig, nur einmal musste wegen Übelkeit eine Testperson ausgetauscht werden. Am Ende der zehntägigen Kampagne zeigten sich die Forschenden sehr zufrieden mit dem Verlauf.

Projektleiterin Prof. Dr. Elsa Kirchner, Universität Duisburg-Essen/DFKI: „Wir haben unsere erste Parabelflugkampagne exzellent gemeistert und alle geplanten Daten erhoben. Das Team hat trotz aller Anstrengung und wenig Schlaf hervorragend zusammengearbeitet. Jetzt geht es an die Auswertung der sehr umfangreichen Daten.“

Datenauswertung und Anwendungspotenziale
Durch die Analyse der Daten erhoffen sich die Forschenden Erkenntnisse darüber, ob das Training mit dem Exoskelett in simulierter Schwerelosigkeit eine Übertragung des Gelernten in die reale Schwerelosigkeit und somit eine Leistungssteigerung ermöglicht. Dies könnte dazu beitragen, Astronautinnen und Astronauten künftig besser auf die Herausforderungen von Raumfahrtmissionen vorzubereiten und ihre Leistungsfähigkeit unter den extremen Bedingungen des Weltalls zu optimieren.

Nicht nur die Raumfahrt, sondern auch irdische Anwendungsbereiche wie die Rehabilitation können von der neuen Technologie profitieren. Das in den Projekten NoGravEx und GraviMoKo eingesetzte und weiterentwickelte Exoskelett wurde am DFKI ursprünglich für die Rehabilitationstherapie entwickelt. Durch die Möglichkeit der personenspezifischen Gewichtskompensation kann das System körperlich eingeschränkte Menschen, beispielsweise nach einem Schlaganfall, noch individueller unterstützen.

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• Parabelflüge

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Quelle: Fachhochschule Südwestfalen 19. April 2024.

19. April 2024 – Iserlohn. Im Auto. Auf dem Weg zum Flughafen: „Du hast doch an die Flugtickets gedacht, oder?“ Umkehren wäre jetzt schwierig. Aber möglich. Im Spaceshuttle. Auf dem Weg zur Internationalen Weltraumstation. Oder zum Mars: „Du hast doch alles für unseren Bakterien-Versuch dabei, oder? Umkehren ist jetzt unmöglich. Kaum etwas muss so akribisch vorbereitet werden, wie eine Mission ins All. Alle, aber auch wirklich alle Eventualitäten müssen mitgedacht werden. Was die Fachhochschule Südwestfalen damit zu tun hat? Das erzählen Johanna Piepjohn und Prof. Dr. Kilian Hennes.

Johanna Piepjohn hat kürzlich den Masterstudiengang Life Science Engineering an der Fachhochschule Südwestfalen in Iserlohn abgeschlossen. Das ist ein Verbundstudiengang. Wer einen solchen Studiengang studiert, ist in aller Regel parallel berufstätig. Johanna Piepjohn arbeitet in der Arbeitsgruppe Astrobiologie am Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin. Das wiederum ist angesiedelt am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Köln. Für ihre Masterarbeit hat Johanna Piepjohn ein Weltraumexperiment geplant. Es geht darum, zu untersuchen, welchen Einfluss die Schwerelosigkeit auf die Konjugation von Bakterien hat. Stichwort Antibiotikaresistenz. Das Experiment wird voraussichtlich im kommenden Jahr durchgeführt. Von Astronauten. Auf der Internationalen Raumstation ISS. Betreut und unterstützt wurde die Masterarbeit von Prof. Dr. Kilian Hennes vom Fachbereich Informatik und Naturwissenschaften der Fachhochschule und Dr. Petra Rettberg, Leiterin der Astrobiologie am DLR.

Bakterien stehen auf Austausch. Unwissenschaftlich ausgedrückt: Treffen sich zwei, dauert es nicht lange und sie übertragen für sie vorteilhafte Eigenschaften aufeinander. Johanna Piepjohn erklärt es wissenschaftlicher: „Man nennt das Konjugation. Bakterien übergeben über ihre Plasmide bestimmte genetisch kodierte Eigenschaften. Im Fall unseres Experiments geht es um Antibiotikaresistenz und die Frage, wie sich diese in der Schwerelosigkeit des Weltraums überträgt.“ Auf der Erde geschieht die Weitergabe der Resistenz ziemlich schnell. Dauert es im All länger? Oder geht es vielleicht sogar noch schneller? „Genau das wollen wir klären“, antwortet Johanna Piepjohn.

Eine Weltraummission ist ein technisches und logistisches Meisterwerk. Alles muss funktionieren. Millionen technische Abläufe müssen zeitlich passend ineinandergreifen, damit die Rakete abhebt und das Shuttle letztlich da ankommt, wo es ankommen soll. Sollbruchstellen gibt es viele. Aber eine Schwachstelle übersieht der Außenstehende dabei oft. „Den Menschen“, erklärt Prof. Dr. Kilian Hennes, „der Mensch ist die Schwachstelle der Raumfahrt. Ist er krank, funktioniert nichts mehr richtig, ist die Mission zum Scheitern verurteilt. Das ist genau so ein Risiko für die Mission, wie als würde die Rakete explodieren.“ Astronautengesundheit sichert also den Erfolg einer Allexpedition. Das gilt besonders für Flüge zur ISS. „Dort bleiben die Astronauten länger und auf engem Raum zusammen. Es macht also einen Unterschied, ob beispielsweise Antibiotikaresistenzen schneller übertragen werden können als auf der Erde“, erläutert Kilian Hennes.

Astronauten gibt es allerdings nicht viele. Rein rational betrachtet: Wiegt die Erhaltung ihrer Gesundheit diese Forschungsinvestitionen auf? „Auf jeden Fall“, antwortet Johanna Piepjohn energisch, „es geht ja nicht nur um die Astronauten selbst. Wir forschen für die gesamte Menschheit. Irgendwann werden vielleicht mehr Menschen im All unterwegs sein. Vielleicht auf Mars-Mission. Dann aber ist es zu spät für Grundlagenforschung. Wir brauchen die Ergebnisse vorher.“

Besonders wichtig für das Gelingen des Experiments ist eine akribische und vor allem weitsichtige Planung. Astronautenarbeitszeit ist teuer. Mögliche Probleme müssen im Voraus erkannt werden. Alles muss an Bord sein. Umkehren ist nicht. Wie also bereitet man einen solchen Allversuch vor? Schließlich ist es wahrscheinlich nicht damit getan, Bakterien zusammenzubringen und einfach nur zu beobachten, was passiert. „Im Grunde entspräche das dem optimalen Verlauf“, erklärt Johanna Piepjohn. „Meine Aufgabe war es, den Versuch so optimal vorzubereiten, dass im All praktisch nichts mehr schiefgehen kann. Die Astronauten bekommen eigentlich nur eine Box, die sie dann in das Gerät stellen und auf Start drücken. Die Box wird auf der Erde gepackt und ermöglicht eine automatische Versuchsdurchführung.“

Das Experiment wird dann live nach Köln ins Zentrum für Luft- und Raumfahrt übertragen. Die Versuchsparameter werden in Echtzeit abrufbar sein. Die Wissenschaftler werden das Experiment beobachten und mit den Astronauten in Kontakt stehen. Schneller oder langsamer, das ist dann die Frage? Schaffen die Bakterien die Weitergabe der Resistenzen schneller als auf der Erde? Johanna Piepjohn hat eine Vermutung: „Ich wäre sehr überrascht, wenn gar keine Konjugation stattfindet, vermute, dass sie schneller läuft als auf der Erde“. Aber sicher ist sie nicht. „Schließlich ist das neu.“ Wichtiger als das Ergebnis ist Johanna Piepjohn aber wahrscheinlich, dass das Experiment gelingt. Dann hätte sie ihre Mission erfüllt.

