Theiss Deutschland Aufderiss 2 Inhalt Inhalt

Missions-Broschüre Mission Brochure COLUMBUS Germany ontheISS Deutschland aufderISS 2 Inhalt Inhalt

Die Internationale Raumstation ISS The International Space Station ISS

Das Labor im All ...... 6 The Laboratory in Space Forschung unter Weltraumbedingungen ...... 7 Research under Space Conditions Vom Kalten Krieg zur Internationalen Kooperation – Geschichte der ISS . . . . 12 From the Cold War to International Cooperation – the History of the ISS Großer deutscher Anteil an der ISS ...... 24 Germany’s great Contribution

Das europäische Raumlabor COLUMBUS The European Space Laboratory COLUMBUS

Das europäische Forschungslabor COLUMBUS ...... 36 The European research laboratory COLUMBUS Forschung zwischen Erde und Mond ...... 44 Research between the Earth and the Moon

Die Mission COLUMBUS The COLUMBUS Mission

Die Mission im Überblick ...... 60 Mission overview Aktuelle deutsche Forschung auf der ISS ...... 68 Current German Research Projects on the ISS

3 4 DIE INTERNATIONALE RAUMSTATION ISS THE INTERNATIONAL SPACE STATION ISS

5 Das Labor im All The Laboratory in Space

14 Nationen betreiben derzeit ein ge- For more than five years, 14 nations meinsames Großforschungslabor im have been jointly operating a large Weltall, die Internationale Raumstation research laboratory in space – the ISS. Es ist das größte wissenschaftlich- International Space Station ISS. It is technische Projekt in der Geschichte the greatest science and engineering der Menschheit. Es beweist, dass eine project in the history of mankind, a friedliche internationale Nutzung des living evidence that the peaceful in- Weltraums zum Vorteil aller Partner ternational utilization of space to the möglich und sinnvoll ist. Daran haben advantage of all partners is both pos- auch die zeitlichen Verzögerungen sible and sensible. This is true in spite und technischen Probleme beim Auf- of the delays and technical problems bau der ISS nichts geändert. Im Gegen- that beset the construction of the teil: Das ambitionierte Projekt wird ISS, for despite all this, the project mit großem Engagement fortgeführt. is being pursued with great commit- Seit dem „Erstbezug“ am 2. November ment. Ever since the first occupants 2000 forschen Astronauten auf der “moved in” on November 2, 2000, ISS, darunter auch an exzellenten astronauts have been conducting re- Experimenten aus Deutschland. ISS- search on the ISS, including excellent Partner sind die USA, Russland, zehn experiments from Germany. The ISS Mitgliedstaaten der ESA, Kanada und partners include the USA, Russia, ten Japan. Mit dem in Deutschland ge- ESA member states, Canada, and bauten Raumlabor COLUMBUS bezieht Japan. Europa nun dauerhaft die ISS.

6 Forschung unter Weltraumbedingungen Research under Space Conditions

Die Schwerkraft oder Gravitation ist Gravity is omnipresent on Earth. All auf der Erde allgegenwärtig. Alle physical, chemical and biological pro- physikalischen, chemischen und bio- cesses are subject to this condition. logischen Vorgänge laufen unter die- Quite often, the effect of gravity plays ser Bedingung ab. Häufig spielt die a highly visible role: Things fall to the Schwerkraft eine unübersehbare Rolle: ground, water flows downhill and Alles fällt zu Boden, Wasser fließt ins houses collapse when a natural disas- Tal und bei Naturkatastrophen stür- ter occurs. At the same time, there are zen Häuser ein. Bei vielen Vorgängen many natural and technical processes in Natur und Technik ist der Einfluss in which the influence of gravity is not der Schwerkraft jedoch nicht un- immediately distinguishable, although mittelbar zu erkennen. it is as fundamental here.

Die Schwerkraft ist aber auch hier von As a perpetual constant, gravity has been grundsätzlicher Bedeutung. So hat die a key factor in evolution: For three and Gravitation als immer konstante Größe a half billion years, life on our planet has maßgeblich die Evolution der Lebewesen been inextricably interwoven with the beeinflusst: Schwerkraft und Leben sind force of gravity. auf unserem Planeten seit dreieinhalb Milliarden Jahren untrennbar miteinander Against this background, research under verbunden. space conditions is indispensable in many important areas of medicine, biology, Vor diesem Hintergrund ergibt sich für physics and materials science. In this con- wichtige Bereiche in der Medizin, der text, “space conditions“ mainly means Biologie, der Physik und in den Material- weightlessness or, to use a more general wissenschaften die Notwendigkeit, unter term, modified gravity. Weltraumbedingungen zu forschen. Welt- raumbedingungen bedeuten hier insbe- Forming part of the German national space sondere Schwerelosigkeit oder allgemeiner: program, the program entitled Research veränderte Schwerkraftbedingungen. under Space Conditions promotes investigations into the influence of gravity Das Programm „Forschung unter Welt- modifications. It supports new discoveries raumbedingungen“ als Teil des Deutschen in science and technology and translates Raumfahrtprogramms fördert Untersu- them into innovative applications to the chungen zum Einfluss der veränderten benefit of the people on Earth. With its Schwerkraftbedingungen. Hierdurch kön- research under space conditions, DLR nen neue Erkenntnisse in Wissenschaft pursues four objectives, namely und Technologie gewonnen und dann in innovative Anwendungen für die Men- - to investigate basic vital functions, schen auf der Erde umgesetzt werden. - to develop new methods of diagnosis Das DLR verfolgt mit der Forschung unter and therapy in medicine, Weltraumbedingungen vier Ziele: - to expand the horizons of physical - Erforschung grundlegender research and Lebensfunktionen - to conduct innovative materials - Entwicklung neuer Diagnostik- research. methoden und Therapien in der Medizin - Erweiterung der Horizonte in der physikalischen Forschung - Innovative Materialforschung

