Quelle: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung 14. November 2022.

14. November 2022 – Ihre Ergebnisse haben die Forschungspartner aus Deutschland, Japan, Italien, UK und USA vor Kurzem in „Scientific Reports“, einer Zeitschrift der Nature Publishing Group, veröffentlicht.

Torpor nennen Forschende den Zustand, wie ihn auch Winterschlaf haltende Tiere eingehen. In diesem Zustand werden lebenserhaltende Funktionen eines Organismus zurückgefahren: Die Körpertemperatur wird abgesenkt, der Stoffwechsel reduziert und Körperfunktionen wie Atem- und Herzfrequenz oder Sauerstoffaufnahme werden deutlich verlangsamt. Auch auf molekularer Ebene werden die Genaktivität und die Proteinbiosynthese auf ein langsameres Tempo reduziert. In der nun veröffentlichten Studie zum Thema synthetischer Torpor, also eine Art künstlich erzeugter Winterschlaf, und Schutz vor ionisierender Strahlung haben die Wissenschaftler*innen biologische Effekte nachgewiesen, die darauf hindeuten, dass synthetischer Torpor die Resistenz gegenüber Strahlung erhöht. Ein Nachweis, der langfristig für Astronauten sehr nützlich sein könnte.

Denn kosmische Strahlung gilt als eines der größten Gesundheitsrisiken für die Erforschung des Weltraums durch den Menschen. Vor allem bei zukünftigen Langzeitmissionen stellen schädliche Auswirkungen der Weltraumstrahlung eine große Herausforderung dar. Der größte Teil der Strahlungsdosis, die dabei von den Besatzungen aufgenommen wird, wird durch galaktische kosmische Strahlung (GCR) erzeugt, das heißt durch hochenergetische geladene Teilchen, einschließlich dicht ionisierender schwerer Ionen, die in fernen Galaxien entstehen. Die Energie dieser Teilchen ist so hoch, dass die Abschirmung des Raumfahrzeugs sie nicht aufhalten kann und zu einer Strahlenbelastung führt, die über einen sehr langen Zeitraum mehr als 200 Mal höher ist als die Hintergrundstrahlung auf der Erde. Deshalb wird für künftige Missionen nach geeigneten Strahlungsschutzmaßnahmen geforscht.

„Die Zusammenhänge zwischen Torpor und Strahlenresistenz stellen einen hoch innovativen Forschungsansatz dar. Unsere aktuellen Ergebnisse lassen darauf schließen, dass synthetische Torpor ein vielversprechendes Instrument zur Verbesserung des Strahlenschutzes im lebenden Organismus während einer langfristigen Weltraummission ist. Er könnte somit eine effektive Strategie zum Schutz des Menschen bei der Erforschung des Sonnensystems darstellen“, fasst der Leiter der GSI-Abteilung Biophysik, Professor Marco Durante, zusammen.

Zwar ist bereits bekannt, dass Tiere, die natürlichen Winterschlaf halten, in diesem Zustand eine Strahlenresistenz erwerben. Doch die aktuelle Studie ist deshalb so bedeutsam, weil nun zum ersten Mal bei nicht Winterschlaf haltenden Tieren (Ratten) ein biologischer Zustand, der dem Winterschlaf ähnlich ist, herbeigeführt wurde und eine Strahlenresistenz gegenüber hochenergetischen Schwerionen nachgewiesen werden konnte. In Experimenten am japanischen Gunma University Heavy-ion Medical Center wurden beschleunigte Kohlenstoff-Ionen zur Simulation der Strahlung im Weltraum verwendet. Die anderen In-Vitro-Zellexperimente wurden auf dem GSI/FAIR-Campus in Darmstadt durchgeführt und waren Teil der Experimentierzeit FAIR-Phase 0.

Die beiden Hauptergebnisse des Forschungsteams nach Bestrahlung und Induzierens eines synthetischen Torpors belegten die Annahmen: Synthetischer Winterschlaf kann eine schützende Wirkung vor einer eigentlich tödlichen Dosis an Kohlenstoff-Ionen haben. Synthetischer Winterschlaf reduziert außerdem die Gewebeschäden bei einer Ganzkörperbestrahlung.