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• Raumfahrtbezogene Ausbildung / studentischer Satellitenbau

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Quelle: DLR 10. April 2024.

10. April 2024 – Astronautinnen und Astronauten, die auf die Erde zurückkehren, werden direkt nach der Landung umsorgt: Ein ganzes Team assistiert beim Aussteigen aus der Raumkapsel, richtet auf, stützt, führt erste Untersuchungen durch. Was aber, wenn die Landung nicht auf der Erde, sondern auf dem Mond oder dem Mars stattfindet? Dort hilft erst einmal niemand. Die Raumfahrenden sind auf sich alleine gestellt – mit all den Folgen, die ein längerer Aufenthalt in Schwerelosigkeit mit sich bringt: Schwindel, Stolpern, Koordinationsstörungen. Das kann eine Mission gefährden. Damit das nicht passiert, erforscht das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) mögliche Gegenmaßnahmen in einer Bettruhestudie. Wer ab September 2024 mitmachen möchte, kann sich noch bewerben.

Hinlegen, um die Raumfahrt voranzubringen? „Die Teilnehmenden liegen nicht nur 60 Tage im Bett. Das Bett ist außerdem zum Kopf hin um sechs Grad geneigt. Das heißt, der Kopf liegt niedriger als die Füße“, erklärt Dr. Edwin Mulder, Studienleiter am DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin in Köln. „Bei dieser Neigung verschieben sich die Flüssigkeiten im Körper fast genauso wie bei Astronautinnen und Astronauten im Weltall.“ Ohne die Erdanziehungskraft fließt mehr Flüssigkeit in die obere Körperhälfte und weniger in die Beine. Der Druck im Kopf steigt, durch die körperliche Inaktivität bauen Muskeln und Knochen ab, der Gleichgewichtssinn ist verwirrt und das Herz-Kreislauf-System verändert sich – und das sind nur einige Folgen von Aufenthalten in der Schwerelosigkeit, die sich auch in Bettruhestudien zeigen. In der aktuellen SMC-Studie (Sensorimotor Countermeasures Study), die wieder in Zusammenarbeit mit der amerikanischen Luft- und Raumfahrtbehörde NASA durchgeführt wird, geht es vor allem um sensomotorische Beeinträchtigungen nach Aufenthalten im Weltraum und mögliche Gegenmaßnahmen.

Ein Bein heben, um ein Hindernis zu überwinden: Das kann für Raumfahrende eine Herausforderung sein
Das Zusammenspiel von Sinneswahrnehmungen – wie Hören, Sehen oder Fühlen – und motorischen Reaktionen – wie Gehen, Greifen oder Werfen – kann nach Weltraumreisen gestört sein. „Das wirkt sich bei ganz alltäglichen Dingen aus. Etwa, wenn jemand einen Stein sieht und ein Bein heben muss, um ihn zu überwinden“, sagt Andrea Nitsche vom DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin. Sie wählt zwölf Probandinnen und Probanden aus, die sich inklusive Vor- und Nachbereitung für genau 88 Tage in der Kölner Forschungsanlage :envihab aufhalten, damit zukünftige Raumfahrende sicher und koordiniert arbeiten können.

Die erste Studienkampagne im :envihab startet im September 2024, eine zweite im April 2025. Bewerben können sich jeweils Personen zwischen 24 und 55 Jahren, die eine Körpergröße von 1,53 bis 1,90 Meter und einen BMI von 18 bis 30 haben. Sie müssen außerdem gesund sein, Nichtraucher und gut Deutsch sprechen. Für die vollständige Teilnahme gibt es eine Aufwandsentschädigung von 18.000 Euro. Von den 88 Tagen werden 60 im Bett in Kopftieflage verbracht. Drei Monate nach Abschluss der Kampagne finden verpflichtende Nachuntersuchungen statt. Das Auswahlverfahren ist mehrstufig: Über die Webseite dlr-probandensuche.de füllen die Interessierten zuerst einen Fragebogen aus. Es folgen die Teilnahme an einer Online-Informationsveranstaltung, psychologische Fragebögen, Telefoninterviews, medizinische Voruntersuchungen in Köln, ein Bewertungstag und schließlich die Studie.

Die Teilnehmenden trainieren zum Beispiel Eigenwahrnehmung, Kraft und Ausdauer
Während der Kampagne wird die Wirksamkeit verschiedener Gegenmaßnahmen getestet. Die Teilnehmenden bilden vier Gruppen. Eine Gruppe absolviert ein sogenanntes propriozeptives Training in einem „Gravity Bed“, um das Gefühl für Lage, Körperhaltung und Bewegungen aufrechtzuerhalten. Das „Gravity Bed“ ist ein speziell angefertigter Simulator, in dem die Teilnehmenden auf einer Art Luftkissen im Liegen „schweben“. Die Füße werden über Gurte auf ein Kippbrett gepresst, so dass die Teilnehmenden den Eindruck haben zu stehen. Sie müssen sich in dieser Position auch bewegen und schulen so unter anderem ihren Gleichgewichtssinn. Die zweite Gruppe macht zusätzlich ein Kraft- und Ausdauertraining. Die dritte Gruppe erhält eine Muskelstimulation durch elektrische Impulse (EMS). Die vierte Gruppe liegt im Bett und beteiligt sich nicht an einer Gegenmaßnahme. „Diese Kontrollgruppe ist wissenschaftlich sehr wichtig, denn sie zeigt uns, was passiert, wenn man jede Art von Training weglässt. Die Ergebnisse der anderen Gruppen werden am Ende mit dieser Gruppe verglichen“, sagt Edwin Mulder.

Die Zuordnung erfolgt zufällig. Für alle gilt, dass tägliche medizinische Untersuchungen und Experimente auf dem Programm stehen und dass wirklich jede Tätigkeit im Liegen erledigt wird: Körperhygiene, Toilettengang, mögliche Freizeitaktivitäten, Essen. Die Probandinnen und Probanden bekommen frisch zubereitete, ausgewogene Mahlzeiten, die für ihren individuellen Bedarf auf Gramm und Milliliter berechnet sind. Die Teilnehmenden dürfen das :envihab während der 88 Tage nicht verlassen. Sie können sich aber im Bett von ihren Einzelzimmern in einen Gemeinschaftsraum schieben lassen für gemeinsame Aktivitäten wie Brettspiele oder Fernsehen. Die 88 Tage beinhalten eine zweiwöchige Rehabilitation nach der Bettphase. Mit Unterstützung von Physiotherapeuten und Trainern bilden sich alle körperlichen Auswirkungen der Bettruhe wieder zurück.