7 Schwerelosigkeit Erforschung Investigation of Physikalisch gesehen ist ein Objekt grundlegender basic vital functions schwerelos, wenn es sich im freien Fall befindet. Ein Stein, der von einem Turm Lebensfunktionen As all life on Earth is subject to the influ- fällt, ist schwerelos. Ein in die Luft ge- ence of gravity, its importance for many worfener Ball befindet sich ebenfalls Da das Leben auf der Erde unter dem Ein- vital functions can be explored only in its im freien Fall, ist also schwerelos. Sein fluss der Schwerkraft abläuft, lässt sich de- absence. Scientists may then observe how Flug erfolgt auf einer sogenannten ren Bedeutung für viele Funktionen des organisms react under these conditions, Wurfparabel. Allgemein sind alle Zu- Lebens nur in Schwerelosigkeit erforschen. and what course biological processes take. stände der Schwerelosigkeit Formen Dabei beobachten die Wissenschaftler, wie Why is it, for example, that the roots of des freien Falls. Organismen reagieren und wie biologische a plant will grow towards the center of Vorgänge unter diesen Bedingungen ab- the Earth, while its shoot grows in the Im Bremer Fallturm werden Kapseln in laufen. Wieso wachsen z.B. Pflanzenwur- opposite direction towards the light? einer luftleeren Röhre aus 110 Metern zeln zum Erdmittelpunkt, der Sproß aber From experiments in space, researchers Höhe in einen Auffangbehälter fallen entgegengesetzt zum Licht? Aus den Welt- draw conclusions about the mechanisms gelassen. Während des Falls herrscht raumexperimenten gewinnen die Forscher by which protozoa as well as people per- in der Kapsel Schwerelosigkeit. Die Erkenntnisse über die Mechanismen der ceive gravity and respond to it. Such TEXUS-Rakete vollführt nach dem Aus- Wahrnehmung und Verarbeitung von insights are of great importance not only brennen der Treibsätze eine steile Wurf- Schwerkraft vom Einzeller bis zum Men- for basic research into the processing of parabel. Während dieser antriebslosen schen. Diese sind nicht nur für die Grund- signals in general but also for our under- Flugphase herrscht in der Rakete lagenforschung von großer Bedeutung, so standing of specific biotechnological pro- Schwerelosigkeit. Auch mit Flugzeugen etwa für das Verständnis der Verarbeitung cesses. What is more, space experiments können kleinere und flachere Manöver von Signalen ganz allgemein, sondern auch help us to improve our knowledge about dieser Art auf Parabelflügen absolviert für das bestimmter biotechnologischer the origin, spreading and development werden. Die Umlaufbahn einer Raum- Vorgänge. Weltraumexperimente helfen of life on our home planet. station um die Erde kann man sich als zudem, die Entstehung, Verbreitung und „Wurfparabel“ vorstellen, welche ein- Entwicklung des Lebens auf unserem mal um die Erde reicht. In der Umlauf- Heimatplaneten besser zu verstehen. bahn kompensiert die Trägheitskraft New methods of der Bewegung die Erdanziehungskraft, die auch in 400 Kilometern Höhe nur diagnosis and wenig abgenommen hat. Das Ergebnis Neue Diagnostik- wird am Fernsehbildschirm anschaulich – alle Gegenstände sind schwerelos, therapy in medicine Astronauten schweben frei herum. methoden und Medicine is another field in which the interest in research under microgravity is Der freie Fall ist jedoch ein Idealzustand, Therapien für die great indeed. It provides us with fresh in- der in der Realität so gut wie nicht sights into the interaction between vari- vorkommt. Denn alle fallenden Körper Medizin ous systems of the human body such as erfahren noch unterschiedlich starke muscles and bones, the heart, and the Störbeschleunigungen, etwa aufgrund Die Forschung in Schwerelosigkeit ist cardiovascular and immune systems. And des Luftwiderstandes und von Eigen- außerdem von herausragendem Interesse because the changes which astronauts schwingungen. Deshalb spricht man für die Medizin. Sie liefert neue Erkennt- experience within a few weeks or months anstatt von Schwerelosigkeit oft auch nisse über das Zusammenspiel der ver- resemble those caused by the process of von Mikrogravitation. Dieser Begriff hat schiedenen Systeme des menschlichen ageing in the human body, the latter can sich für äußerst geringfügige Schwer- Körpers, etwa der Muskeln und Knochen, be studied in double-quick time, so to kraft eingebürgert. des Herzens und Kreislaufs sowie des Immunsystems. Da die Veränderungen, speak. Contrary to the changes caused die Astronauten in Schwerelosigkeit in by the process of ageing in people living wenigen Wochen oder Monaten erfahren, on Earth, those experienced by astronauts are reversible, meaning that their

8 Die Internationale Raumstation ISS > Forschung unter Weltraumbedingungen The International Space Station ISS > Research under Space Conditions

dem Alterungsprozess des Menschen readaptation to gravity on Earth can be ähneln, lässt sich dieser gewissermaßen studied as well. Such knowledge is then im Zeitraffer studieren. Im Gegensatz brought to bear on the diagnosis and zum Alterungsprozess des Menschen auf therapy of the sick. Thus, research under der Erde sind die Veränderungen beim space conditions has brought forth new Astronauten reversibel, so dass auch die therapies for osteoporosis as well as new Rückanpassung an die Schwerkraft auf instruments to measure intraocular pres- der Erde untersucht werden kann. Dieses sure and track the movements of the eye. Wissen fließt in die Diagnostik und Thera- pie kranker Menschen ein. So konnten Both these objectives – researching basic durch die Forschung unter Weltraumbe- vital functions and developing new meth- dingungen beispielsweise neue Therapien ods of diagnosis and therapy in medicine – für die Behandlung von Osteoporose oder will play a crucial role when we prepare Instrumente zur Messung des Augen- the ground for future long-range missions innendrucks und der Augenbewegungen to the moon or elsewhere. entwickelt werden. Erforschung des Gleichgewichtsorgans an Fischen Beide Ziele, die Erforschung grundlegender Investigation of the Vestibular System Lebensfunktionen und die Entwicklung Expanding the in Fish neuer Diagnostik- und Therapiemethoden für die Medizin, werden auch eine ent- horizons of physical scheidende Rolle spielen, wenn es darum geht, die grundlegenden Voraussetzungen research für künftige Langzeitmissionen etwa zum Mond oder anderen Zielen zu schaffen. Experiments in microgravity may yield fundamental insights that would be un- obtainable under any other conditions. So-called plasma crystals are a case in Erweiterung der point. Because of the influence of gravity, only two-dimensional crystalline structures Horizonte in der can be generated on Earth, so that scientists have to resort to weightlessness to physikalischen study three-dimensional crystals. There Messung von schnellen Flüssigkeits- are signs indicating that, in the long run, verschiebungen beim Menschen the process may be used in practice to Measurement of rapid Body Fluid Shifts Forschung in Humans coat electronic microchips, for instance. Mit Experimenten unter Schwerelosigkeit Further examples of basic research in lassen sich grundlegende Erkenntnisse space include the exploration of certain gewinnen, die ansonsten nicht erreichbar quantum phenomena and the investiga- wären. Dies trifft etwa bei den sogenann- tion of early phases in the development ten Plasmakristallen zu. Aufgrund der of planets. Schwerkraft lassen sich diese auf der Erde nur zweidimensional erzeugen. Unter Schwerelosigkeit können die Forscher auch dreidimensionale Kristalle untersuchen. Hierfür zeichnen sich langfristig auch praktische Anwendungen ab, etwa zur Be- schichtung von elektronischen Mikrochips. Weitere Beispiele für die Gewinnung grundlegender Erkenntnisse sind die Er- kundung gewisser Quantenphänomene oder die Erforschung von Frühphasen der Planetenentstehung.