Außerdem konnten die Wissenschaftler*innen von GSI bei ihren Untersuchungen an Gewebezellen von Ratten den zugrundeliegenden Mechanismus näher charakterisieren und zeigen, dass eine geringere Sauerstoffkonzentration in den Geweben (Hypoxie) und ein reduzierter Stoffwechsel bei niedriger Temperatur (Hypothermie) zwei wichtige Faktoren bei der Verhinderung von Zellschäden sein können. Die immunhistologischen Analysen deuteten darauf hin, dass der synthetische Torpor das Gewebe vor energetischer Ionenstrahlung schont. Zudem könnten sich Veränderungen im Stoffwechsel bei niedrigen Temperaturen auch auf die DNA-Reparatur auswirken.

Noch ist viel Forschung nötig, um die strahlenschützende Wirkung des synthetischen Torpors in Organen zu untersuchen und besser zu verstehen. Und noch ist es technisch nicht möglich, Menschen auf sichere und kontrollierte Weise in einen Winterschlaf zu versetzen. Doch die Forschung schreitet voran. Erst vor Kurzem waren die neuronalen Bahnen, die den Torpor steuern, enträtselt worden. Nun fügt die aktuelle Veröffentlichung einen weiteren wichtigen Baustein hinzu.

Der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino, unterstreicht, dass das derzeit bei GSI entstehende internationale Beschleunigerzentrum FAIR einzigartige Möglichkeiten für Forschung im Bereich der kosmischen Strahlung bieten wird. „Bereits jetzt ist GSI in der Lage, Strahlen schwerer Kerne zu produzieren, wie sie in der kosmischen Strahlung vorkommen. An FAIR werden Experimente mit einem viel größeren Spektrum an Teilchenenergien und -intensitäten möglich sein. Dies wird es Forschenden ermöglichen, die Auswirkungen der kosmischen Strahlung auf den Menschen und auf die technischen Instrumente zu untersuchen, die für die Ermöglichung menschlicher Marsmissionen von grundlegender Bedeutung sind. Ich freue mich sehr, dass die Europäische Weltraumorganisation ESA seit vielen Jahren mit FAIR zusammenarbeitet, um diesen Forschungsbereich voranzutreiben.“

Originalpublikation:
https://www.nature.com/articles/s41598-022-20382-6

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• Kosmische Strahlung

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Quelle: GFZ.

2. September 2021 – Die Weltraumstrahlung ist eines der Hauptprobleme bei der Planung langfristiger bemannter Weltraummissionen. Für den Menschen gefährlich sind sowohl energetische Teilchen der Sonne (SEP) als auch die galaktische kosmische Strahlung (GCR) aus dem Weltall. Ein internationales Team um Yuri Shprits vom GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ) und der Universität Potsdam sowie Mikhail Dobynde vom Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech) in Moskau hat nun anhand von umfassenden Simulationen gezeigt, unter welchen Bedingungen eine Mission zum Mars machbar ist, auch wenn sie eine enorme technische Herausforderung darstellt. Hierfür betrachteten die Forschenden die verschiedenen Strahlungstypen und ihre Ausbreitung im Weltraum sowie in ein Raumfahrzeug mit Astronaut*innen-Modell. Die ermittelten Rahmenbedingungen: Der Schutzschild des Raumschiffs sollte ausreichend dick sein, um die mitfliegenden Menschen vor der Strahlung zu schützen, eine gewisse Dicke aber nicht überschreiten, da sonst im Material zu viele Sekundär-Partikel erzeugt werden. Selbst mit einem optimal konstruierten Raumfahrzeug sollte die Reise insgesamt nicht länger als vier Jahre dauern. Und sie sollte im Zyklus der Sonnenaktivität während des Maximums gestartet werden. Dann wird die besonders gefährliche kosmische Strahlung durch die Sonnenaktivität am besten abgeschirmt. Die Ergebnisse sind im Fachmagazin Space Weather erschienen.