„Das DLR führt schon seit den 1980er Jahren Bettruhestudien durch. Wir wissen, dass das Mitmachen keine Kleinigkeit ist, sondern eine echte Herausforderung“, sagt Edwin Mulder. „Unsere Teilnehmenden, die wir terrestrische Astronautinnen und Astronauten nennen, wachsen in den drei Monaten zu einer Gemeinschaft zusammen. Und die meisten empfinden es als etwas Besonderes, an einer Studie teilzunehmen, die wichtig für den Erfolg von zukünftigen Raumfahrtmissionen ist.“

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• DLR

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Quelle: Universität Stuttgart 7. März 2024.

7. März 2024 – Eine Expertenjury hat entschieden: Das Team der studentischen Kleinsatellitengruppe der Universität Stuttgart (KSat e.V.) ist eines von acht europäischen Teams, das im Rahmen des REXUS/BEXUS-Programms (Rocket and Balloon Experiments for University Students) zwei Experimente auf einer REXUS-Höhenforschungsrakete durchführen darf. Der Flug der Rakete wird zwischen dem 11. und 15. März 2024 stattfinden, eine anschließende Bergung ist vorgesehen.

Das Projekt „Ferrofluid Application Study“ FerrAS ist nach FARGO im vergangenen Jahr und PAPELL 2018 das dritte auf Ferrofluiden basierende Studierendenprojekt der Universität Stuttgart, das unter Weltraumbedingungen getestet wird. Anders als bei den Vorgängern auf der Internationalen Raumstation ISS gilt es dieses Mal, innerhalb weniger Minuten Schwerelosigkeit die Experimente durchzuführen und Erkenntnisse zu gewinnen, wie Flüssigkeit in der Schwerelosigkeit am besten transportiert werden kann.

Projekt FerrAS setzt auf Ferrofluide
„Nach über zwei Jahren Arbeit ist es einfach toll, das Experiment jetzt am Weltraumbahnhof Esrange in Schweden auf die Reise zu schicken!“, sagt Christopher Vogt, Systemingenieur von FerrAS. „Im Rahmen des REXUS/BEXUS-Programms können wir unsere Vision zur Entwicklung nachhaltiger Pumpsysteme in Mikrogravitation testen und validieren.“

Der Transport von Flüssigkeiten in Schwerelosigkeit beispielsweise für Kühlmittel, Treibstoffe oder Gase ist eine technische Herausforderung. Konventionelle Pumpsysteme können diese Aufgabe meistern, sind aber mechanisch komplex und anfällig für Fehlfunktionen. Das Projekt FerrAS könnte dafür mit seinen innovativen Ferrofluid-Pumpsystemen für Mikrogravitationsumgebungen eine Lösung liefern: Das interdisziplinäre Team von Studierenden aus sechs Studiengängen der Universität Stuttgart wird im Höhenflug zwei neuartige Pumpkonzepte testen, um die Effizienz und Langlebigkeit von Flüssigkeitsmanagementsystemen im Weltraum zu verbessern. Ferrofluide, eine magnetische Flüssigkeit, haben ideale Eigenschaften, um mechanischen Verschleiß zu minimieren.

Multifunktionale Komponente und Flüssigkeitskreisläufe ersetzen Material
Für die Verdrängerpumpe nutzt das Team Ferrofluid-beschichtete Magnete, die als multifunktionale Komponenten agieren: Sie dienen als Triebkolben, Dichtung, Schmiermittel und Ventil zugleich. Die Steuerung dieser Magnete erfolgt durch externe Elektromagnete, die durch wellenförmige Ansteuerung eine effektive Pumpbewegung erzeugen. Die neuartige Technik soll die Zuverlässigkeit von Weltraumpumpsystemen enorm steigern.

Die Linearpumpe, das zweite Konzept des FerrAS-Projekts, könnte die Feinjustierung der Lageregelung von Kleinsatelliten revolutionieren. Sie nutzt ein Reservoir von Ferrofluid, das durch Permanentmagnete fixiert ist. Quer verbaute Elektromagnete erzeugen eine magnetische Welle und damit eine Welle im Ferrofluid selbst, welches das nicht-magnetische Arbeitsmedium – hier Wasser-Ethanol – antreibt. So entsteht ein Flüssigkeitskreislauf, der ganz ohne mechanisch oszillierende Elemente zielgerichtet und vibrationsarm Drehmomente erzeugt.

Erfahrungen in der Ferrofluid-Forschung
Seit 2017 erforscht das Institut für Raumfahrtsysteme (IRS) der Universität Stuttgart Ferrofluide. Das PAPELL-Experiment demonstrierte erstmals die Steuerung von Ferrofluidbewegungen in Mikrogravitation mittels Magnetfeldern. Diese Erkenntnisse führten zur Entwicklung von Technologien, die mechanische Komponenten durch langlebigere ferrofluidische Lösungen ersetzen. Das nachfolgende FARGO-Experiment testete erfolgreich ferrofluidische Systeme auf der ISS, darunter Kreisel- und Schaltersysteme.

Mitmachaktion: Dein Name im All
Die „Fly Your Name“-Aktion von FARGO wird für FerrAS fortgesetzt. Interessierte haben die Möglichkeit, ihren Namen auf einer SD-Karte zu verewigen, die auf der REXUS-Höhenforschungsrakete ins All fliegt. Zusätzlich erhalten alle, die ihren Namen eintragen, ein virtuelles Ticket als Erinnerung.

Gin wieder mit an Bord
Wie beim FARGO-Experiment spielt auch im FerrAS-Projekt Stuttgarter Gin eine besondere Rolle. Die Arbeitsflüssigkeit, eine Mischung aus Ethanol und Wasser, erweist sich für das verwendete Ferrofluid als ideale Kombination. Zusätzlich wird ein kleiner, versiegelter Container mit Gin als Referenzflüssigkeit an Bord sein. Diese einzigartige Beigabe unterstreicht nicht nur die kreative Verbindung von Wissenschaft und regionalen Besonderheiten, sondern dient auch wissenschaftlichen Vergleichszwecken im Rahmen des Experiments.

„Wir sind sehr gespannt auf die Ergebnisse der Pumpen und freuen uns als Team auf die gemeinsame Zeit und natürlich den Raketenstart in Schweden“, sagt Bahar Karahan, Chefin des Wissenschaftsteams von FerrAS.

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• Höhenforschungsraketen

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Quelle: ZARM.

Ob groß oder klein: es gibt für alle etwas zu entdecken. Nicht nur der Fallturm, sondern auch der GraviTower Bremen Pro, das neue Labor für Forschung in der Schwerelosigkeit, können ausgiebig erkundet werden.

Und damit nicht genug. Wollten Sie schon immer mal wissen, wie ein Haus auf dem Mars aussehen könnte und wie es z.B. mit Sauerstoff versorgt wird? Oder warum eine Tankstelle im Weltraum so schwierig umzusetzen ist? Und wussten Sie schon, dass sich Feuer auf einer Raumstation ganz anders verhält als auf der Erde?

Von Quantenphysik bis zum Kinderprogramm – es ist für alle etwas dabei. Der Eintritt ist selbstverständlich kostenlos. Besuchen Sie uns am Sonntag, den 11. Februar 2024 und erleben Sie unsere Labore und Forschung in Aktion.

Datum: 11. Februar 2024
Uhrzeit: 11 bis 17 Uhr
Ort: ZARM, Am Fallturm 2, 28359 Bremen

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• Fallturm Bremen (ZARM)
• Terminvorschau auf Veranstaltungen

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Quelle: DLR 20. November 2023.