9 Innovative Exploring Materialforschung innovative materials

Metallische und halbleitende Werkstoffe Metallic and semi-conducting materials werden überwiegend aus dem flüssigen are mostly produced from the liquid Zustand mittels schmelztechnischer Ver- state by melt technologies. Eliminating fahren hergestellt. Schwerelosigkeit bietet disturbances in the melt, weightlessness durch das Ausschalten von Störkräften in offers crucial advantages in clarifying the der Schmelze entscheidende Vorteile, um interaction between solidification condi- die Wechselbeziehung zwischen Erstar- tions and the structure and properties of rungsbedingungen, Werkstoffgefüge the resultant material. Furthermore, im- und den Eigenschaften eines Werkstoffs portant melt properties such as surface aufzuklären. Weiterhin lassen sich durch tension and viscosity can be measured Materialforschung mit der TEMPUS- Apparatur auf Parabelflügen behälterfreie Verfahren in Schwerelosigkeit much more precisely than in terrestrial Materials Science Research on the TEMPUS wichtige schmelzflüssige Eigenschaften laboratories by containerless methods that Equipment during Parabolic Flights wie zum Beispiel Oberflächenspannung operate in microgravity. Such accurate und Zähigkeit wesentlich genauer bestim- data are essential for further improvements men als in irdischen Labors. Solch präzise in the realism of computer simulations. Daten sind wichtig für möglichst realitäts- Steadily gaining in importance, these sim- nahe Computersimulationen. Diese ge- ulations enable the industry to develop winnen in der Industrie stetig an Bedeu- new materials by more efficient and tung und ermöglichen eine effiziente, energy-saving and, consequently, more energie- und damit umweltschonende environmentally friendly methods. Entwicklung neuer Werkstoffe. The program of the Das Programm der DLR Space Agency DLR Raumfahrt- Through its Research under Space Condi- Agentur tions program, the DLR Space Agency supports German scientists in investigating Im Programm „Forschung unter Welt- these and other questions of a similar raumbedingungen“ unterstützt die DLR nature. Under the program, DLR promotes Raumfahrt-Agentur deutsche Wissen- biologists, physicians, and materials re-

Fluggelegenheiten für Schwerelosigkeitsforschung / Flight Opportunities for Research under Space Conditions

Unbemannt / Unmanned Bemannt / Manned

Fallturm 5–9 sec Forschungsrakete 6–12 min Satellit < 1 Monat Parabelflüge 22 sec Raumstation > 1 Monat Drop Tower 5–9 sec Sounding Rocket 6–12 min Satellite < 1 Month Parabolic Flights 22 sec International Space Station ISS > 1 Month Die Internationale Raumstation ISS > Forschung unter Weltraumbedingungen The International Space Station ISS > Research under Space Conditions

schaftler, damit sie diesen und ähnlichen searchers working at universities, Max Fragen nachgehen können. Das DLR för- Planck Institutes and other research insti- Weightlessness dert hierbei Biologen, Mediziner, Physiker tutions. und Materialwissenschaftler aus Universi- In physical terms, an object is weight- täten, Max-Planck-Instituten und anderen In addition, DLR regularly contracts the less whenever it is in free fall. A stone Forschungseinrichtungen. space industry to develop equipment that drops from a tower is weightless. specifically designed for use in space. Not A ball that is thrown into the air is also Zudem werden im Auftrag des DLR spe- infrequently, the resultant innovative tech- in free fall and, therefore, weightless. ziell für den Einsatz im Weltraum notwen- nologies are found suitable for use on In its flight, it follows what is called a dige Geräte von der Raumfahrtindustrie Earth. Thus, results of experiments con- parabolic trajectory. Generally speaking, entwickelt. Hieraus ergeben sich nicht ducted in space helped to improve pro- any state of weightlessness is a form selten innovative Technologien auch für duction processes for aircraft and automo- of free fall. die Anwendung auf der Erde. So trugen bile castings and to develop innovative Ergebnisse aus Weltraumexperimenten medical devices. To study the influence of In the Bremen Drop Tower, capsules dazu bei, Gussverfahren im Automobil- gravity, you need to eliminate this factor are dropped inside an evacuated tube und Flugzeugbau zu verbessern und entirely or modify its intensity. Depending from a height of 110 meters into a neue medizinische Geräte zu entwickeln. on the time required for an experiment, receptacle. During the fall, weightless- DLR offers scientists a variety of flight ness prevails in the capsule. The TEXUS Um den Einfluss der Schwerkraft unter- opportunities. rocket follows a steep parabolic trajec- suchen zu können, muss man diesen tory after its fuel has been spent. Faktor ganz ausschalten oder seine Größe Facilities for automated tests include During this coasting phase, the rocket verändern. Je nach der für ein Experiment is weightless. Also aircraft can be used - the Bremen drop tower benötigten Zeitdauer bietet das DLR den to perform similar maneuvers on a (5 to 9 seconds of microgravity), Wissenschaftlern die entsprechenden smaller scale called parabolic flights. Fluggelegenheiten: - the TEXUS (6 minutes) and MAXUS Lastly, the orbit of the Space Station can (12 minutes) research rockets and be visualized as a “parabolic trajectory“ Für automatisch ablaufende Versuche encircling the Earth. In orbit, the inertia stehen - research satellites such as the Russian of movement compensates gravity, FOTON (several weeks). - der Fallturm in Bremen which itself is reduced only marginally (5 bis 9 Sekunden Mikrogravitation), at a height of 400 kilometers. The For experiments in which human beings result can be watched on TV: all things - die Forschungsraketen TEXUS must be involved either as experimenters are weightless, astronauts are floating (6 Minuten) und MAXUS (12 Minuten) or test subjects, scientists may avail around. sowie themselves of flight opportunities on - russische Forschungssatelliten wie - parabolic flights (up to 31 times 22 However, free fall is an ideal state that FOTON (mehrere Wochen) seconds per flight day) or practically never occurs in reality, for all falling bodies are subject to disturb- zur Verfügung. - the International Space Station ISS ing accelerations of different intensity (from several months to several years). caused, for example, by intrinsic vibra- Für Experimente, die den Menschen als tions or air drag. This is why the term Experimentator oder als Testperson benö- microgravity, which is commonly used tigen, können Wissenschaftler to describe a state of extremely low - Parabelflüge (bis zu 31 mal 22 gravity, so often replaces the term Sekunden pro Flugtag) und weightlessness. - die Internationale Raumstation ISS (mehrere Monate bis Jahre) als Fluggelegenheit nutzen.

11 Vom Kalten Krieg zur internationalen Kooperation – From the Cold War to International Cooperation –

Anfang der 1980er-Jahre hatte In the early 1980s, Europe had finally Europa seinen Zugang zum Weltall secured its own access to space. The gesichert. Die Trägerrakete ARIANE ARIANE launcher was a great success, war ein großer Erfolg und das in and SPACELAB, the space laboratory Deutschland entwickelte und gebau- developed and built in Germany te Raumlabor SPACELAB für das ame- for the American space shuttle, was rikanische Space Shuttle einsatzbe- ready for launching. What is more, reit. Zudem hatten die Mitglieder der the member states of the European Europäischen Weltraumorganisation Space Agency ESA had impressively ESA ihre Kompetenz bei Bau und demonstrated their competence in Betrieb von Forschungssatelliten ein- building and operating research drucksvoll unter Beweis gestellt. Der satellites. The Soviet Union had al- nächste logische Schritt war von der ready gone ahead and taken the Sowjetunion bereits demonstriert next “logical step”: A space station worden: eine mit Astronauten dauer- permanently manned by astronauts haft besetzte Raumstation im Erd- in orbit around Earth. The idea of orbit. Sowohl in Deutschland als auch building a European space station was in Frankreich wurde die Idee einer being discussed both in Germany europäischen Raumstation erörtert. and in France.