Bedrohung Weltraumstrahlung

Eine Reise zum Mars dauert nach aktuellem Stand rund neun Monate in eine Richtung. Während Menschen auf der Erde und in erdnahen Umlaufbahnen durch den Erdkörper und sein Magnetfeld vor Weltraumstrahlung geschützt sind, stellt letztere für Reisen in den tieferen Weltraum, etwa zum Mars, ein erhebliches Risiko dar. Dabei sind Astronaut*innen zwei Arten gefährlicher Strahlung ausgesetzt: Energiereiche Teilchen solaren Ursprungs (SEP), bei denen es sich hauptsächlich um positiv geladene Protonen handelt, und die galaktische kosmische Strahlung (GCR). Sie besteht ebenfalls überwiegend aus Protonen (84%), sowie aus positiv geladenen Alpha-Teilchen (zwei Protonen + zwei Neutronen, 14%) und negativ geladenen Elektronen (2%). Ein Schutz vor diesen Teilchen ist technisch sehr schwierig und aufwändig, weil sie mit sehr hohen Energien durch den Weltraum fliegen und daher tief in Materialien ein- bzw. sie auch durchdringen können. Im Material kann es zudem zu Streuprozessen kommen, bei denen neue, sogenannte Sekundär-Teilchen erzeugt werden. Diese hoch-energetische Teilchenmix kann sowohl in der menschlichen Haut als auch in inneren Organen Zellen schädigen.

Umfassende Simulationen durch internationales Team

Um abzuschätzen, wie stark die Astronautinnen durch die Weltraumstrahlung belastet werden, und um so die optimalen Bedingungen für eine Mission zum Mars zu finden, haben die Forschenden verschiedene Strahlungssituationen und Schutzoptionen simuliert. Beteiligt waren neben den beiden Hauptautoren Yuri Shprits (GFZ) und sein ehemaliger Doktorand Mikhail Dobynde (Skoltech Moscow) auch Kolleginnen vom MIT und der University of California, Los Angeles (USA).

Zunächst ermittelten sie die Strahlungsumgebung für das Raumschiff, also Art und Energie der Partikel, denen es während seiner Mission ausgesetzt ist. Hierbei stützten sie sich auf Messungen der solaren Teilchen SEP aus den Jahren 1998 bis 2012. Für die galaktische Strahlung GCR nutzten sie ein empirisches Modell, in dem auch die Effekte des Sonnenzyklus berücksichtigt wurden.

Einfluss des Sonnenzyklus auf beide Strahlungsarten

Die Intensität der beiden Strahlungsarten variiert während des elfjährigen Sonnenzyklus. Bei diesem Prozess polt sich das solare Magnetfeld um: magnetischer Nord- und Südpol tauschen die Plätze. Dementsprechend haben auch verschiedene Sonnenaktivitäten diesen elfjährigen Rhythmus. Beispielsweise kommt es zu Sonneneruptionen, bei denen in einem explosiven Ereignis intensive Strahlungsstöße frei werden, die sich in das Sonnensystem ausbreiten. Allerdings entstehen auf diese Weise nur sporadisch die gefährlichen energiereichen solaren Teilchen (SEP). Eine genaue Vorhersage über Zeitpunkt, Stärke und Richtung der Strahlung ist eine große Herausforderung. Klar ist jedoch, dass die Wahrscheinlichkeit und die Intensität der solaren Strahlung auf dem Höhepunkt der Sonnenaktivität am größten ist.

Im Gegensatz dazu ist die galaktische kosmische Strahlung (GCR) von gleichmäßigerer Natur. Obwohl die Teilchenflüsse nicht so hoch sind, können sich bei langen Reisezeiten im All die Strahlungsdosen gefährlich aufsummieren. Auch die kosmische Strahlung wird durch die Sonnenaktivität beeinflusst: Sie wird von ihr abgeschirmt und ist daher im Maximum der Sonnenaktivität am schwächsten.

Strahlenwirkung auf Raumschiff und Besatzung

Um den Einfluss der Strahlung auf Raumschiff und Mensch zu untersuchen, wurde ersteres durch eine Kugel mit einem Innendurchmesser von zwei Metern modelliert. Als Material für die Hülle wählten die Forschenden das gängige Aluminium, die Dicke dieses Schutzmantels wurde variiert. Eine Wasserkugel von 35 Zentimetern Durchmesser diente als Modell für den menschlichen Körper.

Auf dieser Basis haben die Forschenden schlussendlich die Strahlendosis berechnet, die sich im Laufe einer Reise zum Mars unter verschiedenen Bedingungen im Körper akkumuliert. Dabei analysierten sie auch verschiedene Eindringtiefen in den Körper, um die Empfindlichkeit von Haut, blutbildenden und anderen Organen zu differenzieren.