20. November 2023 – Höhenforschungsraketen benötigen leistungsfähige Raketenmotoren, um das Weltall zu erreichen und anschließend vor dem Wiedereintritt in die Erdatmosphäre für mehrere Minuten in Schwerelosigkeit zurück zur Erde zu fallen. In einem gemeinsamen Entwicklungsprojekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit Bayern-Chemie ist es nun gelungen einen neuen Raketenmotor der Eintonnen-Klasse zu entwickeln und zu qualifizieren. Am 13. November 2023 startete die Mobile Raketenbasis (MORABA) des DLR die erste Forschungsrakete, angetrieben von einer einstufigen „RED KITE“ (übersetzt „Roter Milan“) vom Startplatz Andøya Space im Norden Norwegens. Mit einer Gesamtlänge von 6,6 Metern und einer Startmasse von 1,5 Tonnen erreichte das Vehikel den Scheitelpunkt der Flugbahn in 71 Kilometern Höhe. Im Aufstieg erreichte die Rakete eine maximale Fluggeschwindigkeit von 5.150 Kilometer pro Stunde, was einer Machzahl von knapp 5 entspricht. Anschließend fiel die Forschungsrakete rund 60 Kilometer entfernt zum Startpunkt in den Atlantischen Ozean. Umfangreiche Messdaten wurden während des Fluges an die Bodenstation übertragen.

„Wir freuen uns über die erfolgreiche Zusammenarbeit mit der Bayern-Chemie. Mit RED KITE steht der internationalen Forschungsgemeinschaft nun ein neuer, leistungsstarker Raketenmotor für Höhenforschungsmissionen zur Verfügung“, sagt Dr. Anke Pagels-Kerp, DLR-Bereichsvorständin Raumfahrt, anlässlich des gelungenen Erstflugs. „Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus unterschiedlichen Disziplinen wie der Forschung unter Schwerelosigkeit, Atmosphärenphysik, Über- und Hyperschalltechnologien oder neuen Raumfahrttechnologien haben jetzt verbesserte Möglichkeiten, Höhenforschungsraketen als kostengünstige und flexible Forschungs- und Erprobungsplattform zu nutzen.“

Der Geschäftsführer der Bayern-Chemie, Dr. Wolfgang Rieck, freute sich sehr über den erfolgreichen Test: „Respekt und Gratulation an das Projektteam für diese Topleistung. Wir sind alle stolz auf den gemeinsamen Erfolg und freuen uns darauf, die erfolgreiche Zusammenarbeit mit dem DLR in der Serienfertigung fortzusetzen.“

Die hohe Leistungsfähigkeit der RED KITE ermöglicht konkret erweiterte Nutzlastkapazitäten im Vergleich zu den bisher in Europa durchgeführten Schwerelosigkeitsforschungsprogrammen. Die in Deutschland erstmalig verantwortete Gesamtsystemauslegung in der Größenordnung von einer Tonne Festtreibstoff ist ein wesentlicher Schritt verbunden mit einer erheblichen Fähigkeitssteigerung in der Raketentechnologie. Der Motor wurde für den Einsatz vornehmlich als Boosterstufe von mehrstufigen Forschungsraketen konzipiert. Die gut 900 Kilogramm Komposittreibstoff brennen innerhalb von zwölf Sekunden ab und liefern den notwendigen hohen Startschub für Forschungsraketen.

Erstflug und erstes Experiment an Bord
Während der Mission SOAR (Single Stage Operational Assessment of Red Kite) wurde nicht nur der neue Raketenmotor erfolgreich im Flug erprobt, sondern der Testflug hatte bereits eine wissenschaftliche Nutzlast des DLR-Instituts für Aerodynamik und Strömungstechnik sowie des DLR-Instituts für Bauweisen und Strukturtechnologie an Bord. Bei dem Experiment APEX-TD (Air Breathing Propulsion Experiment – Technology Demonstrator) wurde die Durchströmung eines sogenannten Überschall-Verbrennungsantriebes untersucht, sowie passende Thermalschutzkonzepte erprobt. Die gesammelten Daten werden nun im Detail ausgewertet.

Das DLR beauftragte die Firma Bayern-Chemie Ende 2019 mit der Entwicklung und Fertigung eines Feststoff-Motors der Eintonnen-Klasse. Die Abteilung MORABA der DLR-Einrichtung Raumflugbetrieb und Astronautentraining verantwortete neben der Integration des RED KITE Motors in ein flugfähiges Vehikel ebenso den On-board Computer der Rakete, die Bahnverfolgung mittels DLR-eigenem Radar, sowie die Missionsplanung, wozu auch umfangreiche Flugdynamik-Berechnungen gehören. Zusammen mit dem Startplatzbetreiber Andøya Space, der unter anderem für die Flugsicherheit verantwortlich war, gelang die erfolgreiche Qualifikation des Feststoffmotors. Dieser wird im nächsten Schritt bereits im Februar 2024 als zweistufige Höhenforschungsrakete für das MAPHEUS-Programm des DLR zur Forschung in Schwerelosigkeit in den Regelbetrieb gehen. In einer zweistufigen Konfiguration ergibt sich mit RED KITE die Möglichkeit mehr als 400 Kilogramm Nutzlast verschiedener Experimente auf mindestens 250 Kilometer Höhe zu bringen. MAPHEUS-14 wird dann unter anderem mit einem 3D-Druck-Experiment in Schwerelosigkeit an die erfolgreiche Flugreihe von DLR-Höhenforschungsraketen anknüpfen.

Startvideo von MBDA Deutschland:
https://www.mbda-deutschland.de/wp-content/uploads/2023/11/Andoya_MBDA_2160p_200MB.mp4

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• Höhenforschungsraketen

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Quelle: ZARM.

Schülerinnen und Schüler aus der Oberstufe erhalten die einmalige Gelegenheit, ihre eigenen Experimente im großen Bremer Fallturm fliegen zu lassen! Das Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) bieten nun zum achten Mal das Drop Tower Project for School Students (DroPS) an. Um für DroPS ausgewählt zu werden, reicht euch eine gute Idee. Wenn ihr die Experten überzeugt, unterstützen sie euch zusammen mit dem DLR_School_Lab Team bei dem Bau eures Experimentes, damit es noch in diesem Schuljahr (Juni 2023) im Fallturm fliegen kann.

Lasst eurer Kreativität und eurem Forschergeist freien Lauf und entwickelt ein Experiment, das für 4,7 Sekunden unter Schwerelosigkeit betrieben werden kann.
Zeigt uns, was euch zu eurem Vorschlag geführt hat! Habt ihr ein Experiment auf der ISS gesehen und nun wollt ihr es nachbauen? Habt ihr eine eigene Idee für einen Versuch unter Schwerelosigkeit? Dann ist es Zeit, dies jetzt in die Tat umzusetzen! Ihr werdet während eines Zeitraums von sechs Monaten von Ingenieuren und Wissenschaftlern des ZARM und dem DLR_School_Lab fachlich begleitet und beraten. Der Aufbau des Experiments erfolgt überwiegend in eurer Schule, Schulwerkstatt, zu Hause etc.

