Quelle: DLR 13. März 2023.

13. März 2023 – Gerade einmal anderthalb Jahre ist es her, seitdem die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR gemeinsam mit der Luxembourg Space Agency (LSA) den Startschuss für den Überflieger-2-Wettbewerb gegeben hatte. Vom 23. August bis zum 15. Oktober 2021 hatten beide Raumfahrtagenturen Studierende dazu aufgerufen, Ideen für eigene Experimente auf der Internationalen Raumstation ISS einzureichen. Nach der Bekanntgabe der Gewinner am 2. Dezember 2021 hatten die Teams ein Jahr Zeit, Ihre Technik zu entwickeln, zu bauen und fit für den Flug ins All zu machen. Am 15. März 2023 ist es dann so weit: Die Gewinnerexperimente werden nun an Bord einer Falcon-9-Rakete des US-amerikanischen Raumfahrtunternehmens SpaceX von Cape Caneveral (Florida) zur Internationalen Raumstation ISS aufbrechen.

„Wir freuen uns sehr, dass wir vier ambitionierte Experimente von engagierten Studentinnen und Studenten aus Deutschland und Luxemburg gemeinsam mit unseren Kollegen aus dem Nachbarland in so kurzer Zeit auf den Weg zur ISS gebracht haben. Mit Überflieger 2 unterstützen wir junge Talente in enger länderübergreifender Zusammenarbeit und zeigen dabei: Raumfahrt kann auch schnell gehen und ist keine Frage des Geschlechts. Denn alle Teams werden von Frauen geleitet“, betont Dr. Walther Pelzer, DLR-Vorstand und Leiter der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR. Mit dabei an Bord der Rakete sind „ADDONISS“ von der TU München, „BRAINS“ von der University of Luxembourg, „FARGO“ von der Universität Stuttgart und „Glücksklee“ von der Leibniz Universität Hannover.

Überflieger 2 – junge Teams stemmen eigene Raumfahrtmission
Die Gewinner mussten zunächst ein interdisziplinäres Team aus Studierenden verschiedenster Fachrichtungen zusammenstellen, um alle wissenschaftlichen, technischen und organisatorischen Aspekte der Experimententwicklung abzudecken und so in der Lage zu sein, sowohl ihr Experiment zu entwickeln und zu bauen als auch das Projektmanagement und die Qualifikation für den Weltraum zu bewältigen. Geholfen hat ihnen dabei die yuri GmbH – ein deutsches Weltraum-Start-up aus Meckenbeuren (Baden-Württemberg). „Ein Jahr spannender Arbeit liegt nun hinter den Teams. Sie müssen neben ihrem Studium eine komplette Raumfahrtmission selbst stemmen. Das ist eine große Leistung und erfordert ein gutes Teamwork.

„Nun folgt die Kür mit dem Flug zur ISS und dem Betrieb der Experimente. Auf die Ergebnisse dürfen wir schon jetzt sehr gespannt sein“, freut sich Dr. Julianna Schmitz, Projektleiterin des Überflieger-2-Wettbewerbs bei der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR. Wenn die Experimente in ihren 10 x 10 x 20 Zentimeter kleinen Containern auf der Internationalen Raumstation angekommen sind, werden sie von NASA-Astronaut Warren „Woody“ Hoburg oder dem ersten arabischen ISS-Raumfahrer Sultan Alneyadi in Empfang genommen und in das Tango-Lab im US-amerikanischen Destiny-Modul eingebaut.

30 Tage lang werden sie dort voll automatisiert – also ohne astronautische Hilfe – laufen. Programmänderungen sind aber durch Kommandos möglich, die die Teams an die Betreiberfirma SpaceTango übermitteln können. Auch die Experimentdaten bekommen die Teams von der Betreiberfirma übermittelt. Nach dem Ende der Betriebszeit werden die Experimente ausgebaut und kehren in der Dragon-Kapsel CRS-27 im April 2023 wieder zur Erde zurück.