Ergebnis: Optimale Bedingungen für einen Flug zum Mars

„Bislang gehen die meisten Weltraumorganisationen davon aus, dass die gesamte Strahlungsbelastung für Astronaut*innen im Laufe ihres Lebens den Wert von 1 Sievert nicht überschreiten sollte“, sagt Yuri Shprits. Die neuen Berechnungen zeigen, dass dieser Wert eingehalten werden kann, wenn das Raumschiff eine optimal dimensionierte Hülle hat, wenn der Flug während des Sonnenmaximums startet, und wenn die gesamte Reisezeit 3,8 Jahre nicht überschreitet.

Für den Aluminium-Schutzschild erweist sich eine Materialstärke von 30 Gramm pro Quadratzentimeter als optimal. Bemerkenswert ist, dass das Prinzip „mehr hilft mehr“ den Untersuchungen nach hier nicht angewendet werden kann: Wird das Material dicker, so kommt es in ihm vermehrt zu Streuprozessen, bei denen Sekundär-Teilchen entstehen, die die Strahlenbelastung im Inneren wieder erhöhen können. Auch bei dünnerem Material wäre die kritische Strahlendosis bereits bei kürzeren Flugzeiten erreicht.

Ausblick auf neue Materialien und künftige Missionen

Sollte es neue Erkenntnisse zur biologischen Wirksamkeit von Strahlung und neue Materialentwicklungen geben, lassen sich die vorliegenden Modelle anpassen.
„Wir haben uns hier zunächst auf Aluminium als das zurzeit gängige Material für den Strahlenschutzschild konzentriert. Seit längerem werden auch Komposit-Werkstoffe wie Kohlefaser-Verbundwerkstoffe (CFK) diskutiert, die mit leichten Elementen wie Wasserstoff gespickt sind. An diesen Materialien würden wir weniger Streuprozesse beobachten und daher weniger sekundär-induzierte Teilchen“, prognostiziert Shprits. Insgesamt dürfte das aber nur zu einer Verbesserung der Schutzwirkung um rund 20 Prozent führen, schätzt der Weltraumphysiker. Damit wäre dann eine Verlängerung der Reisezeit um ein Jahr möglich.

Zu beachten ist den Forschenden zufolge, dass die Auswirkungen der verschiedenen Strahlungsarten auf den menschlichen Körper noch nicht umfassend verstanden sind. Daher könnten sich künftig die Empfehlungen für die maximale Dosis und in Konsequenz dann auch zur maximalen Aufenthaltsdauer im All noch ändern.

Vorsicht sei auch geboten hinsichtlich der Variation des Sonnenzyklus. Dessen Auswirkungen sind nicht immer gleich, was bei Planungen für künftige Missionen berücksichtigt werden müsse.

Originalstudie: M.I. Dobynde, Y.Y. Shprits, A.Yu. Drozdov, J. Hoffman, J. Li, Beating 1 Sievert: Optimal Radiation Shielding of Astronauts on a Mission to Mars, Space Weather 2021, DOI: 10.1029/2021SW002749

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• Bemannte Raumfahrt und Gesundheit

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Quelle: ESA.

Die Magnetosphäre der Erde schützt uns vor den schädlichsten kosmischen Strahlen, die unseren Planeten treffen, aber jenseits dieses natürlichen Schildes sind die Astronauten einer Strahlung ausgesetzt, die hundertmal stärker ist als auf Höhe des Meeresspiegels.

Die Risiken dieser Strahlung stehen im Mittelpunkt der ESA-Forschungsaktivitäten. Letztes Jahr fand die erste Sommerschule zur kosmischen Strahlenforschung statt, um Studierende auszubilden und die Entwicklung neuartiger Konzepte zur Erforschung der Auswirkungen kosmischer Strahlung auf den Menschen anzuregen.

Die Teilnehmerinnen und Teilnehmer erhielten in der Sommerschule eine Einführung in die Gebiete Strahlung und Biologie und entwickeln biologische Experimente, die in Teilchenbeschleunigern bei verschiedenen ESA-Partnern in ganz Europa durchgeführt werden können. Die besten Vorschläge wurden ausgewählt, um ihre Experimente dann tatsächlich im Beschleuniger dem Beschuss von Atomteilchen aussetzen.

Stammzellen bestrahlen

Im Jahr 2019 ging der erste Preis der Sommerschule zur kosmischen Strahlenforschung an den in Deutschland lebenden Wissenschaftler Emiliano Bolesani von der Medizinischen Hochschule Hannover.