Auf mehreren Review-Meetings wird dann der Fortschritt eures Aufbaus von unseren Experten begutachtet und praktische Hilfestellungen gegeben. Während der Aufbauphase finden mehrere Abwürfe im Space Tower des DLR_School_Lab statt, um euer Experiment fit für den Einsatz im großen Fallturm zu machen. Nebenbei könnt ihr schon wichtige Daten für die Experimentauswertung sammeln.

Damit eure Ideen in die Tat umgesetzt werden können, erklärt uns bitte genau, wie ihr das erdachte Experiment technisch umsetzen wollt. Beschreibt mit aussagekräftigen Skizzen euren Aufbau (evtl. mit Fotos von Vorversuchen). Erläutert bitte auch die wissenschaftlich-technischen Grundlagen. Denkt bitte daran, nur so können wir uns vorstellen, ob eure Apparatur technisch umsetzbar ist.

Schickt eure Bewerbung bitte bis zum 5. Dezember.2022 an:
drops[at]zarm.uni-bremen.de.

Ihr erhaltet am 16.12.22 Rückmeldung, ob euer Vorschlag erfolgreich war.
Übrigens – nach Absprache mit euren Lehrern ist es möglich, diese Arbeiten im Rahmen des fünften Prüfungselements anrechnen zu lassen! Darüber hinaus ist im Anschluss eine Weiterverwendung eures Experiments für Jugend forscht möglich.

Wir sind auf eure Vorschläge gespannt!

Kontakt und weitere Informationen:
ZARM
Dr.-Ing. Benny Rievers
Tel.: 0421 218-57930
E-Mail: benny.rievers[at]zarm.uni-bremen.de

DLR_School_Lab
Dr. Dirk Stiefs
Tel.: 0421-24420-1131
E-Mail: dirk.stiefs[at]dlr.de

Vorgaben und praktische Hinweise

Durchführung
Die Arbeiten werden überwiegend in der eigenen Schule/Schulwerkstatt/Hobbykeller etc. durchgeführt. Wir bieten euch zusätzlich die Möglichkeit im DLR_School_Lab zu arbeiten. Euer Team muss aus 3-5 Teammitgliedern bestehen. Die Kommunikation zwischen den Terminen erfolgt hauptsächlich per E-Mail.

Die Teilnahme an folgenden Terminen ist verpflichtend:

• 16. Januar: Kick-Off Meeting
• Januar – April: 4 Review Meetings (DLR_School_Lab)
• April – Mai: 3 Abwürfe im Space-Tower (DLR_School_Lab)
• Juni: Vorbereitungstag für den Abwurf (ZARM)
• Ende Juni: Finaler Abwurf (ZARM)
• Anfang Juli/Ende August: Abschlusspräsentation (Olbers Planetarium)

Ob die angegebenen Termine in Präsenz oder online durchgeführt werden, wird je nach Lage kurzfristig entschieden. Wir hoffen aber einen Großteil in Präsenz realisieren zu können. Für Präsenzveranstaltung gilt dann jeweils das aktuelle Hygienekonzept des DLR/ der Universität Bremen.

Anforderungen an das Experiment

• Max. Abmessungen: 20 cm lang, 20 cm breit und 30 cm hoch
• Eine Aluminium-Basisstruktur, in welche das Experiment eingebaut wird, stellen wir euch für die Dauer des Projektes bereit. Sie verfügt über Befestigungsmöglichkeiten.
• Es darf (aber muss nicht!) mit Strom betrieben werden.
• Ein elektrisches Interface wird bereitgestellt (Steuer-Computer & Akku mit jeweils 4 Schaltkanälen für Ein- und Ausgänge).

Einschränkungen

• Keine Verbrennungsexperimente/ kein Feuer, keine Gefahrenstoffe, keine Lebewesen!
• Flüssigkeiten/ Pulver/ Gase etc. dürfen nicht austreten!
• Kein Starkstrom!

Bewerbungsdokumente

Zwei Dokumente zusammengefasst in einer PDF-Datei mit einer maximalen Größe von 6 MB:

Aufbauskizze der Apparatur: Eine DIN A4 Seite (optional: plus Fotos von Vorversuchen)
Vorhabenbeschreibung: Max. zwei DIN A4 Seiten (Schriftgröße 11) mitfolgender Gliederung:

1. Motivation
2. Fragestellung/ Hypothese
3. Wissenschaftliche- und technische Grundlagen
4. Beschreibung des beabsichtigten Aufbaus
5. Erwartetes Ergebnis

Folgende Angaben müssen im Rahmen der Bewerbung gemacht werden:

• Name der Schule
• Name des betreuenden Lehrers (inkl. E-Mail Adresse)
• Namen der 3-5 Teammitglieder (inkl. E-Mail Adressen)
• Stufe (E, Q1 oder Q2)

Einsendeschluss für die Bewerbung ist der 5. Dezember 2022 !

Praktische Tipps

• Gute Zeit- & Gruppenorganisation: Es wird über einen Zeitraum von 6 Monaten gearbeitet
• Fangt die Planungen früh genug an! Beginnt am besten schon im Dezember mit den Arbeiten.

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• Fallturm Bremen (ZARM)

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Quelle: DLR 4. November 2022.

4. November 2022 – Am 6. November 2022 um 11:50 Uhr MEZ (5:50 Uhr Ortszeit) soll das unbemannte Cygnus-Raumschiff NG-18 vom Weltraumbahnhof Wallops Island in Virginia (USA) zur Internationalen Raumstation ISS starten. Mit an Bord sind mit der Mission „Cellbox-3“ molekularbiologische Experimente der Charité Berlin und der Goethe-Universität Frankfurt für die biomedizinische Forschung. „Die Forscherteams wollen mit den Experimenten den Einfluss der Weltraumbedingungen und der Schwerelosigkeit auf das Verhalten von Immun-, Nerven- und Muskelzellen untersuchen und damit grundlegende Funktionen des menschlichen Körpers ergründen“, erläutert Dr. Michael Becker, Cellbox-3-Projektleiter der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR. „Die Ergebnisse sollen dabei helfen, effektive Therapien gegen Immunerkrankungen und Muskelschwäche für Menschen auf der Erde, aber auch für astronautische Langzeitmissionen zu entwickeln.“

Die biologischen Proben werden in insgesamt 18 speziellen Experimentcontainern für biologische Zellkulturen zur ISS transportiert. Jedes dieser Minilabore hat dabei lediglich die Größe eines Mobiltelefons. Auf der Raumstation angekommen werden die Container in einer Inkubationsanlage installiert. Mit Hilfe einer Zentrifuge können die Zellproben darin unter Schwerelosigkeit und unter normalen Schwerkraftbedingungen wie auf der Erde untersucht werden. Dieser Wechsel hilft den Forschenden dabei, die unterschiedliche Wirkung auf die Zellkulturen besser zu erkennen. Die Experimentdauer beträgt lediglich fünf Tage, danach werden die Proben fixiert. Am 3. Januar 2023 kehren die Cellbox-Container mit der CRS-26-Dragon-Raumkapsel zur Erde zurück und werden anschließend im Labor untersucht.