ADDONISS – Gehirnforschung unter Weltraumbedingungen
Unter Weltraumbedingungen laufen in vielen Bereichen Alterungsprozesse deutlich schneller ab. Das hat die bisherige Forschung auf der ISS gezeigt. „Wir wollen uns diese Bedingungen auf der Raumstation nun zunutze machen, um mit unserem Experiment degenerative Erkrankungen des Gehirns – etwa Alzheimer – zu untersuchen. Dazu werden wir versuchen elektrische Signale von neuronalen Zellkulturen unter den dortigen Umgebungsbedingungen zu messen“, erklärt Selina Kanamüller vom Team WARR Space Labs der TU München in ihrem Experiment ADDONISS (Ageing and Degenerative Diseases of Neurons on the ISS).

Die Hälfte der Kulturen wird mit einem Mittel versetzt, welches ähnliche Soffwechselstörungen hervorruft wie die Alzheimer-Krankheit. Die Zellkulturen wachsen dabei direkt auf einem Mikrochip, der elektrische Signale und damit die Aktivität der Zellen messen kann. Gleichzeitig wird das Wachstum der Zellen auch von einem miniaturisierten Kamera-Mikroskop beobachtet. „Die Ergebnisse werden wir dann mit Experimenten auf dem Boden vergleichen und so hoffentlich mit unseren Weltraumergebnissen die Alzheimerforschung auf der Erde vorantreiben“, erklärt Selina Kanamüller.

BRAINS – Zellwachstum in Schwerelosigkeit untersuchen
Im Rahmen des BRAINS-Projektes wird das Wachstum von 3D-Zellkultursystemen, sogenannten Organoiden, unter Mikrogravitationsbedingungen an Bord der ISS untersucht. Derzeit versuchen Forschergruppen mit Hilfe von Organoiden das menschliche Mittelhirn möglichst genau nachzuahmen. Wenn sie im Labor kultiviert werden, sind die Zellen dichter gepackt und ihre Größe ist in der Regel auf einen Durchmesser von zwei bis drei Millimeter begrenzt. Das schränkt ihre räumliche Organisation und die Vielfalt der Zellpopulationen ein. „Wir wollen uns die Umgebungsbedingungen auf der Raumstation zunutze machen und die 3D-Zellorganisation der Organoide untersuchen.

Wir erhoffen uns größere und weniger dicht gepackte Organoide, die das physiologische menschliche Gehirn genauer nachahmen“, erklärt Elisa Zuccoli vom Team BRAINS (Biological Research using Artifical Intelligence for Neuroscience in Space) der University of Luxembourg. Nach 30 Tagen auf der ISS wird das Team künstliche Intelligenz für die Analyse von Bildmerkmalen einsetzen, um seine Ergebnisse mit den aktuellen Experimenten am Boden zu vergleichen. Sie gehen davon aus, dass das Wachstum der Mittelhirnorganoide unter Mikrogravitation einen großen Einfluss auf die zukünftige Pharmaindustrie und die regenerative Medizin haben könnte.

FARGO – Bauteile für die Raumfahrt von morgen
Während des ersten Überflieger-Wettbewerbs kam im Jahr 2018 das PAPELL-Experiment auf die ISS. Nun ist das Team des studentischen Vereins KSat e.V. von der Universität Stuttgart zum zweiten Mal dabei. „Wir bringen mit unserem neuen Experiment drei Anwendungen von sogenannten Ferrofluiden auf die Raumstation, um die Reaktion ihrer magnetischen Partikel auf Magnetfelder unter den dortigen Umgebungsbedingungen auf die Probe zu stellen. Wir testen zum Beispiel einen thermischen Flüssigkeitsschalter, der die Übertragung von Wärme zwischen zwei Bauteilen regelt, und einen elektrischen, der einen Stromkreis schließen und öffnen soll.

Außerdem erproben wir ein neuartiges System, bei dem wir durch Verwendung von Ferrofluid die Lageregelung von Kleinsatelliten übernehmen möchten“, erklärt Nicolas Heinz vom Team FARGO (Ferrofluid Application Research Goes Orbital). Allen drei Anwendungen ist gemeinsam, dass sie auf mechanische Teile weitestgehend verzichten, um die Gefahr eines Ausfalls aufgrund von Verschleiß deutlich zu reduzieren. Das Experiment untersucht nun, inwiefern die drei Konzepte in der Schwerelosigkeit funktionieren, um sie zukünftig bei Raumfahrtmissionen einsetzen zu können.