Auch in den USA dachte man ähnlich. The USA, too, were thinking along similar Dort hatte man sich zunächst auf die lines. While activities there focussed on ARIANE 1 Entwicklung des Space Shuttles konzen- the development of the space shuttle at ARIANE 1 triert, den Bau einer Raumstation aber first, the construction of a space station schon in den 1970er-Jahren ins Auge had been considered even in the 1970s. gefasst. Nun war dies der letzte Bereich Now, this was the last remaining field of der Raumfahrt, in dem die USA noch astronautics in which the USA had not nicht mit der UdSSR gleichgezogen oder yet drawn level with the USSR or over- diese überholt hatten. taken it.

Die ersten The Early Space Raumstationen – Stations – from von SALJUT bis MIR SALYUT to MIR

Die erste Idee für eine „Raumwarte“ im All The first concept of a “space observa- hatte der Raumfahrttheoretiker Hermann tory” was sketched out by the theorist Noordung 1929 in seinem Buch „Das Hermann Noordung in 1929 in his book Problem der Befahrung des Weltraums“ “The Problem of Space Travel: The skizziert. Sie diente 40 Jahre später Stanley Rocket Motor”. Forty years later, it was Kubrick als Vorlage für seinen Kultfilm used by Stanley Kubrick as a model for „2001: A Space Odyssey“. his cult film “2001: A Space Odyssey”.

As early as April 19, 1971, the Soviet Union launched its first orbital station, SALYUT 1, marking the successful completion of a major step towards establishing

12 Die Internationale Raumstation ISS > Geschichte Geschichte der ISS The International Space Station ISS > History the History of the ISS

Bereits am 19. April 1971 brachte die man permanently in orbit around Earth. Sowjetunion mit SALJUT 1 ihre erste Or- In 1977, SALYUT 6 followed, representing bitalstation in den Weltraum. Ihr gelang the next generation of space stations damit ein bedeutender Schritt hin zu which, equipped with a second docking einer permanenten Präsenz des Menschen port for supply ships, could remain much im Erdorbit. Mit SALJUT 6 wurde 1977 longer in space. From August 27 to dann die nächste Generation von Raum- September 3, 1978, Sigmund Jähn was stationen gestartet, die mit einem zwei- the first German cosmonaut to work on ten Andockring für Versorgungsschiffe SALYUT 6 under the INTERCOSMOS coop- ausgestattet worden war und daher eration between the GDR and the USSR. wesentlich länger im All bleiben konnte. In April 1982, SALYUT 7 was launched, Vom 27. August bis 3. September 1978 where two months later, Jean-Loup arbeitete hier Sigmund Jähn im Rahmen Chrétien, a Frenchman, became the first der INTERKOSMOS-Kooperation zwi- astronaut from the West to stay on board schen der DDR und der UdSSR als erster a Soviet space station. deutscher Kosmonaut. Im April 1982 folgte SALJUT 7, auf der sich zwei Monate Meanwhile, a third generation of space später der Franzose Jean-Loup Chrétien stations was being designed in the Soviet als erster westlicher Astronaut an Bord Union, embodied in the multi-modular Hermann Noordung erdachte in den 1920er Jahren die erste Raumstation einer sowjetischen Raumstation aufhielt. space laboratory MIR which was finally Hermann Noordung designed the first launched into orbit on February 20, 1986 Space Station in the 1920s In der Sowjetunion wurde währenddessen at an altitude of about 300 kilometers. die dritte Generation von Raumstationen With its five research segments that were konzipiert, die schließlich am 20. Februar later docked on to the base module, it 1986 erfolgreich in einen Orbit auf unge- reached a mass of more than 120 tons. fähr 300 Kilometer Höhe gebracht wurde: Designed for a life of twelve years, it das multi-modulare Raumlabor MIR, das actually lived far beyond the collapse of mit seinen fünf Forschungssegmenten, the leading power of the East. Hanging die später an das Basismodul angekoppelt on after the end of the Cold War until wurden, eine Masse von über 120 Tonnen its final controlled crash in the Pacific on erreichte. Ausgelegt für eine Lebensspanne March 23, 2001, MIR offered scientists von zwölf Jahren, überstand es den Zu- from the West as well as from the East sammenbruch der östlichen Führungs- opportunities to conduct long-term macht bei Weitem. Nach der Überwindung research in space for 15 years. Noordungs Raumwarte umgesetzt im Film „2001: Odyssee im Weltraum“ des Kalten Krieges, bis hin zu ihrem kon- © Warner Bros. trollierten Absturz in den Pazifik am 23. The first countermove of the USA was Noordung’s Space Lookout as implemented März 2001, bot die MIR über 15 Jahre SKYLAB. Installed in the third stage of the in the film “2001: A Space Odyssey” hinweg auch westlichen Wissenschaftlern last SATURN V ever launched, it offered © Warner Bros. die Chance zur Langzeitforschung im All. a crew of three an opportunity to stay on board three times for a total of 171 Die USA hatten dem zunächst SKYLAB days in 1973 to conduct scientific and entgegengesetzt. Eingerichtet in der drit- technical experiments in solar and comet ten Stufe der letzten gestarteten SATURN research, materials science, medicine, V bot es 1973 dreimal einer dreiköpfigen pharmacology, Earth observation, mete- Besatzung insgesamt 171 Tage Aufenthalt orology, biology, and chemistry. für wissenschaftliche und technische Ex- perimente in den Bereichen der Sonnen- und Kometenforschung, Materialkunde, Medizin und Pharmazie, Erdbeobachtung, Meteorologie, Biologie und Chemie.

13 Schon einmal reiste „Columbus“ zum Kennedy-Space-Center: Zum 500. Jahrestag von Christoph Columbus’ Entdeckung segel- ten 1992 drei Nachbauten der legendären Schiffe hinter der Startrampe der Space Shuttles in Florida “Columbus” travelled to the Kennedy Space Center once before: to celebrate the 500th Anniversary of Christopher Columbus’ Discov- ery, Replicas of his three legendary Ships sailed behind the Space Shuttle Launching pad in Florida in 1992

Eine Raumstation A Space Station des Westens – of the West – FREEDOM FREEDOM

In den 1980er-Jahren suchte die NASA In the 1980s, NASA was looking for längerfristige Erfahrungen im Orbit sowie ways to prolong the crew’s orbital expe- wissenschaftliche Experimentiereinrich- rience, new scientific experiments, and tungen und kommerzielle Einsatzmög- commercial applications. In addition, a lichkeiten. In der sich mit der atomaren space station owned by the Western Aufrüstung zuspitzenden politischen Aus- nations was conceived as symbolizing einandersetzung zwischen Ost und West peaceful cooperation as well as the tech- sollte eine Raumstation der westlichen nological dominance of the “free world” Nationen zudem ein Zeichen der fried- at a time when the nuclear arms race lichen Zusammenarbeit, aber auch der was exacerbating the political confronta- technologischen Dominanz der „freien tion between East and West. Welt“ sein. In 1983, the USA began to consider 1983 begannen die USA, mit ihren Part- building a space station together with their nern in Europa, Japan und Kanada über partners in Europe, Japan, and Canada. eine gemeinsame Raumstation nachzu- In the summer of that year, MBB/ERNO denken. Im Sommer des Jahres präsen- and Aeritalia presented the first industrial tierten die Firmen MBB/ERNO und Aeritalia study dealing with Europe’s contribution eine erste Industriestudie „COLUMBUS“ under the name of COLUMBUS. It con- für die europäische Beteiligung. sisted of a module that would be firmly docked on to the core of the station and a free-floating research laboratory.