Wie interagieren Nerven- und Muskelzellen in der Schwerelosigkeit?
Die Charité Berlin erforscht mit dem Experiment NEMUCO (Nerve-Muscle Co-culture) den Einfluss von Schwerelosigkeit auf Muskel- und Nervenzellen. Die Forschenden wollen damit vor allem die Interaktion und Kommunikation von Nerven- und Muskelzellen untersuchen. Erkrankungen des Muskelapparats oder langfristige Immobilität führen zu einem starken Rückgang der Struktur und Funktion von Verbindungen zwischen Muskeln und Nerven, was sich erheblich auf die Muskelmasse und damit auf die feinmotorische Leistung auswirkt. Die Proteinzusammensetzung und -anordnung unter den verschiedenen Schwerkraftbedingungen geben den Forschenden Auskunft über die molekularen Mechanismen hinter der Muskelsteuerung. Die Erkenntnisse aus dem Experiment sollen bei der Entwicklung effizienterer Methoden zur Behandlung von Muskelschwächeerkrankungen beim Menschen auf der Erde helfen.

Welche Folgen hat Schwerelosigkeit auf Knochenmark und Immunsystem?
Neue Erkenntnisse über das angeborene Immunsystem erhofft sich die Johann-Wolfgang-Goethe-Universität Frankfurt im Rahmen des SHAPE-Experiments mit einem Sphäroidmodell des menschlichen Knochenmarks. Als Sphäroid bezeichnet man dabei eine dreidimensionale Anordnung von Zellen. Mit SHAPE (Spheroid Aggregation and Viability in Space) will das Forscherteam die Bildung und Lebensfähigkeit solcher dreidimensionalen zellulären Sphäroide im Weltraum messen und analysieren. Die Ergebnisse erlauben ein besseres Verständnis von Veränderungen der angeborenen Immunität gegen Krankheitserreger und dienen als Grundlage für die intensivere Erforschung der molekularen Ursachen für Veränderungen der Blutbildung im Knochenmark (Myelopoese).

Medizinische Forschung mit dem Cellbox-Programm
Das aktuelle Cellbox-Programm wurde im Jahr 2011 ins Leben gerufen mit dem Ziel, molekularbiologische und medizinische Forschung in Schwerelosigkeit zu ermöglichen. Im Oktober 2011 starteten die ersten Probenbehälter mit der Mission SIMBOX zur chinesischen Raumstation Shenzhou. Mit an Bord waren 17 biologischen und medizinischen Experimente. Mit SpaceX-3 wurde im April 2014 die Mission Cellbox-1 mit zwei Experimenten zur Internationalen Raumstation transportiert. Dabei wurden Krebs- und Immunzellen in Schwerelosigkeit untersucht. Cellbox-2 erforschte im Dezember 2017 Immun-, Nerven- und Krebszellen auf der ISS. Mit Celbox-3 werden diese Untersuchungen nun fortgesetzt.

Unterstützt wird Cellbox-3 vom Start-Up Unternehmen yuri GmbH aus Meckenbeuren, das als Hardwareentwickler für die Vorbereitung, Missionsplanung und Unterstützung der Wissenschaftler verantwortlich ist. Durchgeführt wird Cellbox-3 im Auftrag der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR in Bonn mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK).

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• **ISS** Forschung & Forschungseinrichtungen
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Quelle: DLR 4. November 2022.

4. November 2022 – Ein komplexes Raumfahrtprojekt während des Studiums auf die Beine stellen – von der Idee über die Planung und den Bau der Experimente bis hin zum Flug auf einer Forschungsrakete – das ermöglicht das deutsch-schwedische Programm REXUS/BEXUS (Raketen-/Ballon-Experimente für Universitäts-Studenten) der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR und der Schwedischen Nationalen Raumfahrt-Agentur (SNSA). Zwischen dem 4. und 7. November 2022 sollen die beiden Forschungsraketen REXUS 27 und REXUS 28 vom Raumfahrtzentrum Esrange bei Kiruna in Nordschweden starten. Mit an Bord sind die Experimente von fünf Studierenden-Teams von Universitäten aus der Schweiz, Belgien, den Niederlanden und Deutschland. Die Raketen werden bei dem parabelähnlichen Flug eine Höhe von etwa 80 Kilometern erreichen, wobei für rund zwei Minuten Schwerelosigkeit herrscht.

„Die Startkampagne musste leider aufgrund der Pandemie mehrmals verschoben werden, was für alle Beteiligen eine große Herausforderung war“, erklärt Dr. Michael Becker, Leiter des REXUS/BEXUS-Programms der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR. „Deshalb freuen wir uns sehr, dass beide Forschungsraketen nun starten können, und sind gespannt auf die Auswertung und Ergebnisse der Experimente.“

Wenn die Forschungsrakete REXUS 27 in Richtung Stratosphäre abhebt, hat sie drei Experimente an Bord. Mit dem Experiment HADES (Hayabusa-capsule active dynamic re-entry stabilisation) erforschen Studierende der Fachhochschule Westschweiz (HES-SO) die dynamische Stabilität einer Wiedereintrittskapsel in der Atmosphäre. Das Team FLORENCE (Flow boiling regime in microgravity conditions experiment) der Katholischen Universität Löwen, Belgien, untersucht mit seinem Experiment die Strömung in Kühlkanälen eines simulierten Raketentriebwerk-Modells bei geringer Schwerkraft.

3D-Druck unter Weltraumbedingungen
Ein Verfahren der additiven Fertigung, auch 3D-Druck genannt, untersucht das Team AIMIS (Additive manufacturing in space) der Hochschule München. Unter Weltraumbedingungen werden während des REXUS-Flugs mehrere Säulen aus photoreaktivem Kunstharz durch eine formgebende Öffnung gepresst (extrudiert) und anschließend unter UV-Licht ausgehärtet. Der Versuch dient dem Nachweis eines stabilen Fertigungsprozesses. Die gefertigten Stäbe werden anschließend auf ihre Materialeigenschaften untersucht. Zukünftig soll diese Methode die Herstellung größerer Strukturen, wie Teile von Raumstationen oder Raumschiffen im Weltraum ermöglichen.

Robotertechnik für den Einsatz im Weltraum
Der Start der REXUS-28-Rakete ist für den 7. November 2022 geplant. An Bord befinden sich zwei Experimente von Studierenden der Technische Universität Delft, Niederlande, und Universität Stuttgart. Das Experiment SPEAR (Supersonic Parachute Experiment Aboard REXUS) der TU Delft testet einen selbst entwickelten Hemisflo-Fallschirm unter Überschallbedingungen für sogenannte Wiedereintrittssysteme. Dafür wird eine Kapsel mit unterschiedlichen Sensoren am höchsten Punkt der Flugbahn aus der Spitze der REXUS-Rakete ausgeworfen und von dem Fallschirm abgebremst.