Glücksklee – Pflanzenwachstum auf der ISS unter der Lupe
Für zukünftige Langzeitmissionen im Weltraum müssen die astronautischen Crews auch zu „Selbstversorgern“ werden und Pflanzen als Nahrungsquelle in den Raumfahrzeugen anbauen können. „Allerdings wirkt sich die veränderte Schwerkraft während solcher Missionen auf das Pflanzenwachstum aus. Daher wollen wir auf der Raumstation die Veränderungen in der symbiotischen Beziehung von Klee (Medicago truncatula) und in der Erde lebenden Bakterien (Sinorhizobium melilot) in der Schwerelosigkeit erforschen“, erklärt Pia Bensch vom Team Glücksklee der Leibniz Universität Hannover. Am Boden nisten sich die Bakterien in den Wurzeln des Klees ein. Sie erhalten dabei Nährstoffe von der Pflanze und geben an diese Stickstoff ab, den die Pflanze wiederum zum Wachstum braucht. Doch wie läuft dieser Kreislauf unter diesen extremen Bedingungen ab? Um diese Frage zu beantworten, werden mehrere Kleesetzlinge unter kontrollierten Bedingungen im Experimentcontainer wachsen. Während des Aufenthalts auf der ISS wird das Wachstum von einer Kamera beobachtet. Nach der Rückkehr zur Erde wird der „Weltraum-Klee“ im Labor dann intensiv auf schwerkraftbedingte Veränderungen genetisch untersucht.

Die Deutsche Physikalische Gesellschaft (DPG) unterstützte Überflieger 2 bei der Auswahl der Experimente und der Bekanntmachung des Projekts. Die technische Umsetzung erfolgt über die Firma yuri GmbH aus Meckenbeuren. Der deutsche Anteil von Überflieger 2 wird finanziert mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK).

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Quelle: Universität Stuttgart 8. März 2023.

8. März 2023 – Im Weltraum wird das Experiment dann rund vier Wochen lang erprobt. Ziel des Experiments ist es, mechanische Teile wie zum Beispiel Schalter in der Raumfahrt durch weniger verschleißanfällige und zuverlässigere Technologien zu ersetzen.

10 x 10 x 20 Zentimeter groß ist die Box, in der sich das studentische Experiment FARGO befindet. Vom Weltraumbahnhof Cape Canaveral in Florida wird es mit einer Falcon 9-Trägerrakete zur ISS starten. Dort angekommen, werden es die Astronaut*innen entnehmen und in einen Experimentierschrank einbauen, wo es rund vier Wochen bleiben und autonom laufen wird. Anschließend fliegt es wieder zurück zur Erde und wird an das studentische Team der Universität Stuttgart übergeben.

Bahar Karahan studiert Luft- und Raumfahrttechnik im Bachelor an der Universität Stuttgart. Im Projekt ist sie unter anderem für die Integration und Tests des thermalen Schalters verantwortlich. „Es ist ein unbeschreibliches Gefühl, schon als Studentin an einem Raumfahrtprojekt zu arbeiten, welches hoffentlich in Zukunft den Grundstein für eine nachhaltigere Raumfahrt legt. Das Forschungsgebiet von Ferrofluiden in der Raumfahrt ist noch nicht verbreitet, deswegen liegt es an uns, das Ganze in Fahrt zu bringen.“

Mit dem Experiment wollen die Studierenden neue Technologien für die Raumfahrt erproben, die langlebiger, zuverlässiger und damit auch kostengünstiger sind als bisher. „Astronautinnen und Astronauten verbringen derzeit bis zu zwei Stunden am Tag mit Wartungsarbeiten an Bord der Raumfahrzeuge. Manchmal sind zusätzliche Versorgungsflüge nötig, um defekte Instrumente auszutauschen. Das ist zeit- und kostenintensiv. Um künftige Missionen zum Beispiel zum Mars zu realisieren, müssen Raumfahrzeuge möglichst wartungsfrei funktionieren“, sagt Manfred Ehresmann vom IRS, Ideengeber und Betreuer des studentischen Projekts.

