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Bemannte Raumfahrt 2003
Berichte zu den Aktivitäten
der sechsten Stammbesatzung der Internationalen Raumstation
finden Sie im Rahmen der Mission STS 113 am Ende des Jahresüberblicks 2002.
Columbia (STS 107)
| Start | Abbruch Funk | Besatzung | Flugdauer | |
![]() |
16.01.2003 (15.39 WZ) |
01.02.2003 (13.59 WZ) |
Rick Husband (2) William McCool Michael Anderson (2) David Brown Kalpana Chawla (2) Laurel Clark Ilan Ramon |
15:22:20 d |
Mit der Columbia gelangte ein Spacehab-Doppelmodul in den Weltraum. In ihm wurden insgesamt 80 Experimente auf den Gebieten Biologie, Medizin, Physik, Technologie, Erderkundung und Weltraumforschung durchgeführt. Nach erfolgreichem Flug wurde die Rückkehr des Shuttle zur Erde eingeleitet. Dabei brach die Columbia in etwa 60 Kilometern Flughöhe auseinander, die sieben Besatzungsmitglieder fanden den Tod.
Den gründlichen Analysen zufolge brach beim Start ein etwa 9,5 cm x 6 cm großes und etwa 750 Gramm schweres Stück Thermoisolierung vom Haupttank ab und kollidierte mit etwa 800 Stundenkilometern auf den linken Flügel der Raumfähre. Dabei wurde ein Teil des Karbonschutzes der Columbia beschädigt. Am zweiten Flugtag wurde vom Boden aus ein etwa 900 Quadratzentimeter großes Teil entdeckt, das sich vom linken Flügel der Raumfähre löste. Beim Landeanflug konnte deshalb heißes Plasma in den linken Flügel eindringen. Durch die starke Erwärmung wurde die Struktur des Flügels stark beschädigt, so dass dieser in etwa 60 Kilometern Höhe abbrach. In der Folge konnte die Fluglage nicht gehalten werden, die Columbia zerbrach in mehrere Teile. Die Hitze war so groß, dass die Raumfahrer keinerlei Überlebenschance hatten.
Sojus-TMA 2 (ISS 7)
| Start | Landung | Besatzung | Flugdauer | |
![]() |
26.04.2003 (02.54 WZ) |
28.10.2003 (02.40 WZ) |
Juri Malentschenko (3) Edward Lu (3) |
184:23:46 d |
Nach dem Columbia-Unglück musste der Flugplan des gesamten Jahres umgestellt werden. So wurde SOJUS-TMA 2 zum Raumschiff der siebenten Stammbesatzung, die zudem um eine Person reduziert wurde. Dadurch konnten etwa 100 kg Fracht zur Erde zurück transportiert werden.
Hauptaufgabe der neuen Besatzung war es, die Station in Funktion zu halten und einige langfristige Forschungen weiter zu führen. Die Versorgung der Mannschaft geschah durch unbemannte, automatische Progress-Transporter. Mit deren Antriebssystem wurde auch die Bahn der Internationalen Raumstation in unregelmäßigen Abständen angehoben.
Sojus-TMA 2 koppelte am 28. April (5.56 Uhr) am Kopfteil des
Versorgungsmoduls SARJA an. Nach der mehrere Tage dauernden Übergabe der Station begannen
die Routinearbeiten. Zum wissenschaftlichen Programm, was aufgrund der eingeschränkten
Nachschub- und der fast vollkommen fehlenden Rücktransportmöglichkeiten reduziert wurde,
gehörten Experimente zur Medizin, Erdbeobachtung, Biologie, Materialwissenschaft und
Raumfahrttechnologie. Ohne zusätzlichen Materialaufwand liefen Untersuchungen zu
natürlichen und vom Menschen verursachten Phänomenen auf der Erde und in der
Erdatmosphäre (Experimente: Crew Earth Observation, ESTER,
Biotomea, Uragan, Molnija SM), zu Strukturen
auf der Erdoberfläche durch die Fernbedienung einer Stationskamera durch Schülergruppen
auf der Erde (EarthKAM), zur Zusammenarbeit zwischen Stations- und
Bodencrew (Crew Interactions), zu Strahlungs- und
Beschleunigungsmessungen innerhalb der Station (Radiation Monitoring, Prognoz,
BraDoz, MAMS, SAMS) sowie verschiedene
Materialtests (Kromka, MPAC, SEED, MISSE,
Meteoroid). Dazu sind hunderte unterschiedliche Materialproben an der
Außenseite der Station angebracht. Die Proben werden in größeren Abständen gewechselt.
Ebenfalls ohne Betreuung liefen der Test eines Systems zur Nutzung eines globalen
Zeitsignals (Global Time System), die Aufzeichnung der Bewegungsparameter
der Station sowie der Test von Vorhersagesystemen (Tenzor, Vektor
T, Izgib) und die Suche nach schweren solaren und galaktischen
Kernen (Platan). Ein umfangreicher Komplex beschäftigte sich mit den
Auswirkungen von Schwerelosigkeit, Strahlung und den speziellen biologischen
Umgebungswerten innerhalb der Station auf lebende Organismen (Biorisk, Konjugazija)
und sepziell auf Pflanzen (Rastenija 2 im Lada-Gewächshaus; Bild
links). Medizinische Daten zu Muskel- und Knochenveränderungen, Auswirkungen auf das
Kreislauf- und Immunsystem u. ä. wurden teilweise während des Fluges, größtenteils
aber vor und nach dem Aufenthalt im Weltraum gesammelt (Sprut-MBI, Parodont,
Farma, Kardio-ODNT, Profilaktika, Pulse,
Gematologia, MION, Isokinez, Tendometria,
Biopsy u.a.). Materialexperimente beschäftigten sich beispielsweise mit
dem Wachstum von Proteinkristallen (PCG-STES, ZCG), mit
dem Verhalten magnetischer Partikel in magnetorheologischen Flüssigkeiten (neue,
"intelligente" Fluide mit regelbarem Magnetismus) in der Schwerelosigkeit (InSpace)
oder mit der Bildung von Bläschen in erstarrenden Schmelzen (PFMI).