Er möchte herausfinden, wie Herzzellen pathophysiologisch reagieren, wenn sie kosmischer Strahlung ausgesetzt sind. Dafür schlug Bolesani vor, Stammzellen für die Kultivierung von Herzgewebe-Strukturen zu nutzen. Diese sollen auf der Empfängerseite des Teilchenbeschleunigers im GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt platziert werden. Die Innovation dieses Ansatzes besteht in der Verwendung von Herz-Mikrogeweben, um die Zellzusammensetzung des menschlichen Herzens nachzuahmen.

Bolesani erforscht, welche Zellarten – Kardiomyozyten, Endothelzellen, glatte Muskulatur oder Fibroblasten – am anfälligsten für durch Strahlung hervorgerufene Schädigungen sind und will herausfinden, wie sie sich gegenseitig beeinflussen. Die dabei generierten Daten tragen zum Aufbau eines analytischen Modells bei, mit dem vorhergesagt werden kann, wie Zellen miteinander interagieren, wenn sie Strahlung ausgesetzt sind.

„Ich hoffe, dieses Modell zukünftig auch für das Screening von Molekülen, die Zellen vor durch Strahlung hervorgerufene Schäden schützen können, zu nutzen“, sagt Bolesani.

„Es ist großartig, dass wir diese exklusive Einrichtung für unsere Forschung verwenden dürfen“, so Bolesani weiter. „Noch mehr freuen wir uns allerdings darüber, dass diese Forschung direkte Auswirkungen auf die Begrenzung unerwünschter Nebenwirkungen auf das Herz-Kreislauf-System nach einer Strahlentherapie haben könnte. Das Vorgehen ließe sich zukünftig auch auf andere Organe ausweiten und so wichtige Erkenntnisse für den Gesundheitsschutz von Astronauten bei der Erkundung des tiefen Weltraums liefern.“

Astronautenzellen sind als nächstes im Visier

Das Wissenschaftlerteam plant zudem, Astronauten vor und nach einem Raumflug Stammzellen zu entnehmen. Gewebe und Organe könnten dann in vitro gezüchtet und im Strahl eines Teilchenbeschleunigers platziert werden, um zu sehen, wie sie auf diese simulierte kosmische Strahlung reagieren.

So kann diese Studie Aufschluss darüber geben, welche zellulären und molekularen Mechanismen der individuellen Reaktion auf kosmische Strahlung zugrunde liegen.

„Jeder Mensch ist unterschiedlich anfällig für Strahlung“, erklärt Bolesani. „Dies stellt für die Strahlentherapie ein Problem dar, da die Effizienz der Behandlungen auf der Erde davon beeinflusst wird, und ebenso hat es Auswirkungen auf die Astronauten, die der Weltraumstrahlung ausgesetzt sind.

Eine weitere Fragestellung für diese potentielle Folgestudie ist, ob sich die Zellen während eines Raumflugs anpassen und diese Konfiguration beibehalten, sobald die Astronauten wieder auf der Erde sind – gibt es epigenetische und physiologische Veränderungen von längerer Dauer? Mit anderen Worten: Hinterlässt ein Raumflug einen dauerhaften Fußabdruck in der menschlichen DNA?“

Sommerschule zur kosmischen Strahlenforschung

Interessieren Sie sich für die Erforschung der kosmischen Strahlung? Dann bewerben Sie sich für die nächste „ESA-FAIR Sommerschule zur kosmischen Strahlung“, die vom 13. bis 29. September 2020 in Darmstadt stattfindet. Die Veranstaltung umfasst Vorträge und Besuche des Kontrollzentrums (ESOC) der ESA sowie des GSI-Teilchenbeschleunigers.

Am Ende des Kurses reichen die Studenten Forschungsvorhaben ein, um sich für mögliche Experimente zu bewerben. Die besten Vorschläge könnten in das ESA-Strahlenforschungsprogramm aufgenommen werden. Bewerbungen für die Sommerschule sind bis zum 15. April 2020 möglich.

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• Bemannte Raumfahrt und Gesundheit

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Erstellt von Thomas Weyrauch. Quelle: CAS, CCTV, ESA, NSSC, Spacechina, Xhinua

Staatliche chinesische Medien berichteten, dass der Start von Shijian 10 auf einer zweistufigen Rakete vom Typ Langer Marsch 2D vom Satellitenstartzentrum Jiuquan (Jiuquan Satellite Launch Center, JSLC) in der Provinz Gansu im Nordwesten Chinas aus erfolgreich verlaufen ist.