Wie verhalten sich Ferrofluide in der Schwerelosigkeit?
FARGO steht für Ferrofluid Application Research Goes Orbital und dabei untersuchen die Studierenden, wie sich drei Anwendungen von Ferrofluiden in der Schwerelosigkeit verhalten. Getestet werden ein thermischer Schalter, der die Übertragung von Wärme zwischen zwei Bauteilen regelt, ein elektrischer Schalter, welcher einen Stromkreis schließen und öffnen soll, sowie ein neuartiges System zur Lageregelung von Kleinsatelliten. Alle Experimente beruhen dabei auf einer Ferrofluid-Technologie, bei der das Ferrofluid mittels externer Magnetfelder so manipuliert werden kann, dass es einen Strom- oder Wärmekreislauf schließen kann oder, im Falle des Lageregelungskonzepts, ein Drehmoment erzeugt. Ferrofluide sind Flüssigkeiten, in denen magnetische Partikel vorhanden sind, die auf externe Magnetfelder reagieren. Allen drei Anwendungen ist gemeinsam, dass sie auf mechanische Teile möglichst verzichten und somit die Gefahr eines Ausfalls aufgrund von Verschleiß deutlich reduzieren.

Das Experiment basiert auf den Ergebnissen des vorherigen Experiments PAPELL (Pump Application using Pulsed Electromagnets for Liquid reLocation), das bereits 2018 auf der ISS erfolgreich durchgeführt wurde. Dabei wurde eine von der studentischen Kleinsatellitengruppe Ferrofluid basierte Pumpe in der Schwerelosigkeit getestet.

Nur rund ein Jahr hatten die Studierenden Zeit, um ihr Experiment zu entwickeln. „Für Raumfahrtprojekte ist das äußerst schnell“, erklärt Ehresmann. Der Zeitfaktor war mit eine der größten Herausforderungen, bestätigt auch Studentin Karahan: „Die größte Herausforderung war es, Projekt, Studium, Arbeit und Freizeit unter einen Hut zu bekommen. Da könne es schon passieren, dass eine Vorlesung wiederholt oder eine Prüfung geschoben werden muss. „Es lohnt sich aber auf jeden Fall mitzumachen, auch trotz hohen Zeitaufwands.“

Experiment enthält Stuttgarter Gin
Die 23 Studierende der Kleinsatellitengruppe KSat haben teilweise sieben Tage die Woche an dem Experiment gearbeitet. „Viele von uns studieren Luft- und Raumfahrttechnik an der Universität Stuttgart, aber wir haben auch Studentinnen und Studenten aus der Chemie, der Physik, der Elektrotechnik, der Informatik oder dem Maschinenbau im Team“, sagt Saskia Sütterlin, die studentische Projektleiterin. Im Projekt werde die studiengangsübergreifende Zusammenarbeit gelebt und sei essentiell. „Unsere Chemie-Expertin hatte die gute Idee, statt Isopropanol Ethanol im Experiment zu verwenden. Der Alkohol verdunstet langsamer und stabilisiert das Gemisch. Das erhöht die Anwendungssicherheit für das Experiment“, erklärt Ehresmann. Das ist auch der Grund, weshalb nun Alkohol ins Weltall fliegt und zwar ungefähr sieben Milliliter in Form eines Stuttgart Gins.

Tausend Namen fliegen mit ins All
15 Teammitglieder werden am 15. März 2023 live vor Ort dabei sein, wenn die Rakete mit dem Experiment an Bord startet. Ins All begleitet wird das Experiment von rund tausend Namen, die im Rahmen der Aktion „Fly Your Name“ eingereicht worden sind. Unter anderem fliegen auch Baden-Württembergs Ministerpräsident Winfried Kretschmann, Wissenschaftsministern Petra Olschowski und der Rektor der Universität Stuttgart, Prof. Wolfram Ressel, in Form ihres Namens mit. Ein symbolisches Ticket haben ihnen die Studierenden während ihres Besuchs Mitte Februar an der Universität Stuttgart überreicht. Die „Fly your Name“-Aktion läuft noch bis Donnerstag, 9. März. Wer seinen Namen ins All fliegen lassen möchte, kann sich auf der KSat-Webseite eintragen.

Dass ihr Experiment zur ISS fliegen darf, verdanken die Studierenden ihrem Gewinn im Rahmen des Überflieger-2-Wettbewerbs der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der Luxembourg Space Agency (LSA). Dort setzten sie sich Ende 2021 mit drei weiteren Teams gegen insgesamt acht deutsche und zwei luxemburgische Teams durch.

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Quelle: Leibniz Universität Hannover (LUH) 28. Februar 2023.