Bei STARMAIL ging es um den Austausch von mit Bildern versehenen elektronischen Botschaften der Raumfahrer mit ihren Familien und Freunden. DIUREZ beschäftigte sich mit dem Stoffwechsel flüssiger Elektrolyte im Körper sowie mit dem Einfluss hormoneller Veränderungen auf das Blutvolumen, BIOTEST mit den biochemischen Mechanismen der Stoffwechselanpassung an die Umgebung. Mit dem Experiment PILOT wurden individuelle Merkmale der psychophysiologischen Regulation der Raumfahrer bei Langzeitflügen erforscht. Meschkletochnoje Wsaimodeistwije hatte das Studium von Zelloberflächen und interzellularen Wechselwirkungen in der Schwerelosigkeit zum Gegenstand, Konjugatsija Veränderungen am Erbgut von Bakterien und MSC die Entwicklung von Stammzellen in der Schwerelosigkeit. Desweiteren wurden Rundwürmer der Spezies Caenorhabditis elegans untersucht (CEMMS). Sie haben einen kurzen Lebenszyklus. Deshalb lassen sich an ihnen langfristige Veränderungen schneller feststellen. Ein anderes Untersuchungsobjekt war Streptococcus pneumoniae (SPEGIS). Hier intessierte die Wissenschaftler vor allem, ob sich in der Schwerelosigkeit die Gefährlichkeit der Bakterien durch genetische Anpassungen verändert. S. pneumoniae kann Pneumonie, Sinusinfektionen und chronische Bronchitis verursachen. Die meisten Menschen tragen die Bakterie bereits in sich, aber erst ein geschwächtes Immunsystem begünstigt Infektionen der Lunge. Zu den medizinischen Untersuchungen nach dem Flug gehörte auch die Thermographie der Arme und Beine, um die Funktion der Thermoregulation während der Anpassung an die Schwerkraft zu kontrollieren. Weitere Experimente widmeten sich den Bewegungen von kleinsten Partikeln in elektrischen Feldern unter Anregung durch elektromagnetische Wellen (Plasmakristall 3) und der Stabilität von Feststoff-Flüssigkeits-Gemischen in Abhängigkeit von der sich bildenden "Korngröße" des festen Stoffes (CSLM = Coarsening in Solid Liqiud Mixtures). Neu ins Programm aufgenommen waren Testoperationen mit dem Manipulatorarm der Station, bei denen Kameras für zukünftige Untersuchungen des Hitzeschildes angedockter Raumfähren kalibriert wurden.
Im Programm waren auch Trockenübungen für einen
Außenbordeinsatz, ohne Unterstützung durch ein in der Station verbleibendes drittes
Besatzungsmitglied und häufige Pressekonferenzen bzw. Gespräche mit Schülern rund um
den Erdball. Am 30 Mai führte die Station ein Ausweichmanöver aus. Die Bahn wurde um 1,8
km angehoben, um dem Satelliten MEGSAT nicht zu nahe zu kommen. Es war erst das sechste
Manöver dieser Art.
Am 11. Juni koppelte das Transportraumschiff PROGRESS-M1 10 am PIRS-Modul der Station an. Mit ihm kamen Verpflegung, Ersatzteile, Wasser, Bekleidung, Büromaterial und Experimente für die ESA-Mission im Herbst. PROGRESS-M 48 dockte am 31. August (Start am 28. August) mit Treibstoff, Wasser und Versorgungsgütern am Heck der Station an, nachdem PROGRESS-M 47 drei Tage zuvor abgekoppelt wurde. Ihm folgte am 4. September PROGRESS-M1 10 (Bild rechts). Beide Transportraumschiffe waren mit Abfall beladen und verglühten in der Erdatmosphäre.
Sojus-TM 2 kehrte am 28. Oktober mit Pedro Duque, der 10 Tage zuvor mit Sojus-TM 3 gestartet war, zur Erde zurück.
Schenzu 5
| Start | Landung | Besatzung | Flugdauer | |
![]() |
15.10.2003 (01.00 WZ) |
15.10.2003 (22.23 WZ) |
Yang Liwei | 00:21:23 d |
Nach etwa elfjähriger Entwicklungsarbeit und vier unbemannten Missionen des Raumschifftyps Shenzhou seit 1999 ist dies die erste bemannte Mission Chinas. Im Mittelpunkt stand naturgemäß die Öffentlichkeitsarbeit. Insbesondere in seiner Heimat wurde der erste chinesische Raumfahrer (einheimische Bezeichnung: Yuhang Yuan) heldenhaft präsentiert. Während der Mission wurden außerdem die korrekte Funktion der technischen Systeme überwacht.
Das chinesische Raumschiff
Schenzu (US-Bezeichnung: Shenzhou, Bedeutung: magisches Schiff) wurde aus dem russischen
Raumschifftyp Sojus entwickelt aber mit einem moderneren Innenleben ausgestattet. Es
besteht aus drei Teilen: dem Serviceteil, dem Kommandomodul und dem Orbitalteil.
Das Servicemodul (unten) ist etwa 2,3 m lang und enthält die Steuerungselektronik für das Gesamtsystem, die Energieversorgung, Treibstofftanks, Triebwerke für Bahnmanöver und Rückkehr sowie zur Lageregelung. Außen angebracht sind zwei vierteilige Solarzellenpaneele mit einer Fläche von ca. 30 m².
Das Kommandomodul hat die Form eines Kessels und bietet wahrscheinlich maximal drei Raumfahrern vor allem bei Start und Landung Platz. Es verfügt über mehrere Computer, ein Lebenserhaltungssystem, einen Abschmelzhitzeschutz und Steuerdüsen zur Lageregelung während des Eintritts. Es hat eine Länge von ca. 2,10 m und einen Durchmesser von ca. 2,20 m.