Der Start in der Wüste Gobi erfolgte am 5. April 2016 um 19:38 Uhr MESZ von der Rampe mit der Nr. 2. Als exakte Startzeit wird 17:38:04.160 Uhr Weltzeit (UTC) genannt. Vor Ort war der 6. April 2016 bereits angebrochen, und die Uhr zeigte zum Zeitpunkt des Abhebens 1:38 Uhr (Pekinger Zeit).

Nach Angaben aus China erfolgte der Transport von Shijian 10 in den Weltraum beim 226. Flug einer Rakete aus der Serie Langer Marsch, eine Zahl, die angesichts der Tatsache, dass in ihr mittlerweile immer mehr höchst unterschiedliche Träger zusammengefasst werden, ihre Aussagekraft verliert.

Zum Einsatz kam die Langer Marsch 2D mit der Baunummer Y36. Das aerodynamisch ausgeführte Raumfahrzeug an der Spitze der Rakete war wie bei gleichartigen Missionen in der Regel üblich nicht mit einer zusätzlichen Nutzlastverkleidung versehen.

Daten der US-amerikanischen Weltraumüberwachung legen nahe, dass Shijian 10 auf eine Umlaufbahn mit einem der Erde nächstliegenden Bahnpunkt von rund 234 Kilometern über der Erde und einem erdfernsten Bahnpunkt von rund 268 Kilometern über der Erde gelangte, die gegen den Erdäquator um rund 43 Grad geneigt ist. Vor dem Start hatten zahlreichen Agenturen und Informationsdienste sowie an der Mission beteiligte Institutionen von einer 220 x 468 Kilometer Bahn gesprochen, die rund 63 Grad gegen den Erdäquator geneigt sein sollte. Von offizieller Seite liegen bis dato keine Informationen darüber vor, welcher Orbit nach letztem Planungsstand kurz vor dem Start vorgesehen war.

Der niedriger als ursprünglich einmal geplant ausgefallene Orbit wird sich nicht auf die aktive Einsatzdauer des Satelliten auswirken. Vor dem Start war seitens des an der Mission maßgeblich beteiligten nationalen Zentrums für Weltraumwissenschaften (National Space Science Centre, NSSC) aus Peking davon die Rede, dass die Rückkehrkapsel des Satelliten nach fünfzehn Flugtagen landen werde. Mitte 2015 gab die chinesische Akademie der Wissenschaften (Chinese Academy of Sciences, CAS) an, eine Landung werde nach zwölf Tagen erfolgen, und der im All verbliebene Teil des Satelliten werde zusätzlich drei Tage aktiv sein.

Das Raumfahrzeug mit einer Gesamtmasse von rund 3,6 Tonnen wird ausschließlich von Batterien mit elektrischer Energie versorgt. Solarzellen gibt es weder auf der Oberfläche des Satellitenkörpers noch auf entsprechenden Auslegern. Die aktive Einsatzdauer ist also durch die Verwendung chemischer Batterien ohnehin beschränkt.

An Bord von Shijian 10 befinden sich eine Reihe von Experimentiereinrichtungen von elf Instituten der CAS in Zusammenarbeit mit sechs chinesischen Universitäten sowie der Europäischen Raumfahrtagentur (European Space Agency, ESA) und der japanischen Agentur für Luft- und Raumfahrtforschung (Japan Aerospace Exploration Agency, JAXA).

Die Auswahl der insgesamt 19 Experimentiereinrichtungen für Shijian 10 erfolgte aus einem Pool von über 200 Vorschlägen.

Die Experimente widmen sich der Physik von Flüssigkeiten unter dem Einfluss von Mikrogravitation, Verbrennungsvorgängen unter Mikrogravitation, den Materialwissenschaften und der Untersuchung von Weltraumstrahlung, dem Einfluss von Mikrogravitation auf biologische Prozesse und der Biotechnologie im Weltraum.

Auf der Internationalen Raumstation (International Space Station, ISS) wird wegen der schieren Menge an aktiver Ausrüstung und unter dem Einfluss menschlichen Agierens ein weniger gut an die Schwerelosigkeit angenäherter Zustand erreicht.