14 Die Internationale Raumstation ISS > Geschichte The International Space Station ISS > History

Am 25. Januar 1984 beauftragte US- On January 25, 1984, President Reagan Präsident Reagan die NASA mit der commissioned the NASA to develop a Entwicklung einer dauernd besetzten permanently-manned space station that Raumstation, die für Wissenschaft und was to be used for scientific and industrial industrielle Forschung sowie für die research as well as for the production of Herstellung von besonderen Werkstoffen special materials and medicines. It was to und Arzneien eingesetzt werden sollte. be launched in 1992, the jubilee year of Geplanter Start war 1992, das Jubiläums- the rediscovery of America by Christopher jahr der Wieder-Entdeckung Amerikas Columbus. durch Christoph Columbus. In the time that followed, the new large- In der Folge waren es insbesondere scale space programs in Western Europe Der europäische Raumgleiter HERMES vor Deutschland, Italien und Frankreich, wel- were dominated by Germany, Italy, and dem Wiedereintritt über Europa che die neuen Großvorhaben der west- France. France concentrated on develop- The European HERMES orbital Glider shortly europäischen Raumfahrt bestimmten. ing ARIANE 5 from the European launcher before its re-entry above Europe Frankreich konzentrierte sich auf die and designing a manned European orbital Weiterentwicklung der Trägerrakete zur glider to be named HERMES. Germany ARIANE 5 sowie auf die Konzipierung focussed on COLUMBUS together with des europäischen, bemannten Raum- Italy. Those responsible in politics and in- gleiters HERMES. Deutschland legte mit dustry expected all this to provide a boost Italien den Schwerpunkt auf COLUMBUS. to technological development because Die Verantwortlichen in Politik und In- of the unprecedented requirements that dustrien erhofften sich hiervon einen would have to be met with regard to the Technologieschub aufgrund von bisher reliability, precision, and controllability of nicht gekannten Anforderungen an Zu- complex technical systems. Engineers verlässigkeit, Präzision und Beherrsch- and researchers were looking forward to barkeit komplexer technischer Systeme. powerful impulses in the fields of auto- Starke Impulse erwarteten die Ingenieure mation and robotics, materials research, und Forscher vor allem in den Bereichen process and production technology, data der Automation und Robotertechnik, processing, and telecommunications. der Materialforschung, Verfahrens- und Fertigungstechnik, der Datenverarbeitung In 1985, the ESA Council of Ministers, und der Telekommunikation. meeting in Rome, approved Europe’s contribution towards the American space 1985 verabschiedete der ESA-Ministerrat station. The conditions that would govern in Rom die europäische Beteiligung an Europe’s participation were negotiated der amerikanischen Raumstation. Die during subsequent European-American Bedingungen der europäischen Teil- talks. When the ESA Council of Ministers nahme wurden während der folgenden met next at The Hague in 1987, the Euro- europäisch-amerikanischen Gespräche pean Ministers endorsed the COLUMBUS ausgehandelt. Auf dem folgenden ESA- programs and approved another three- Ministerrat in Den Haag 1987 wurde das year phase of preparation. At the time, COLUMBUS-Programm von den europäi- the objective was to launch COLUMBUS schen Fachministern bestätigt und eine on ARIANE 5. According to plan, Europe’s weitere, dreijährige Vorbereitungsphase contribution towards the international verabschiedet. Ziel war es damals noch, space station now included a module COLUMBUS mit ARIANE 5 zu starten. firmly docked to the core station, a tem- Der europäische Beitrag zur internationa- porarily manned free-flying laboratory, len Raumstation sollte jetzt aus einem an unmanned research platform in a fest mit der Kernstation verbundenen polar orbit, and a data relay satellite. Modul, einem zeitweilig bemannbaren, frei fliegenden Labor, einer polaren, unbemannten Forschungsplattform und einem Datenrelaissatelliten bestehen.

15 Während das Raumstationsprogramm in While the space-station program was Europa wuchs, gab es in den USA zu- growing apace in Europe, more and more nehmend Probleme: Zum einen führten problems arose in the USA: On the one die komplizierten jährlichen Budgetver- hand, delays were caused by the compli- handlungen im Kongress zu Verzöge- cated annual negotiations about the rungen. Zum anderen sorgten die unter- budget in Congress. On the other, further schiedlichen Auffassungen über den delays were caused by differences of Charakter der Raumstation als Forschungs- opinion about whether the space station labor oder als orbitaler „Bahnhof“ für should be a research laboratory or an die künftige, astronautische Erforschung orbital “way station“ for the future astro- des Weltraums für Verzug. Vor allem aber nautical exploration of space. Most im- der Verlust des Space Shuttles Challenger portant of all, the loss of the Challenger am 28. Januar 1986 streckte die zeitliche space shuttle on January 28, 1986 stretch- Umsetzung des Programms um mehrere ed the time required to implement the Jahre. 1987 wurde der Station immerhin program by several years. At least, the ein erster, politisch motivierter Name station was given its first, politically mo- gegeben: FREEDOM (Freiheit). tivated name in 1987: FREEDOM.

Das Unterfangen einer internationalen There were many reasons why an inter- Raumstation war aus vielen Gründen national space station was a difficult nicht einfach, denn sie bedeutete etwas undertaking, for it constituted an entirely gänzlich Neues für die Zusammenarbeit novel problem in cooperation within the in der Völkergemeinschaft. Die Partner- community of nations. Partner states staaten mussten sich nicht nur auf ein had to agree not only on a technological Konzeptzeichnungen für die Internationale technologisches Konzept und die Nutzung concept and the way in which the sta- Raumstation FREEDOM 1989-90 der Station einigen, sondern auch über tion was to be used but also on a legal Concept Drawings for the International den rechtlichen Rahmen. Wem würde das framework. Who should hold the intel- Space Station FREEDOM, 1989-90 Urheberrecht für neue Entwicklungen lectual property rights on new develop- gehören? Wie gelangten Versuchsproben ments? Which penal code should apply ohne Verletzung dieses Rechts an die in a place outside any national territory? Wissenschaftler? Welches Zivil- und Straf- How would the cost of operation be recht gilt an einem Ort, der sich auf shared out and the management of the keinem nationalen Territorium befindet? station coordinated? Regulations cover- Wie werden die Betriebskosten getragen ing these questions were encoded in an und das Stationsmanagement koordiniert? intergovernmental agreement in 1988. 1988 wurden diesbezügliche Regelungen Called a “treaty without precedent”, it is in einem internationalen Regierungs- one of the most voluminous documents abkommen festgeschrieben. Es wurde als in international cooperation. Among other „Vertrag ohne Vorbild“ bezeichnet und things, it sets out that research shall be zählt zu den umfangreichsten Dokumen- free, and that the station shall be used ten der internationalen Zusammenarbeit. for peaceful purposes by agreement. Es hielt etwa die Freiheit der Forschung und die Verständigung auf die friedliche Nutzung der Station fest.