Das Orbitalmodul ist eine chinesische Eigenentwicklung. Es ist etwa 3 m lang und verfügt sowohl über eine eigene Energieversorgung als auch über eigene Steuerdüsen zur Lageregelung. Es bietet den Raumfahrern während ihrer Mission Raum für die Bewältigung ihrer Aufgaben. Hier sind also wissenschaftliche Experimente untergebracht. Das Modul wird vor der Rückkehr zur Erde abgetrennt und kann etwa 6 Monate unabhängig weiter operieren. Gesteuert wird es dann von der Erde aus.
Das Gesamtsystem dürfte eine Länge von etwa 7,40 m und eine Masse von maximal 8 Tonnen haben. Es ist nach Aussagen chinesischer Techniker mit einem automatischen Antikollisionssystem ausgerüstet. Damit kann man größeren Trümmerteilen oder Gesteinsbrocken ausweichen. Nach der Abtrennung des Orbitalteils wird die Kommandokapsel mit Hilfe der Triebwerke des Servicemoduls abgebremst. Danach wird das Antriebsmodul abgesprengt. Die Kommandoeinheit wird anschließend durch die dichteren Luftschichten abgebremst und in der Endphase von einem Fallschirmsystem verlangsamt. Unmittelbar vor dem Bodenkontakt sorgen kleine Triebwerke für eine halbwegs sanfte Landung.
Sojus-TMA 3 (ISS 8)
| Start | Landung | Besatzung | Flugdauer | |
![]() |
18.10.2003 (05.38 WZ) |
30.04.2004 (00.12 WZ) |
Michael Foale (6) Alexander Kaleri (4) Pedro Duque (2) |
194:18:34 d 194:18:34 d 009:21:02 d |
Sojus-TMA 3 koppelte am 20. Oktober, 7.16 WZ an der Internationalen Raumstation an. Zunächst absolvierte man das Programm der europäischen Mission Cervantes, zu dem 22 wissenschaftliche Experimente gehörten. Davon betrafen 2 die Physik, 4 die Biologie und 4 die Humanphysiologie. Die übrigen gehörten zu den Forschungsfeldern Technologie und Bildung.
Auf dem Gebiet der
Lebenswissenschaften wurden die Auswirkungen der Mikrogravitation auf die Mobilität, das
Befinden und die Alterung von Fliegen der Gattung Drosophila Melanogaster untersucht. Dazu
waren Stämme dreier verschiedener Phenotypen in einem speziellen Apparat (Aquarius B)
untergebracht. Insbesondere die Unterschiede im Verhalten von langlebigen, kurzlebigen und
stark gravitations-abhängigen Fliegen wurden untersucht (Experiment Ageing).
Außerdem wurden an Embryos der Fruchtfliege Drosophila Melanogaster die Auswirkungen der
Weltraumbedingungen auf die Genfunktion studiert (Gene Expression) Dabei
wird erforscht, wie gut die gengesteuerte Produktion lebensnotwendiger Moleküle (meist
Proteine) funktioniert. Zum Forschungsprogramm gehörten auch die Untersuchung der
Auswirkungen der Weltraumbedingungen auf Struktur und Funktion von Wurzelzellen der
Ackerschmalwand Arabidopsis Thaliana (Root), regelmäßige
Blutdruckmessungen über 24 Stunden (BMI-2) sowie das Studium der
visuellen, vestibularen und proprioceptiven Informationsverarbeitung in verschiedenen
Situationen (Neurocog 2). Dazu trugen die Probanden Helme, über die sie
in einer virtuellen Realität agieren mussten. Gemessen wurden räumliche Orientierung,
Wahrnehmung und Erinnerung. Proprioceptive Informationen sind gleichgewichtsähnliche
Gefühle, die aus Rezeptoren in den Gelenken stammen. Interessant ist auch das Experiment Winograd,
bei dem so genannte Winograd-Linien untersucht werden. Dabei handelt es sich um
Bakteriengruppen, bei denen die Abfallprodukte der einen Bakterienart einer anderen als
Nahrung dienen. Von außen muss lediglich Licht zugeführt werden. Das Experiment gelangte
bereits im August in die Station.
Im Rahmen von Cardiocog 2 wurde die Regulation von Blutdruck, Puls und Atmung im Verlaufe von kognitiven Tests gemessen. Dadurch will man neue Erkenntnisse über Veränderungen im cardiovaskulären System des Menschen gewinnen. Weitere Untersuchungen galten der sympathoadrenalen Aktivität in der Schwerelosigkeit (Sympato 2), der Durchführbarkeit bestimmter medizinischer Handlungsabläufe (MedOps), der genetischen Entwicklung von Bakterien (Message 2) und der Beobachtung der Kristallisation mittels einer holografischen Mikroskopkamera (Promiss 2). Ebenfalls erforscht wurden Bildung und innere Kräfte poröser Festkörpermaterialien, so genannter Zeolite (NanoSlab 2). Gebiltet wurden die Zeolite aus einem Ammoniumhydroxid (ZSM 5) und einem Aluminiumsilikat (Silicalith 1). Derartige Materialien lassen sich als Membranen zur Gastrennung einsetzen, wobei die Porengröße entscheidend ist. Diese liegt bei den genannten Stoffen im Subnanometerbereich. Auf dem Programm standen außerdem Tests ergonomischer Knie-Halterungen für Astronauten (Crew Restraint), die Erprobung einer 3D-Kamera mit zwei Objektiven, die im Augenabstand gleichzeitig zwei Bilder macht (3D Camera), die Beobachtung von Blitzen und Sprites (luminiszierendes Glühen über Gewittergebieten in einer Höhe von 50 - 90 km) in der Atmosphäre (LSO-S) sowie verschiedene Experimente für Bildungszwecke. So wurde beispielsweise die Wirkung der Newtonschen Gesetze (Video 2), die Bewegung von Kugeln verschiedener Größen in einem Rüttelbehälter (Thebas) oder die Rotation starrer Körper (Apis) in der Schwerelosigkeit demonstriert und gefilmt.
Der ESA-Astronaut Pedro Duque kehrte nach knapp 10 Tagen mit
der 7. Stammbesatzung der Internationalen Raumstation und deren Raumschiff am 28. Oktober
zur Erde zurück.