28. Februar 2023 – Ein Team aus zehn Studierenden der Leibniz Universität Hannover (LUH) und des Leibniz Instituts für Astrophysik in Potsdam (AIP) hat das Experiment „Glücksklee“ entwickelt und damit den mit 20.000 Euro dotierten „Überflieger 2“-Wettbewerb gewonnen. Für zukünftige Langzeitmissionen im Weltraum wird es notwendig sein, dass die astronautischen Crews in den Raumfahrzeugen Pflanzen als Nahrungsquelle anbauen können. Allerdings hat die veränderte Schwerkraft während der Missionen eine Auswirkung auf das Pflanzenwachstum. Dieses Phänomen möchte das Team „Glücksklee“ von der LUH untersuchen und konnte damit im Jahr 2021 die Jury des Wettbewerbs des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der Luxembourg Space Agency (LSA) überzeugen. Außer der Gruppe der LUH wurden noch drei weitere Gewinner-Teams von Universitäten in München, Stuttgart und Luxemburg ausgewählt, die zu anderen Schwerpunkten auf der ISS forschen.

Nach eineinhalb Jahren intensiver Vorbereitung ist es nun soweit: Die Gruppe der LUH kann ihr Experiment am 14. März 2023 um 1:00 Uhr (CET) mit der SpaceX CRS-27 vom Kennedy Space Center in Florida auf die Internationale Raumstation (ISS) schicken. Ein Teil des Projektteams wird beim Raketenstart dabei sein.

Mit der Trägerrakete wird die Klee-Modellpflanze (Medicago truncatula), mit einem Bakterium (Sinorhizobium meliloti) infiziert, auf die ISS geschickt. Eigentlich brauchen Pflanzen neben Licht, Luft und Wasser auch Dünger, um gut gedeihen zu können. Die Studierenden erforschen eine Methode der „Selbstdüngung“ durch die Symbiose mit dem Bakterium, so dass die Pflanzen ganz ohne Dünger auskommen könnten. Das funktioniert so: Am Boden nisten sich die Bakterien in den Wurzeln des Klees ein und erhalten Nährstoffe von der Pflanze. Im Gegenzug liefern sie der Pflanze Stickstoff, den diese zum Wachstum braucht. Dank der stickstofffixierenden Bakterien in den Wurzelknöllchen ist es der Pflanze möglich, ohne mineralische Stickstoffdüngung auszukommen. „Das Projekt ,Glücksklee‘ untersucht, ob diese Symbiose unter den veränderten Bedingungen der Schwerelosigkeit gestört ist oder aber trotzdem funktioniert“, erläutert Nils Wörz aus dem Projektteam. Denn besonders Pflanzen, die ohne Düngung auskommen – perspektivisch etwa nährstoffreiche Hülsenfrüchte wie Linsen oder Erbsen – können eine wertvolle Nahrungsquelle im All sein, wenn sie in der Schwerelosigkeit angebaut werden können.

Das ganze Experiment ist in einem 10 mal 10 mal 20 Zentimeter großen Kasten untergebracht und bleibt vier Wochen auf der ISS. Das Wachstum wird dabei mit einer Kamera dokumentiert. Nach der Rückkehr zur Erde werden die Studierenden das Experiment umfassend über RNA-Sequenzierung und mit weiteren Methoden auswerten, um herauszufinden, ob die Produktion „selbstdüngender“ Pflanzen unter Bedingungen der Mikrogravitation möglich ist. „Das wäre besonders für zukünftige Langzeitmissionen von Bedeutung“, sagt Wörz.

„Glücksklee“ ist ein interdisziplinäres Team aus zehn Studierenden. Außer der Pflanzenbiotechnologie sind auch die Bereiche Maschinenbau und Informatik zur technischen Umsetzung beteiligt. Ansässig ist das Team am Institut für Pflanzengenetik an der LUH, AG Küster, betreut von Natalija Hohnjec. Die technische Unterstützung bekommen sie vom Institut für Produktionsentwicklung und Gerätebau sowie vom Institut für Mikroelektronische Systeme der LUH.

Weitere Informationen zum Projekt „Glücksklee“ unter https://gluecksklee.space/media.

Der Start der SpaceX-Rakete zur Mission CRS-27 am 14. März um 1:00 (CET) kann live auf der Website der NASA unter https://www.nasa.gov/nasalive verfolgt werden.

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