Deshalb hat die Forschung an Bord von unbemannten Raumfahrzeugen sehr wohl einen Sinn. Auf ihnen lässt sich nach Angaben chinesischer Projektwissenschaftler eine Restbeschleunigung im Bereich von 10^-4 g erreichen, auf der ISS dagegen nur im Bereich von 10^-3 g.

Ein unter maßgeblicher Mitwirkung der ESA entstandenes Experiment an Bord von Shijian 10 untersucht die Verteilung von Bestandteilen in Rohöl unter hohem Druck und unter Einwirkung verschiedener Temperaturverläufe in der Substanz. Im, sich im Erdboden in sieben bis acht Kilometern Tiefe befindlichem Rohöl erwartet man einen Trennungseffekt unterschiedlicher Ölbestandteile, der maßgeblich von der in der Tiefe größer werdenden Temperatur bestimmt wird, nicht aber von der Gravitation.

Über geologische Zeitskalen hinweg sorgt der Effekt im Öl in der Tiefe dafür, dass schwere Bestandteile aufsteigen und leichtere absinken.

Im All will man jetzt versuchen, diesen Effekt unter annähernder Schwerelosigkeit ohne Einwirkung von Schwerkraft und Auftrieb abhängig von der Temperatur zu quantifizieren, um Anhaltspunkte für den Entwurf künftiger Computermodelle zu Erdölvorkommen auf der Erde zu erhalten. Es wird erwartet, dass bessere Vorhersagen zur Verteilung der Rohstoffbestandteile im Erdboden zu einer Reduzierung der Kosten bei der Exploration führen.

Das Rohöl des Experiments ist in sechs jeweils an einem Ende kühlbaren und am anderen Ende beheizbaren Zylindern aus einer Titanlegierung untergebracht. Jeder Zylinder enthält einen Milliliter Rohöl. Es steht unter einem Druck von rund 400 Atmosphären.

Das Experiment ist nicht das erste seiner Art – vorangegangene flogen unter anderem an Bord von russischen Foton-Satelliten – aber dasjenige ist das mit dem bisher höchsten Betriebsdruck. Der Prüfdruck lag noch einmal um den Faktor 2,5 höher.

Soret Coefficient in Crude Oil (SCCO) wird das Experiment in einem Metallgehäuse mit einem Volumen von rund vier Litern genannt. Carl Ludwig und Charles Soret hatten sich in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts mit der Bewegung von Teilchen in Flüssigkeiten mit einem Temperaturgefälle beschäftigt.

Neben der ESA und dem NSSC sind der französische Mineralölkonzern Total und der größte chinesische Ölkonzern PetroChina Company Limited an SCCO beteiligt. 2006 hatte der damalige ESA-Generaldirektor Jean-Jacques Dordain mit Vertretern der Volksrepublik China eine Vereinbarung über eine Zusammenarbeit unterzeichnet, die zur Grundlage der Realisierung des SCCO wurde.

Der erste Anlauf zur Umsetzung von Shijian 10 nahm 2004/2005 Fahrt auf, dann geriet das Projekt wegen Strukturreformen in der chinesischen Raumfahrt jedoch bald ins Stocken. 2011 wurden die Arbeiten im Rahmen eines strategischen Programms für zu priorisierende Aspekte der Weltraumwissenschaften (Strategic Priority Program on Space Science) wieder intensiviert.

Ein Teil der Experimente werden an Bord der Rückkehrkapsel wieder zur Erde gelangen. Acht Experimentiereinrichtungen mit dem Schwerpunkt Physik verbleiben bis zum zerstörerischen Wiedereintritt im All, in der Rückkehrkapsel untergebracht sind Experimente mit dem Schwerpunkt Biologie sowie das SCCO.

Die Landung soll in der Inneren Mongolei erfolgen, wo in der Vergangenheit auch die Kapseln bemannter und unbemannter Shenzhou-Raumschiffe niedergingen. Bislang landeten die Rückkehrkapseln von konstruktiv mit Shijian 10 unmittelbar verwandten chinesischen Satelliten in der Provinz Sichuan. Nach Angaben der NSSC gab es bis dato 24 derartige Rückführungen aus dem All.

Shijian 10 ist katalogisiert mit der NOARD-Nr. 41.448 und als COSPAR-Objekt 2016-023A.

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• Shijian 10 (SJ 10, 实践十号) auf LM 2D vom JSLC

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