Die beiden erfahrenen Raumfahrer Foale und Kaleri bildeten die Crew der Expedition 8. Hauptaufgabe war die Wartung und Instandhaltung der Systeme der Raumstation. Daneben betreute man einige ganze Reihe wissenschaftliche Experimente auf den Gebieten Erderkundung, Medizin, Biologie, Physik und Raumfahrttechnologie.
Erderkundung und Atmosphärenforschung
Beim Experiment Crew Earth Observation (CEO) geht es
um die Beobachtung und Dokumentation besonderer Formationen und Ereignisse auf der Erde.
Dazu zählen u.a. große Flussdeltas, Korallenriffe, Überflutungsgebiete, Gletscher,
Gebirge (NASA-Bild links: Fujijama), Einschlagkrater, Erdfalten, ökologisch
sensitive Flächen, Wetterphänomene aber auch Brände und Katastrophengebiete. Erfasst
werden diese Phänomene sowohl mit automatischen (Window Observational Research Facility
WORF) als auch mit Handkameras. Zum Komplex Exploration Research (ESTER)
gehört das Fotografieren kurzlebiger Phänomene auf der Erde und der Auswirkungen dieser
Ereignisse. Dazu zählen beispielsweise Wirbelstürme oder vulkanische Aktivitäten aber
auch die Planktonblüte. Diatomeja untersucht die geografische
Stabilität und Konfiguration bioproduktiver Zonen in den Weltmeeren. Dazu werden bei
jedem Überflug automatisch Videobilder dieser Gebiete gemacht. Im Rahmen von Earth
Knowledge Acquired by Middle School Students (EarthKAM) werden durch das große
Fenster im Destiny-Modul Bilder verschiedener Regionen der Erde gemacht und zur Erde
übertragen. Die Steuerung der Kamera wird dabei von Schülern in Amerika, Europa oder
Asien übernommen. Auch die Auswertung der geografisch, geologisch, ökologisch oder
biologisch bedeutsamen Aufnahmen geschieht eigenverantwortlich. Die Kamera wird für diese
Untersuchungen in einer speziellen Halterung montiert. Entwicklung und Test von Boden- und
Weltraum-gestützten Untersuchungsmethoden zur Vorhersage von natürlichen oder durch den
Menschen verursachten Katastrophen ist das Ziel des Experiments Uragan. Molnija
SM untersucht die elektrodynamischen Interaktionen zwischen Erdatmosphäre,
Ionosphäre und Magnetosphäre bei Gewittern oder seismischen Aktivitäten.
Medizin
Im Rahmen des Experimentes Biopsy wird den Raumfahrern vor und nach dem Flug Gewebe aus der Wadenmuskulatur entnommen. Dadurch lassen Muskelveränderungen durch einen längeren Aufenthalt in der Schwerelosigkeit genauer feststellen. Bei Cardio ODNT wird die Herzaktivität der Raumfahrer bei sportlicher Belastung gemessen. Bei Untersuchungen zu Chromosomal Aberations in Blood Lymphocytes of Astronauts wird der mutagene Einfluss ionisierender Strahlung auf die Chromosomen der Lymphozyten erforscht. Dazu werden Vergeiche der Lymphozyten vor und nach dem Raumflug angestellt. Zwischenmenschliche und kulturelle Faktoren können die effektive Zusammenarbeit innerhalb einer Crew beeinträchtigen. Deshalb gehört das wöchentliche Ausfüllen eines speziellen Fragebogens im Rahmen des Experimentes Crew Interaction zu den Pflichten der Raumfahrer. Diese Fragebögen wurden von Psychologen erarbeitet. Einige Fragen betreffen auch die Interaktion mit den Bodenstationen in den USA und in Russland. Bei Diurez geht es um die Erfassung des Wasser-Salz-Metabolismus und dessen hormoneller Steuerung sowie der Regulation des Blutvolumens in der Schwerelosigkeit und bei der Readaption an die Schwerkraft. Das Ganze geschieht über die Auswertung von Blut- und Urinproben. Beim Experiment Epstein-Barr Virus Reactivation wird die Reaktivierung dieser normalerweise harmlosen Viren in der Schwerelosigkeit untersucht. Bei geschwächtem Immunsystem können sie sich stärker vermehren und zu Erkrankungen führen. Etwa 90% aller Erwachsenen tragen den Epstein-Barr-Virus in ihrem Körper. Über Blut- und Urinproben will man dem Mechanismus der Reaktivierung auf die Schliche kommen. Mit der Effizienz von Medikamenten in der Schwerelosigkeit befasst sich das Experiment Farma. Untersucht werden Aufnahme, Verteilung und Abbau eines Wirkstoffs mit Hilfe von Speichel- und Blutproben.
Beim neuen Experiment Foot/Ground
Reaction Forces During Space Flight (FOOT, NASA-Bild rechts) werden
Veränderungen an Knochen und Muskeln im unteren Bereich des Körpers und an den Beinen
gemessen. Dazu trägt der Astronaut tagsüber eine spezielle Hose (LEPS - Lower Extremity
Monitoring Suit), in der 20 sorgfältig platzierte Sensoren untergebracht sind sowie eine
Sensorbinde an einem Oberarm. Mit den Sensoren werden die elektrische Muskelaktivität,
Beugungswinkel an Hüft-, Knie- und Fußgelenken sowie die Andruckkraft der Füße
gemessen und über in den Anzug eingearbeitete Leitungen zu einem Speicher übertragen
(max. 14 Stunden). Mit der zusätzlichen Armbinde werden Vergleiche in der Belastung von
Armen und Beinen ermöglicht. Außerdem werden Messungen zur Stärke von Knochen und
Muskeln vor und nach dem Raumflug auf der Erde vorgenommen.
Bei Gematologija werden die Mechanismen erforscht, die Veränderungen in hämatologischen Blutwerten hervorrufen. Dabei wird venöses und kapillares Blut entnommen, der Zustand der Zellmembranen, der Eisenhaushalt und der Hämoglobingehalt des Blutes ermittelt. Die Messwerte können u. a. Hinweise auf Anämien oder Veränderungen der Lymphflüssigkeit geben.