Das Experiment ROACH2 (Robotic in-Orbit Analysis of Cover Hulls 2) von Studierenden der Universität Stuttgart beschäftigt sich mit der Frage, wie Beschädigungen an Raumstationen oder Raumschiffen, die beispielsweise durch Weltraumschrott verursacht wurden, repariert werden können. Das Team entwickelte einen Roboter, der sich mithilfe von Elektroadhäsion (das Aneinanderhaften zweier Materialien, zwischen denen eine elektrische Spannung angelegt wird) in der Schwerelosigkeit auf Oberflächen von Raumfahrzeugen fortbewegen kann. „Rover wie ROACH 2 sollen in Zukunft auf der Außenhaut einer Raumstation laufen, um Schäden zu begutachten. Dabei setzen wir auf Elektroadhäsion – die Kraft, die Luftballons an der Wand hält, nachdem sie an den Haaren aufgeladen wurden. Dazu kombinieren wir ein Experiment auf einer Höhenforschungsrakete mit einem kleinen Rover, der sich in der Rakete fortbewegt“, erklärt Natascha Bonidis für das ROACH2-Team. „Das REXUS-Programm bietet uns eine ideale Möglichkeit, diese Technologiedemonstration durchzuführen und zusätzlich noch eine professionelle Betreuung durch Experten.“

„Dieses einzigartige Experiment soll nachweisen, dass diese Technologie für die extreme Umgebung des Weltraums geeignet ist“, erklärt Dr. Michael Becker. Mithilfe von Sensoren und Kameras in der Höhenforschungsrakete wird das Experiment überwacht und im Anschluss ausgewertet. Zukünftig könnten mit dieser Technologie Roboter entwickelt werden, die Schäden auf der Oberfläche von Raumfahrzeugen erkennen und vor Ort reparieren.

REXUS und BEXUS: ein Programm für den wissenschaftlichen Nachwuchs
Das deutsch-schwedische Programm REXUS/BEXUS (Raketen-/Ballon-Experimente für Universitäts-Studenten) bietet seit 2007 Studierenden aus Deutschland, Schweden und ESA-Mitgliedstaaten die Möglichkeit, eigenständig auf Raketen und Ballonen wissenschaftliche Experimente zu fliegen. Sie bekommen so praktische Erfahrungen bei der Vorbereitung und Durchführung eines Raumfahrtprojekts.

Um an dem Programm teilzunehmen, müssen die Studierenden einen Experimentvorschlag einreichen. Nach einer Vorauswahl werden die Teams zur Deutschen Raumfahrtagentur in Bonn eingeladen, um ihr Experiment vorzustellen. Die ausgewählten Experimente erhalten einen Platz auf einem Stratosphärenballon oder einer Forschungsrakete. Während einer Trainingswoche werden die Experimentkonzepte von Raumfahrtingenieuren und -experten überprüft, und die Teams lernen die Raketen- und Ballonsysteme kennen. Die REXUS/BEXUS-Ingenieure unterstützen die Studierenden auch während der Bauphase der Experimente.

Der nächste Aufruf für Experimente-Vorschläge wird voraussichtlich Mitte 2023 veröffentlicht. Jeweils die Hälfte der Raketen- und Ballon-Nutzlasten stehen Studenten deutscher Universitäten und Hochschulen zur Verfügung. Die schwedische Raumfahrtagentur SNSA hat den schwedischen Anteil für Studierende der übrigen Mitgliedsstaaten der Europäischen Weltraumorganisation ESA geöffnet.

Auf deutscher Seite erfolgt die Projektleitung mit der Betreuung der Experimente durch das Zentrum für Angewandte Raumfahrttechnik (ZARM) in Bremen. Die Flugkampagnen führt EuroLaunch durch, ein Joint Venture der Mobilen Raketenbasis des DLR (MORABA), die für die Bereitstellung der Raketensysteme zuständig ist, und das Esrange Space Center des schwedischen Raumfahrtunternehmens SSC, das über die Startinfrastruktur verfügt. Die Programmleitung liegt beim der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR in Bonn.

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• Höhenforschungsraketen

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Quelle: DLR 21. Oktober 2022.

Am 21. Oktober 2022 um 9:25 Uhr startete die Forschungsrakete MAPHEUS-12 des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) von der schwedischen Raketenbasis ESRANGE nahe Kiruna. Sie erreichte eine Höhe von rund 260 Kilometern und segelte dann an einem Fallschirm zurück zur Erde. Mit an Bord erstmals Nervenzellen mit Blick auf deren abweichende elektrische Signale in Schwerelosigkeit. Zudem untersuchte das Forschungsteam im Zusammenhang mit der Entstehung von Krebs, wie sich die Polarität von Zellen unter „Zero-G“ verhält. Einen Testlauf unter Weltraumbedingungen gab es mit dem Flug für neuartige Solarzellen ebenso wie für eine Verschlüsselungstechnik, die zukünftig Daten von Lebenserhaltungssystemen und Raumfahrzeugen schützen soll. Erstmals kam eine wiederverwendbare Zündeinheit in der Oberstufe zum Einsatz.

„Mit MAPHEUS-12 haben wir ein äußerst vielseitiges Experimentpaket für rund sechs Minuten in die Schwerelosigkeit des nahen Weltraums befördert und anschließend sicher geborgen“, sagt der wissenschaftliche Projektleiter der Mission Prof. Thomas Voigtmann vom DLR-Institut für Materialphysik im Weltraum. „Wir sind froh die sensiblen Nervenzellen, Meeresorganismen und Materialexperimente in gutem Zustand nach idealem Flug zurück auf der Erde zu haben.“ Nach ihrem 15-minütigem Flug landete die Nutzlast sanft per Fallschirm rund 70 Kilometer vom Startplatz entfernt in der nordschwedischen Tundra. Anschließend flog ein Bergungsteam zur Landestelle und transportierte die Nutzlast am Hubschrauber hängend zurück zur Startbasis. Dort begann direkt die Sicherung der gesammelten Daten.

Upgrade an Forschungsrakete und Bodenstation
Die 11,5 Meter lange und mehr als 1,6 Tonnen schwere Rakete ist bereits die zwölfte, die im Rahmen der MAPHEUS-Experimentreihe erfolgreich von der Abteilung Mobile Raketenbasis (MORABA) der DLR Einrichtung Raumflugbetrieb und Astronautentraining gestartet wurde. „Diesmal hatte die zweistufige Rakete erstmals ein neues Service-Modul an Bord, das eine zehnmal schnellere Kommunikation mit der Bodenstation und präzisere Lageinformationen mit komplett neu gestalteter Elektronik, Mechanik und Software bietet“, erklärt MORABA-Projektleiter Alexander Kallenbach. „Das neue Modul dient nun als Basis für die weitere Entwicklungen in Richtung intelligenter on-board Systeme, die im MAPHEUS-D Projekt geplant sind.“ Zudem kam bei MAPHEUS-12 erstmals eine wiederaufbereitete Zündeinheit bei der Oberstufe zum Einsatz, die bereits an Bord von MAPHEUS-9 geflogen war. Am Boden kam mit der Mission erstmals ein neuartiges Telemetrie-System zum Einsatz. Dieses ermöglicht die an verschiedenen Bodenstationen empfangenen Signale der Rakete direkt an die jeweiligen Steuerungskonsolen für Experimente und Supportsysteme zu verteilen. Diese neue Entwicklung basiert auf Komponenten des Holistic Control Centers (HCC), welches eine moderne, flexible und Service-orientierte Infrastruktur für alle künftigen Raumflugmissionen am Deutschen Raumfahrt-Kontrollzentrum (GSOC) bieten wird. „Wir sind begeistert, dass die Software jetzt erfolgreich Ihren ‚Jungfernflug‘ absolvieren konnte“, freut sich Prof. Felix Huber, Leiter der DLR Einrichtung Raumflugbetrieb und Astronautentraining. „Dieser Erfolg gibt dem HCC-Konzept den nötigen Schub, nun bald auch bei orbitalen Missionen genutzt zu werden.“