16 Die Internationale Raumstation ISS > Geschichte The International Space Station ISS > History

Zeitenwende: The Turn of the Ost und West ge- Tide: East and meinsam im All – West in Space die ISS together – the ISS

Dann fiel 1989 die Berliner Mauer – und Then, in 1989, the Berlin Wall came wenig später gab sich Russland eine down, and only a little later, Russia adopt- demokratische Verfassung. Mit der Über- ed a democratic constitution. As the windung des Kalten Krieges zwischen Ost Cold War between East and West ended, und West schwand auch die politische the political importance of keeping the Bedeutung einer rein westlichen Raum- space station a purely Western affair station. Kooperation ersetzte Konkurrenz. dwindled. Cooperation supplanted com- Die russische Raumstation MIR Russland wurde 1993 von den USA ein- petition. In 1993, the USA invited Russia The Russian Space Station MIR geladen, sich am Programm einer inter- to participate in the international space nationalen Raumstation zu beteiligen. station program. The other partner coun- Dem stimmten 1994 auch die anderen tries assented to this proposal in 1994, Partner zu, denn dies versprach viele Vor- for it promised many advantages: Russia teile: Russland hatte mit Abstand die meis- led the world by a wide margin in terms te Erfahrung bei Konstruktion, Errichtung of its experience in designing, building, und Management von Raumstationen. and managing space stations. Moreover, Zudem gab es in Russland hoch erfahrene there were engineers in Russia who, Ingenieure mit sensiblem Wissen, etwa highly experienced in sensitive fields such über Raketentechnologien, die mangels as rocket technology but lacking employ- Arbeit in Drittstaaten wie Iran, Irak oder ment, threatened to emigrate to third China abzuwandern drohten. Das aber countries, such as Iran, Iraq, or China, an konnte nicht im Sicherheitsinteresse des eventuality which certainly did not suit Westens liegen. Schließlich würde ein the security interests of the West. Finally, weiterer Partner die Kosten auf mehr another partner would offer another Schultern verteilen, etwa durch die Bereit- shoulder to bear the financial burden by, stellung der Trägersysteme SOJUS und for instance, providing the SOYUZ and PROTON. In den 1990er-Jahren nutzten PROTON launchers. As an added benefit, die Partnerstaaten zudem die russische the Russian space station, MIR, was used Raumstation MIR, um auf zahlreichen Mis- by the partner states in the 1990s to train sionen die gemeinsame Arbeit im Welt- astronauts in working together in space. raum zu trainieren.

17 Etwa 160 Außenbordeinsätze sind zum Bau der ISS notwendig Die Kosten für die neuen Vorhaben waren The cost of the new projects was grow- Approximately 160 Extra Vehicular Activities (EVA) are needed to complete the ISS gestiegen, ebenso die technologischen ing, as were the technological problems Probleme bei HERMES, der 1993 einge- besetting HERMES, which had to be stellt werden musste. Dies, die Weltwirt- abandoned in 1993. Together with the schaftskrise zu Beginn der 1990er-Jahre worldwide economic crisis in the early und der Beitritt Russlands zur – nun poli- 1990s and the participation of Russia tisch unverfänglicher „ALPHA“ oder „ISS“ in the international space station project, genannten – Internationalen Raumstation now given the politically more innocuous bedingte eine grundlegende Umkonzi- name of “ALPHA” or “ISS”, this called for pierung. Denn die Russen wollten ihre a fundamental reformulation of the con- Entwicklungen für die zuvor geplante cept. After all, the Russians wanted to Station MIR 2 einbringen, die sie alleine contribute their own developments for kaum hätten finanzieren können. Durch the MIR 2 station which they had planned den Ausfall von HERMES hätte das frei to build but could hardly have financed fliegende europäische Labor nicht mehr on their own. Now that HERMES had gewartet werden können; es wurde ge- been abandoned, the free-flying European strichen. Das angedockte Labor Europas, laboratory could no longer be serviced, das in der Folge den Namen des gesam- so it was cancelled as well. Furthermore, ten europäischen Programms COLUMBUS the docking European laboratory, now erhielt, wurde zudem aufgrund neuer called by the name formerly used to amerikanischer Pläne verkleinert. Die po- designate the entire European program, lare Plattform hingegen wurde aus dem COLUMBUS, was reduced in size to suit europäischen Programm ausgeklammert new American plans. The polar platform, und auf ihrer Basis der komplexe Umwelt- on the other hand, was detached from satellit ENVISAT (Start: 2002) gebaut. 1995 the European program and used as a nahm der ESA-Ministerrat in Toulouse das basis for building the complex environ- europäische orbitale Transferfahrzeug ATV mental satellite ENVISAT, which was zum Transport von Nutzlasten zur ISS in launched in 2002. In 1995, the ESA das Programm auf. Mit den Starts der Council of Ministers, meeting in Toulouse, ATVs wird ab 2008 der europäische Teil voted to include the European orbital der Betriebskosten gedeckt. transfer vehicle ATV in the program to transport payloads to the ISS. From 2008 onwards, ATV launches will cover Europe’s share in the cost of operation.