In der Schwerelosigkeit wird der Bewegungs- und Stützapparat kaum belastet. Resultate sind Muskel- und Knochenverlust. Außerdem bewegen sich Körper unter Mikrogravitation anders, sie fallen nicht nach unten. Statt der gewohnten Wurfparabel ergibt sich praktisch eine geradlinige Flugbahn. Nach kurzer Zeit hat sich das Gehirn darauf eingestellt. Mit dem ebenfalls neuen Hand Posture Analyzer (HPA) sollen diese Anpassungen genauer erforscht werden. Die Apparatur umfasst einen Handgriff mit Druckkraftmesser sowie einen Handschuh mit Sensoren, die Finger- und Handstellung messen und an einen Computer weitergeben. Mit dem Handgriff kann die maximale Druckkraft der Hand gemessen werden. Außerdem ist vorgesehen, dass die Raumfahrer mehrmals eine Kraft von 25%, 50% und 75% ihrer Maximalkraft für 24 Sekunden hält, wobei der Proband eine optische oder taktile Rückkopplung erhält. Mit dem Sensorhandschuh werden Greifübungen überwacht. Dabei kommt es auf Schnelligkeit und Genauigkeit an. Außerdem wird der Handschuh dazu benutzt, die Reaktionen des Probanden zu erfassen, wenn er imaginäre Bälle auf einem Bildschirm erfasst und nach unten wirft. Dies wird mit und ohne Schwerkraftsimulation getestet und ist ein Maß für die Hand-Augen-Koordination sowie die Reaktionsschnelligkeit und die Anpassung an die Umgebungsbedingungen.
Bei Matrjoschka R wird die Strahlung entlang der Flubahn der Internationalen Raumstation gemessen. Dabei werden die Strahlungswerte in einzelnen Schichten, die einem Körper nachempfunden sind, erfasst. Das entsprechende zylindrische Gerät wurde mit Progress M1 11 im Januar 2004 geliefert und während eines Ausstieges am 26./27. Februar 2004 an der Außenhaut des Moduls SWESDA installiert.
Beim Experiment Parodont wird der Mundraum näher erforscht. Unter anderem werden die Konzentration von Immunglobulin, das Mengenverhältnis von Krankheitserregern und Antikörpern sowie die einzelnen Bestandteile der Mikroflora in der Mundhöhle bestimmt. Dazu werden Speichelproben und Zahnabstriche genommen und eingefroren. Ziel des Experimentes Pilot ist es, über die Simulation einer Roboterfernsteuerung per Laptop und Joystick, die Zuverlässigkeit der Handlungen der Raumfahrer in Abhängigkeit vom aktuellen Stresszustand in verschiedenen Phasen eines Langzeitfluges zu ermitteln. Daraus sollen auch Vorhersagen getroffen werden, wann besonders schwierige Ausgaben in Angriff genommen werden können und wann die Raumfahrer Ruhephasen benötigen. Im Rahmen des Experiments Profilaktika werden Therapien gegen den Muskel- und Knochenabbau in der Schwerelosigkeit erprobt. Mit Pulse wird die autonome Regulation des Herz-Lungen-Systems in der Schwerelosigkeit untersucht. Beim medizinischen Experiment Renal Stone steht die Untersuchung des Risikos zur Bildung von Nierensteinen während längerer Raumflüge im Mittelpunkt. Dazu wurden von einem Astronauten Urinproben gesammelt, während er sich an eine spezielle Diät hält. Dadurch lassen sich Auswirkungen bestimmter Nahrungsinhaltsstoffe auf den Stoffwechsel analysieren. Im Rahmen der medizinischen Untersuchung Sprut MBI wird die Menge und Verteilung des Blutes im menschlichen Organismus ermittelt. Dabei sind vor allem Veränderungen im Verhältnis zwischen zellularem (intrazellulär) und im Kreislauf befindlichem Blut (interzellulär) interessant.
Biologie
Biodegradatsija
hat die Entwicklung von Sicherheitsmechanismen gegen biologische Kontamination
struktureller Teile der Raumstation zum Ziel. Dabei werden die Anfangsstadien der
Besiedlung struktureller Materialien durch Mikroorganismen untersucht. Dazu werden
Bioproben genommen, Fotos gemacht und die Sensitivität der Organismen gegen verschiedene
Gifte getestet. Das Ziel des Experimentes Bioekologija ist die Züchtung
von Bakterienstämmen, die Rohöl, Pflanzenschutzmittel oder Polysaccharide zersetzen
können. Mikroorganismen sind sie ein natürlicher Bestandteil unserer Umwelt und oftmals
unverzichtbar. Von Interesse beim Experiment Biorisk ist für die
Forscher der Einfluss der Sonnenaktivität auf Modifikationen (Phenotyp) und Mutationen
(Genotyp) sowie die Entwicklung von Resistenzen und Agressivität. Gleichzeitig soll aber
auch abgeschätzt werden, inwiefern nützliche Bakterien bei einem längeren Aufenthalt im
Weltraum lebensfähig bleiben. Das Experiment Brados dient der genauen
Bestimmung der tatsächlichen Strahlenbelastung der Besatzung. Dazu kommen neben
bewährten Dosimetern auch neuartige Systeme zum Einsatz, die Thermoluminiszenz,
Halbleitermaterialien, Samen höherer Pflanzen oder Bakterien (z. B. Yersinien) als
Detektoren verwenden. Neben der Strahlendosis können auch die direkten biologischen und
genetischen Auswirkungen festgestellt werden. Mit dem Komplex Cellular
Biotechnology Operations Support System (CBOSS) wird das Wachstum verschiedener
Zellarten analysiert. Dazu verfügte CBOSS über eine ausgeklügelte Temperatursteuerung,
eine Anlage zum Einfrieren der fertigen Proben, ein System zur Regulation der Gaszufuhr
sowie einen Behälter zur Aufnahme von bis zu 48 Proben. In der Schwerelosigkeit wächst
Gewebe auch ohne spezielle Stützstrukturen in drei Dimensionen ungehindert. Die
Untersuchungen der Zellkomplexe sollen vor allem neue Erkenntnisse über das Wachstum von
Krebszellen ermöglichen. Man hofft, es aber auch zu funktionierenden Organteilen
heranziehen zu können. Nach einer unterschiedlich langen Wachstumsphase bei idealen
Bedingungen können die Proben einzeln chemisch fixiert oder eingefroren werden. Die
genaue Analyse erfolgt auf der Erde.