Premiere: Neuronale Netzwerke in Schwerelosigkeit
Ihren „Jungfernflug“ erlebten auch die Nervenzellen an Bord von MAPHEUS-12. Diese konnten während des Kurzzeitraumfluges direkt auf elektrophysiologischer Ebene untersucht werden. Das neuronale Netzwerk des Experiments MEA (Multi-Elektroden-Array) besteht dabei aus kultivierten Primärneuronen, die sich über zwei Chips verteilen. Diese finden in einer vakuumdichten Kammer bei 37 Grad Celsius ideale Lebensbedingungen vor. „Während des Fluges konnten die Aktionspotentiale einzelner neuronaler Zellen sowie die Aktivität des gesamten Netzwerks aufgezeichnet werden“, berichtet Dr. Christian Liemersdorf vom DLR-Institut für Luft- und Raufahrtmedizin. Aktionspotentiale sind die elektrischen Signale, die zwischen Neuronen im Gehirn und dem zentralen Nervensystem ausgetauscht werden. Die Schwerelosigkeit steht im Verdacht, Einfluss auf die neuronalen Verbindungen im Gehirn zu nehmen. „Vermutlich ist dies ein wesentlicher Grund, warum Astronautinnen und Astronauten während ihres Aufenthalts im Weltall oftmals unter gewissen kognitiven Einschränkungen leiden“, ergänzt Liemersdorf. „Wir werten die gesammelten Daten nun detailliert aus, um diese möglichen Zusammenhänge genauer zu verstehen.“ Wegen der Empfindlichkeit der Neuronen war es bisher nicht möglich auf der Internationalen Raumstation ISS mit diesen zu experimentieren.

Zusammenhänge von Krebs, Zell-Polarität und Schwerelosigkeit
Der nur 0,5 Millimeter kleine Meeresorganismus Trichoplax adhaerens – das einfachste mehrzellige Lebewesen der Welt – kann zwischen oben und unten unterscheiden und damit Schwerkraft wahrnehmen. Rund 450 Exemplare dieser Kleinstlebewesen, die lediglich aus einem oberen und einem unteren Zell-Epithelium bestehen, flogen im Experiment GraviPlax mit MAPHEUS-12 ins All. Im Interesse des internationalen Forschungsteams steht, wie der Organismus genetisch auf die Schwerelosigkeit reagiert und wie sich daraus etwas über die Mechanismen der Krebsentwicklung lernen lässt. „Trichoplax adhaerens besitzt alle wichtigen Gengruppen, die mit dem Verlust der Polarität und damit der Ausbildung von Krebszellen in Zusammenhang gebracht werden können“, erklärt Dr. Jens Hauslage vom Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin. Damit lassen sich Erkenntnisse auch auf höhere Organismen übertragen. Die finalen Auswertungen der Proben werden in den nächsten Wochen im Labor in Hannover stattfinden. Nun wollen die Forschungspartner des DLR, der Tierärztlichen Hochschule Hannover (TiHo) und der australischen La Trobe Universität in Melbourne noch genauer verstehen welchen Einfluss die Gravitation auf die Ausbildung von Polarität und deren evolutiven Einfluss hat.

Ein Spion reist huckepack
Huckepack auf der GraviPlax-Platine reist der Versuchsaufbau des Experiments 007/Blofeld, bei dem gemeinsam mit dem Industriepartner adesso SE die Sicherheit verschlüsselter Sensor-Datenströme unter Weltraumbedingungen getestet wird. „In Raumfahrzeugen und Lebenserhaltungssystemen nimmt der Betrieb und die Überwachung von Umwelt- und Vitalparametern eine immer größere Rolle ein. Dabei ist nicht nur eine abhörsichere Verbindung zu den Sensoren, sondern auch die Validität der Daten besonders wichtig.“, erklärt Software Architekt Christian Kahlo. Für den Versuch greift ein implementierter „Spion“-Chip verschlüsselte Temperaturdaten ab. Dieses Experiment soll zeigen, das selbst abgehörte Daten für den Spion nicht zu verwenden sind und die Daten für den Empfänger valide bleiben.

Weitere Experimente
Darüber hinaus wird im Experiment RAMSES gemeinsam mit der Universität Konstanz in einem Analogsystem die gerichtete Bewegung von Bakterien untersucht, was zukünftig einmal hilfreich bei der gezielten Einbringung pharmazeutischer Wirkstoffe sein könnte. Im Projekt SVALIN analysiert ein Forschungsteam der TU München federführend wie die Umgebungsbedingungen im All neuartige auf MAPHEUS-12 montierte Solarzellen beeinflussen. Gemeinsam mit dem Leibniz-Institut für neue Materialien wird im Experiment SOMEX/ARNIM-II die Agglomeration von Gold-Nanoteilchen in Schwerelosigkeit mit Blick auf zukünftige Anwendungen in der Mikroelektronik untersucht.

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• Höhenforschungsraketen

Der Beitrag Nervenzellen im All: Experimente und ein „Spion“ in Schwerelosigkeit erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: INM 18. Oktober 2022.

18. Oktober 2022 – Beim Kleben und bei vielen anderen Materialsynthesen klumpen kleine Bestandteile zu Materialien zusammen, sie agglomerieren. Ein Team um INM-Wissenschaftler Professor Tobias Kraus hat untersucht, ob sich die Agglomeration von kleinen Materialbestandteilen im Weltraum ändert. Die Forschenden ließen Nanopartikel bei normaler Schwerkraft und in der Schwerelosigkeit eines Fallturms agglomerieren. Der Unterschied war deutlich: In Schwerelosigkeit bilden die Partikel schneller größere Klumpen. Das könnte auch bedeuten, dass sich die Eigenschaften von Materialien verändern, wenn diese im Weltraum hergestellt werden

In der 110 Meter langen Röhre des Fallturms standen dem INM-Team nur wenige Sekunden Schwerelosigkeit für ihre Experimente zur Verfügung – zu kurz, um genau zu untersuchen, warum die Partikel sich so anders verhalten. Bald folgen längere Experimente: Diesmal transportiert eine Rakete des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) den Versuchsaufbau in eine Höhe von über 250 km. Bei der Rückkehr zur Erde befinden sich die zu untersuchenden Materialien für circa sechs Minuten im freien Fall. Die Partikel haben somit länger Zeit zu agglomerieren und die Forscher können genauer dabei zusehen.

Über das INM
Neue Materialien sind die Triebfedern für neue Technologien. Das INM mit Sitz in Saarbrücken vereint multidisziplinäre Wissenschaft und materialorientierten Technologietransfer unter einem Dach. Chemie, Physik, Biologie, Materialwissenschaft und Engineering wirken in enger Kooperation zusammen. Ein wesentlicher Fokus der Forschungsarbeit des INM ist die Übertragung von biologischen Prinzipien auf das Design neuer Materialien, Strukturen und Oberflächen. Das INM ist ein Institut der Leibniz-Gemeinschaft. Es ist weltweit mit zahlreichen Forschungsorganisationen und Technologiefirmen vernetzt.

Originalpublikation:
Pyttlik, A., Kuttich, B., Kraus, T., Microgravity Removes Reaction Limits from Nonpolar Nanoparticle Agglomeration. Small 2022, 204621. doi.org/10.1002/smll.202204621. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202204621.

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• Fallturm Bremen (ZARM)

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