18 Die Internationale Raumstation ISS > Geschichte The International Space Station ISS > History

Diese konzeptionellen Umstellungen und Because of these concept changes and die neue weltpolitische Situation in den the new geopolitical situation that arose 1990er-Jahren waren für eine weitere in the 1990s, the timeframe of the pro- zeitliche Streckung des Programms ver- gram was stretched further. In the pro- antwortlich. Die astronautische Raum- cess, manned spaceflight lost some of its fahrt verlor in diesem Zusammenhang an strategic importance for the autonomy strategischer Bedeutung für die europäi- of Europe, becoming instead a field for sche Autonomie und wurde zu einem international cooperation. By the same Feld internationaler Kooperation. Die token, the station became an important Station wurde dabei zu einem bedeuten- element in East-West relations, a stabiliz- den Instrument der Ost-West-Beziehun- ing factor between the old superpowers, gen, ein stabilisierender Faktor zwischen and a means to defuse tension. den alten Supermächten und ein Mittel Grafik der Internationalen Raumstation nach ihrer Fertigstellung zum Abbau von Spannungen. According to a statement of principle Diagram of the International Space Station signed by ESA and NASA in 1997, Europe after its Completion 1997 unterzeichneten ESA und NASA will supply additional equipment to the ein Grundsatzabkommen, wonach Europa USA, including laboratory systems and zusätzliches Gerät, wie zwei Verbindungs- two nodes to connect the stations’ knoten für die Stationsmodule und La- modules. In return, the USA agreed to borgeräte, an die USA liefern wird. Im launch COLUMBUS on a space shuttle. Gegenzug sollte COLUMBUS nunmehr A treaty concluded with Russia provided mit dem Space Shuttle gestartet werden. for the duty-free entry and exit of goods Ein Vertrag mit Russland regelte die zoll- within the framework of the ISS cooper- freie Ein- und Ausreise von Gütern im ation as well as for the delivery of a Rahmen der ISS-Zusammenarbeit sowie European robot arm and a data manage- die Lieferung eines europäischen Roboter- ment system for the Russian ISS segment. arms und eines Datenmanagement-Sys- Another agreement on the exchange of tems für das russische ISS-Segment. Auch hardware was concluded with Japan. mit Japan vereinbarte die ESA den Aus- tausch von Hardware. On January 29, 1998, the ministers responsible in the partner states met in Am 29. Januar 1998 trafen sich die Washington to sign a new intergovern- verantwortlichen Minister der Partner- mental agreement so as to provide a basis staaten in Washington, um der ISS mit der in international law for the ISS. While it Unterzeichnung eines neuen Regierungs- gave more emphasis to the principle of übereinkommens den völkerrechtlichen equal partnership than the agreement of Rahmen zu geben. Mehr als das Ab- 1988, the USA retained its leading role kommen von 1988 basierte es auf dem in design and building. The station now Grundsatz gleichberechtigter Partner- fundamentally differed from that envis- schaft, die Führung der USA bei Konstruk- aged in 1988. When finished, its configu- tion und Bau wurde jedoch fortgeschrie- ration was to include more than 100 com- ben. Gegenüber 1988 hatte sich die ponents, and its interior volume would Station grundlegend verändert. Ihre Kon- be approximately that of a jumbo jet. figuration sollte nach Abschluss der Auf- bauarbeiten aus über 100 Komponenten bestehen und ein Innenvolumen ver- gleichbar dem eines Jumbo-Jets besitzen.

19 Dezember/December 1998 September/September 2000

Darunter werden sich sechs Forschungs- It will incorporate six research laboratories labore (zwei aus USA, zwei aus Russland, (two American, two Russian, one Europe- eins aus Europa und eins aus Japan) an, and one Japanese) and four service und vier Versorgungsmodule befinden. modules. Three robot arms will be availa- Für Außenbordaktivitäten (EVAs) sollen ble for extra-vehicular activities (EVAs). drei Roboterarme zur Verfügung stehen. The launch of the Russian Zarya (dawn) Mit dem Start des russischen Moduls Zarja module on November 20, 1998 at (Morgenröte) am 20. November 1998 von Baikonur rang in the most intense flight Baikonur begann die intensivste Flug- activities in the history of space flight. phase in der Geschichte der Raumfahrt. However, the destruction of the American Das Unglück des amerikanischen Space space shuttle Columbia on February 1, Shuttles Columbia am 1. Februar 2003 2003 caused yet another delay of more führte dann jedoch erneut zu einer Ver- than three years as well as a marked zögerung von über drei Jahren und einer cutback in the number of shuttle flights deutlichen Reduzierung der noch geplan- scheduled before their termination in ten Shuttle-Flüge bis zur Einstellung dieses 2010. Now that shuttle flights have been Trägersystems 2010. Mit der erfolgrei- successfully resumed in the summer of chen Wiederaufnahme der Shuttle-Flüge 2005, the further construction of the im Sommer 2005 ist der weitere Aufbau space station appears secure. der Raumstation jedoch gesichert. The ISS Extension Ausbauprojekt ISS The current status of ISS construction Der gegenwärtige Status des ISS- Ausbaus The first flight of an American space shuttle after the Columbia accident on Der erste Flug des amerikanischen Space February 1, 2003 took place from July Shuttles nach dem Unglück der Columbia 26 to August 9, 2005. While the mission am 1. Februar 2003 fand vom 26. Juli bis was successful overall, pieces of foam zum 9. August 2005 statt. Die Mission once again separated from the insulation verlief insgesamt erfolgreich, jedoch lösten of the external shuttle tank despite its sich trotz intensiver vorhergehender Über- extensive overhaul before the launch. To arbeitung des externen Shuttle-Tanks er- deal with these problems once and for neut Stücke des Isolationsschaums. Um all, NASA deferred the next space shuttle die Probleme dauerhaft zu beseitigen, flight to July 2006.

20 Die Internationale Raumstation ISS > Geschichte The International Space Station ISS > History

Oktober/October 2002 August/August 2005 Juni/June 2007 verschob die NASA daraufhin den nächsten Until the shuttles are finally decommis- Flug des Space Shuttles auf den Juli 2006. sioned in 2010, NASA plans another 18 flights to support the further enlarge- Bis zur Außerdienststellung der Shuttle- ment of the ISS. The first thing that Flotte im Jahr 2010 plante die NASA 18 had to be done before the European weitere Flüge für den weiteren Ausbau COLUMBUS laboratory could dock was der ISS. Bevor das europäische Labor to upgrade the energy supply by adding COLUMBUS angedockt werden kann, more solar panels, which were brought up musste zunächst die Energieversorgung on shuttle flight STS-115 in September durch weitere Solarpaneele erweitert wer- 2006. In December 2006, flight STS-116 den. Dies geschah mit dem Shuttle-Flug added the P5 truss. Next, the S3/S4 truss STS-115 im September 2006. Im Dezem- was installed during the STS-117 mission ber 2006 wurde mit STS-116 die Gitter- in June 2007. In August 2007, truss S5 struktur P5 hinzugefügt. Als Nächstes followed on STS-118. COLUMBUS will be wurde mit der Mission STS-117 im Juni connected to the space station by a so- 2007 die Gitterstruktur S3/S4 an der ISS called node. Also known under the name installiert. Im August 2007 folgte mit of Harmony, this Node 2 was successfully STS-118 die Struktur S5. COLUMBUS attached to the American laboratory by wird über einen „Knoten“ mit der Raum- the STS-120 crew in October 2007. station verbunden. Dieses „Node 2“ oder auch „Harmony“ genannte Element The path is now clear for COLUMBUS, brachte die Crew des Fluges STS-120 im which will be transported to the Interna- Oktober 2007 erfolgreich an dem ameri- tional Space Station on shuttle mission kanischen Labor an. STS-122 in December 2007. Further station elements waiting in the queue include Der Weg ist hiermit frei für COLUMBUS, the Japanese KIBO laboratory as well as das im Dezember 2007 mit der Shuttle- Node 3 and the European view module Mission STS-122 zur Internationalen Raum- Cupola. Scheduled to be carried to the station gebracht werden wird. Weitere ISS on the last shuttle flight in 2010, in der Warteschlange stehende Stations- Node 3 will offer additional sleeping and elemente sind das japanische Labor KIBO living facilities to accommodate a crew und das Knotenelement 3 zusammen mit that will by then be enlarged from three dem europäischen Aussichtsmodul Cupola. to six astronauts. Thus the station will be Das Knotenelement 3 wird voraussicht- completed by 2010. lich 2010 mit dem letzten Shuttle-Flug zur ISS gebracht und zusätzliche Schlaf- und Wohnmöglichkeiten für eine erweiterte Crew von derzeit drei auf sechs Astronau- ten bieten. Damit soll die Station 2010 fertiggestellt sein.