Die Group Activation Packs Yeast (neues Experiment) dienen der Überprüfung der Rolle individueller Gene bei Hefe bei als Reaktion auf die Schwerelosigkeit. Interleukin K hat die Herstellung verschiedener biologischer Substanzen zum Ziel. Diese sind zum einen Interleukin, zum anderen ein Interleukin-Rezeptor-Antagonist. Interleukine sind körpereigene Botenstoffe, die auf natürlichem Wege in Lymphozyten hergestellt werden und das menschliche Immunsystem regulieren. Seit den achtziger Jahren können Interleukine auch künstlich hergestellt werden. Beim KAF-Experiment werden gentechnisch veränderte Molekülkomplexe der Typen Caf 1 und Caf 1M mit synthetischen Proteinen hergestellt. Dabei werden die besten Bedingungen erforscht, unter denen biologisch aktive Substanzen, wie Zytokine (Botenstoffe des Immunsystems) und schützende Antigene, in der Schwerelosigkeit künstlich produziert werden können. Mit dem Experiment Meschchlednoje Vzamiodeistwije (Intercellular Interactions) wird der Einfluss der Mikrogravitation auf die Beschaffenheit von Zelloberflächen sowie auf die Wechselwirkungen zwischen Lymphozyten in einer Zellkultur (K-562) erforscht. Mimetik K dient der Entwicklung einer neuen Klasse von Medikamenten. Hierbei wird ein Antigen bindendes Fragment eines monoklonalen Antikörpers an Glukosaminilmuramildipeptid hergestellt. Beim Experiment Rastenija 2 werden höhere Pflanzen (z. B. Salatpflanzen) im LADA-Gewächshaus (NASA-Bild links oben) gezogen. Diese könnten wichtige Vitaminlieferanten im Weltraum sein. Von Interesse ist der Einfluss der Schwerelosigkeit auf Wachstum und Entwicklung der Pflanzen. Untersucht werden aber auch die Funktionalität des Gewächshauses, die Widerstandfähigkeit und die Anpassung an die außergewöhnlichen Bedingungen im Weltraum (Mikrogravitation, Strahlung) und die Ethylenkonzentration im russischen Segment der ISS. Beim Experiment Vakzina K schließlich werden Protein-Vorläufersubstanzen hergestellt, die gegen virale Erkrankungen, speziell HIV, eingesetzt werden könnten.
Materialwissenschaften
Im Rahmen des Binary Collodial Alloy
Tests (BCAT-3, NASA-Bild links) wird das Langzeit-Verhalten von
Colloiden in der Schwerelosigkeit untersucht. Da hier die durch die Gravitation
verursachten Vorgänge der Sedimentation und Konvektion ausgeschlossen sind, können die
rein stoffbedingten Vorgänge beobachtet werden. Dazu werden regelmäßig Bilder der sich
entwickelnden Proben zur Erde übermittelt. Die Viskosität von Flüssigkeiten in der
Schwerelosigkeit, also ohne den Einfluss der Gravitation wird im Rahmen von Fluid
Merging Viscosity Measurement (FMVM) untersucht. Dabei lässt man zwei Tropfen
unterschiedlicher Flüssigkeiten nach ihrer Berührung allein durch die Adhäsionskräfte
ineinander laufen, wobei die inneren Widerstände der betreffenden Stoffe, darunter Honig,
Glyzerin und Silikonöl, gemessen werden. Materials ISS Experiment
(MISSE) umfasst etwa 750 verschiedene Materialien, deren Beständigkeit unter den rauhen
Bedingungen des Weltalls getestet werden. Sie sind in Boxen untergebracht und sollen in
mehr oder weniger regelmäßigen Abständen gewechselt werden. Dazu gehören ultraleichte
Membranen, Verbundstoffe, Keramiken, Polymere, Strahlungsschilde, Abdeckungen, Schalter,
Solarzellen, Sensoren, faltbare Spiegel, optische Gläser, Saatgut, Pflanzenteile und
Bakterien.
An der Außenseite des Moduls SWESDA befinden sich Detektoren, durch welche sich die Häufigkeit und Beschaffenheit von Mikrometeoriten mit Durchmessern von 10 bis 60 Mikrometern erfassen lassen. Ziel des Experiments Meteoroid, zu dem diese Sensoren gehören, ist eine Vorhersage der zu erwartenden Erosion der Außenhaut des Service Moduls in den kommenden Jahren. Mit dem japanischen Micro Particles Capturer (MPC) werden natürliche Mikrometeoriten und durch die Raumfahrt verursachte Staubpartikel gesammelt. Die ergänzende Space Environment Exposure Device ist außenbords am Servicemodul Swesda angebracht und setzt verschiedene Materialien den Umweltbedingungen des Weltraums aus. Zu diesen Materialien gehören u. a. Farbstoffe, Isolationsmaterialien und feste Schmierstoffe.
Kristalle aus der Gasphase (Spray) werden beim Plasma
Kristall Experiment der ESA gezogen. In der Microgravity Science Glovebox
(Handschuhbox) wird das Experiment Pore Formation and Mobility Investigations
(PFMI, NASA-Bild rechts) durchgeführt. Es beschäftigt sich mit
Erstarrungsprozessen. Beim Erstarren von Metallschmelzen steigen in der Schwerelosigkeit
kleine Gasbläschen nicht nach oben sondern bilden porenartige Materialdefekte. Die
Entstehung derartiger Poren und ihre Bewegung während des Erstarrungsprozesses soll durch
die Verwendung eines transparenten und elastischen Materials beobachtet werden können.
Man verwendet als Grundmaterialien Bernsteinsäurenitrile (Succinonitrile) und Wasser. Auf
der Erde treten Materialmängel durch mikroskopische Bläschen ebenfalls auf. Dadurch
können große Schäden entstehen, beispielsweise beim Bruch einer Turbinenschaufel in
einem Flugzeugtriebwerk. Verwendet werden mehrere zylindrische Probenbehälter, die
nacheinander in die Schmelzzone gelangen. Ein Schmelzen-Erstarren-Zyklus dauert mehrere
Stunden. Dabei lassen sich Temperatur und Wachstumsrate von der Erde aus steuern. Der
Fortgang des Experimentes wird durch eine Videokamera übertragen. Gemessen werden
Bläschenzahl und -größe sowie deren Bewegungen und Wechselwirkungen untereinander. Bei Protein
Crystal Growth - Single Thermal Enclosure System (PCG-STES) kommen
unterschiedliche Probenbehälter zum Einsatz. Sie enthalten normalerweise 81 verschiedene
Kammern, in denen individuelle Experimente mit verschiedenen Proteinen ablaufen.
Endprodukt der mehrmonatigen Kristallisationsphase sind extrem große, reine und
fehlerarme Kristalle, die sich besonders gut zur Analyse mittels Neutronenbeugung eignen.
Beim Experiment Viscose Liquid Foam - Bulk Metallic Glass (Foam-BMG) wird
ein Gas in eine Metallschmelze gepumpt. Die Schmelze wird unterkühlt und erstarrt
irgendwann schlagartig in aufgeschäumter Form. Ein solches Material, das fester als
normale Metalle oder Keramiken ist, nennt man metallisches Glas. Erforscht wird, unter
welchen Bedingungen möglichst große und regelmäßige metallische Gläser entstehen.
Raumfahrttechnologie
Untersuchungen zur Bewegung von Flüssigkeiten in Kapillaren mit großer und komplexer Geometrie werden im Rahmen des Cappillary Flow Experiments durchgeführt. Wärmetauscher, die ohne Pumpen funktionieren, könnten in zukünftigen Raumfahrtzeugen eingesetzt werden. Mit dem Global Time System wird ein Verfahren erprobt, bei dem die Zeitsignale zur Synchronisation von Uhren aus der Internationalen Raumstation kommen. Sie werden auf Frequenzen im Bereich von 400 MHz und 1,5 GHz ausgestrahlt. Das Experiment läuft, wie viele Langzeituntersuchungen, vollautomatisch ab. Bei Identifikatsija geht es um die strukturellen Belastungen der Station bei Kopplungsmanövern, Kurskorrekturen, sportlichen Aktivitäten der Besatzungsmitglieder sowie Außenbordarbeiten. Dazu werden Beschleunigungswerte in unterschiedlichen Teilen der Station mit linear-optischen und konventionellen Systemen gemessen. Die Qualität der Mikrogravitation an Bord in Abhängigkeit vom aktuellen Arbeitsmodus wird ebenso beim Experiment Izgib untersucht. Zum selben Komplex gehören auch MAMS und SAMS. Mit dem Microgravity Acceleration Measurement System (MAMS) werden Beschleunigungen der gesamten Station durch Kopplungen oder Antriebsphasen gemessen. Diese Ereignisse stören die Mikrogravitation innerhalb der Station. Allerdings sind diese Störungen niederfrequent und kurzzeitig. Bei empfindlichen Experimenten z. B. zur Kristallbildung spielen sie aber durchaus eine Rolle. Wachsende Kristalle zeigen dann geringe Abweichungen von der Idealstruktur. Das Space Acceleration Measurement System (SAMS) ist im Labormodul Destiny untergebracht und dient der Erforschung des Einflusses von Bordaktivitäten wie Sport oder Triebwerkszündungen auf gravitationsempfindliche Experimente in unterschiedlichen Bereichen der Station. Die 5 Sensoren, mit denen die Mikrogravitation gemessen wird, befinden sich in der Nähe laufender Experimente. Bei Iskaschenije sind magnetische Interferenzen und ihre möglichen Auswirkungen auf die Durchführung von Experimenten sowie die Orientierung am Erdmagnetfeld Untersuchungsgegenstand. Mit Kromka werden außenbords Partikel gesammelt, die sich von den Triebwerken des Moduls SWESDA lösen. Deren Analyse soll später zur Konstruktion besserer Antriebssysteme führen. Platan ist eine Detektoreinheit, mit der schwere Kerne (Eisen-Gruppe) der galaktischen und solaren Partikelstrahlung sowie deren Energie gemessen wird. Sie wird auf SWESDA montiert und nach ein bis zwei Jahren zur Erde zurück transportiert. Hier kann durch chemische Untersuchungen auf die Art der Ionen und durch die Einschlagtiefe in die 20 bis 100 mm dicken mehrlagigen Folien sowie die Form der Mikrokrater auf deren Energie geschlossen werden. Platan M ist für Partikel mit Energien zwischen 30 und 200 MeV entwickelt worden. Hauptziel ist es, Fluss und Energiespektrum der am stärksten ionisierenden Komponenten der kosmischen Strahlung während unterschiedlicher Phasen der Sonnenaktivität zu erfassen um zukünftige Schutzeinrichtungen planen zu können.Privijazka befasst sich mit Formveränderungen des russischen Teils der Station. Dem Studium chemiluminiszenter Reaktionen und atmosphärischer Leuchterscheinungen als Resultat der Wechselwirkung von Triebwerksabgasen mit der oberen Erdatmosphäre widmet sich das Experiment Relaksatsija. Die Untersuchungen finden vor allem im UV-Bereich statt. Ziel des Experimentes Skorpion ist die Entwicklung eines verbesserten Systems zur Erfassung von Umweltparametern. Dazu gehören Mikrogravitation, elektromagnetische Felder, Teilchenstrahlung sowie klimatische Bedingungen. Für viele Experimente ist es wichtig, die genauen Umweltbedingungen zu kennen, um die erreichten Resultate richtig bewerten zu können.
Synchronized Position Hold, Engage, Reorient Experimental Satellite, kurz SPHERES ist die Bezeichnung eines neuen, komplexen Experiments, bei dem sich kleine, autonome Satelliten, die durch Kohlendioxidgas angetrieben werden, untereinander abstimmen und gemeinsame Operationen ausführen sollen. Zunächst werden einzelne Komponenten aber nur innerhalb der Station erprobt. Im Mittelpunkt des Experimentes Tenzor steht die Erprobung neuer Techniken, die Bewegungscharakteristik der ISS genauer bestimmen zu können. Dazu gehören Trägheitsmomente, der Luftwiderstand der wachsenden Station und die genaue Bestimmung ihres Schwerpunktes. Mit Toksichnost wird ein Schnelltest für die Qualität des Trinkwassers an Bord der Station entwickelt und erprobt. Zum Experiment gehört das Messgerät Biotoks-10K. Mit diesem lässt sich die Toxizität von Wasserproben ermitteln. Dies geschieht mittels eines selbst leuchtenden mikrobiologischen Sensors. Variationen in der Leuchtintensität lassen Rückschlüsse auf Verunreinigungen der untersuchten Flüssigkeit zu. Die Forschungen sollen letztlich zu einem serienreifen Gerät führen. Im Rahmen von Vektor T werden die Bewegungsparameter der Station mittels GLONASS-Sensoren gemessen. GLONASS ist das russische Gegenstück zum amerikanischen Global Positioning System (GPS). Ziel ist die Erarbeitung einer möglichst genauen Vorhersage der Bahnänderungen infolge der Bremswirkung der Restatmosphäre.
Missionsbericht
Nach den gemeinsamen Arbeiten mit Pedro Duque im
Rahmen des Cervantes-Programms begann die Stationsroutine. Neben den wissenschaftlichen
Forschungen, insbesondere mit/zu Hand Posture Analyzer, Renal Stone Risk, Crew
Interactions, Capillary Flow Experiment, EarthKAM, Crew Earth Observation, Pilot, Binary
Colloidal Alloy Test 3, SPHERES, Profilaktika, Foot/Ground Reaction Forces During
Spaceflight, Pore Formation and Mobility Investigation, Plasma Kristall Experiment 3, In
Space Soldering Investigation , Rastenija 2, Group Activation Pack Yeast und weitere
medizinische Untersuchungen, u. a. mit einem Ultraschallsensor in der Human Research
Facility (Advanced Diagnostic Ultrasound in Microgravity ADUM) sowie der Herstellung
reiner Proteinkristalle mit verschiedenen Anlagen standen körperliches Training und
vielfältige Wartungsarbeiten auf dem Programm. Dazu gehörten Batteriewechsel, der
Austausch von Rauchmeldern, regelmäßige Inspektionen der Außenhaut der Station mit
Kameras am Manipulatorarm der Station, Lecktests, sowie Be- und Entladearbeiten.
Anfang Januar 2004 stellte man einen leichten Druckverlust in der Station fest. Deshalb zog sich die Besatzung für zwei Tage ins Wohnmodul SWESDA (verbunden mit PIRS, PROGRESS M 48 und SOJUS TMA 3) zurück. SARJA (mit PMA 1), UNITY (mit QUEST) und DESTINY waren auf diese Art isoliert. Nachdem man festgestellt hatte, dass der Druckverlust seine Ursache im Labormodul DESTINY hatte, war die Ursache schnell gefunden. Eine elastische Verbindung zwischen den beiden Scheiben des großen, optischen Fensters des Moduls war beschädigt. Nach einer provisorischen Reparatur wurde ein Austauschteil Ende Januar mit PROGRESS M1 11 geliefert und Anfang März eingebaut (NASA-Bild links: Kaleri am TORU-Fernsteuerungspult). Zur gleichen Zeit gab es auch einige Probleme mit dem Sauerstoffgewinnungssystem Elektron im Modul SWESDA. Während der lang anhaltenden Fehlersuche wurde Sauerstoff aus den PROGRESS-Frachtern sowie aus Feststoffkapseln genutzt (13 Solid Fuel Oxygen Generation Canisters von mehr als 100 wurden verbraucht). Schließlich wechselte man dann doch größere Einheiten und brachte die Anlage damit wieder zum Laufen. Im Februar gelang auch die Reparatur des Kreiselstabilisierungssystems des Laufbandes (Treatmill Isolation and Stabilisation TVIS) durch den Austausch eines defekten Kugellagers am Gyroskop.
Während eines Ausstieges am 26./27. Februar 2004 demontierten Kaleri und Foale einen Container eines russischen Materialexperimentes auf PIRS, wechselten zwei Probenpaletten am japanischen MPAC/SEED und installierten das Strahlungsmessexperiment Matrjoschka R an der Außenseite von SWESDA. Der für fünfeinhalb Stunden vorgesehene Ausstieg wurde auf 3:55 h gekürzt, weil es Probleme mit dem Kühlsystem in Kaleris Anzug gab. Nach dem Ausstieg fang Michael Foale heraus, dass nur eine Leitung dieses Kühlsystems geknickt war und deshalb das Kühlmittel nicht mehr richtig zirkulieren konnte. Dadurch entfiel aber die geplante Verlegung von mehreren Abgasreflektoren. Sie stören aber erst dann, wenn das europäische Versorgungsfahrzeug ATV am Heck der Station andockt, frühestens Ende 2005.
Während der Mission fanden viele Pressekonferenzen statt, u. a. zur Ehrung des ersten Motorfluges der Brüder Wright. Außerdem sprachen die Raumfahrer mehrfach mit Schülern amerikanischer Schulen und fertigten kleine Lehrfilme zu Bewegungen in der Schwerelosigkeit an. Nach dem Andocken der Nachfolgebesatzung nahmen Foale und Kaleri in geringem Umfang an deren Forschungsprogramm teil. Ein kleines Heliumleck im Antriebssystem von SOJUS TMA 3 stellte für die Landung am 30. April 2004 kein echtes Problem dar.
zuletzt aktualisiert am 17.08.2005

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