21 Bauelemente der ISS

Modul Beschreibung Flug Startdatum Länge (m) Ø (m) Masse (kg)

Zarja - Functional Russisches Fracht- und 1A/R – PROTON-K 20.11.1998 12,60 4,10 19.323 Cargo Block (FGB) Kontrollmodul Unity - Node 1 Verbindungsknoten 2A – STS-88 04.12.1998 5,49 4,57 11.612 Swesda Wohnmodul 1R – PROTON-K 12.07.2000 13,10 4,15 19.050 Z1 - Integrated Gitterstruktur 3A – STS-92 11.10.2000 4,90 4,20 8.755 Truss Zenit 1 P6 - Integrated Gitterstruktur und 4A – STS-97 30.11.2000 73,20 10,70 15.900 Truss Portside 6 Solarmodul Destiny Labormodul der USA 5A – STS-98 17.02.2001 8,53 4,27 14.515 Canadarm2 Kanadischer Robotergreifarm 6A – STS-100 19.04.2001 17,60 0,35 4.899 Quest - Joint Airlock Luftschleuse 7A – STS-104 12.07.2001 5,50 4,00 6.064 Pirs - Docking Andockmodul und 4R – SOJUS-U 14.08.2001 4,10 2,60 3.900 Compartment 1 Luftschleuse S0 - Integrated Gitterstruktur 8A – STS-110 08.04.2002 13,40 4,60 13.970 Truss Starboard 0 S1 - Integrated Gitterstruktur 9A – STS-112 07.10.2002 13,70 3,90 12.598 Truss Starboard 1 P1 - Integrated Gitterstruktur 11A – STS-113 23.11.2002 13,70 3,90 12.598 Truss Portside 1 P3/4 - Integrated Gitterstruktur + Solarmodul 12A – STS-115 28.08.2006 73,20 10,70 15.900 Truss Portside 3/4 P5 - Integrated Gitterstruktur 12A.1 – STS-116 14.12.2006 13,70 3,90 12.598 Truss Portside 5 S3/4 - Integrated Gitterstruktur + Solarmodul 13A – STS-117 22.02.2007 73,20 10,70 15.900 Truss Starboard 3/4 S5 - Integrated Gitterstruktur 13A.1 – STS-118 08.08.2007 13,70 3,90 12.598 Truss Starboard 5 Node 2 Verbindungsknoten 10A – STS-120 23.10.2007 6,10 4,20 13.608 (Fertigung in Europa) Columbus Europäisches Labormodul 1E – STS-122 06.12.2007 6,87 4,49 19.300 Kibo - Experiment Teil des japanischen 1J/A – STS-123 geplant 2008 3,90 4,40 4.200 Logistics Module (ELM) Labormoduls und zweiarmiger und Canada Hand kanadischer Roboter Kibo - Pressurized Teil des japanischen 2J/A – STS-127 geplant 2008 11,20 4,40 15.900 Module (PM) Labormoduls S6 - Integrated Truss Gitterstruktur und Solarmodul 15A – STS-119 geplant 2008 73,20 10,70 15.900 Starboard 6 Kibo - Exposed Facility äußerer Teil des japanischen 2J/A geplant 2008 - - - (EF) Labormoduls Multipurpose Laboratory Russisches Fracht- und 3R – PROTON-M geplant 2009 13,00 4,10 20.300 Module (MLM) mit dem Labormodul und europäischer European Robotic Arm Roboterarm (ERA) Node 3 und Cupola Verbindungsknoten und 20A - STS-132 geplant 2010 1,50 2,95 1.880 Aussichtsmodul der USA (beide in Europa gefertigt) Moduls of the ISS

Module Description Flight Launch on Length (m) Ø (m) Mass (kg)

Zarya - Functional Russian cargo and control 1A/R – PROTON-K Nov 20, 1998 12.60 4.10 19,323 Cargo Block (FGB) module Unity - Node 1 Connecting node 2A – STS-88 Dec 4, 1998 5.49 4.57 11,612 Swesda Living module 1R – PROTON-K July 12, 2000 13.10 4.15 19,050 Z1 - Integrated Integrated truss 3A – STS-92 Oct 11, 2000 4.90 4.20 8,755 Truss Zenit 1 P6 - Integrated Integrated truss and solar 4A – STS-97 Nov 30, 2000 73.20 10.70 15,900 Truss Portside 6 module Destiny US laboratory module 5A – STS-98 Feb 17, 2001 8.53 4.27 14,515 Canadarm2 Canadian robot arm 6A – STS-100 Apr 19, 2001 17.60 0.35 4,899 Quest - Joint Airlock Airlock 7A – STS-104 July 12, 2001 5.50 4.00 6,064 Pirs - Docking Docking module and airlock 4R – SOJUS-U Aug 14, 2001 4.10 2.60 3,900 Compartment 1 S0 - Integrated Integrated truss 8A – STS-110 Apr 8, 2002 13.40 4.60 13,970 Truss Starboard 0 S1 - Integrated Integrated truss 9A – STS-112 Oct 10, 2002 13.70 3.90 12,598 Truss Starboard 1 P1 - Integrated Integrated truss 11A – STS-113 Nov 23, 2002 13.70 3.90 12,598 Truss Portside 1 P3/4 - Integrated Integrated truss 12A – STS-115 Aug 28, 2006 73.20 10.70 15,900 Truss Portside 3/4 + solar module P5 - Integrated Integrated truss 12A.1 – STS-116 Dec 14, 2006 13.70 3.90 12,598 Truss Portside 5 S3/4 - Integrated Integrated truss 13A – STS-117 Feb 22,2007 73.20 10.70 15,900 Truss Starboard 3/4 + solar module S5 - Integrated Integrated truss 13A.1 – STS-118 Aug 8, 2007 13.70 3.90 12,598 Truss Starboard 5 Node 2 Connecting node 10A – STS-120 Oct 23, 2007 6.10 4.20 13,608 (made in Europe) Columbus European laboratory module 1E – STS-122 Dec 6, 2007 6.87 4.49 19,300 Experiment Logistics Pressurized segment of the 1J/A – STS-123 scheduled 2008 3.90 4.40 4,200 Module (ELM) and Japanese Experiment Module Canada Hand (JEM) Kibo and double Canadian robot arm Pressurized Module (PM) Part of the Japanese Kibo JEM 2J/A – STS-127 scheduled 2008 11.20 4.40 15,900 S6 Truss Solar module 15A – STS-119 scheduled 2008 73.20 10.70 15,900 Exposed Facility (EF) Exposed experiment facility of 2J/A scheduled 2008 - - - Kibo JEM Multipurpose Laboratory Russian cargo and laboratory 3R – PROTON-M scheduled 2009 13.00 4.10 20,300 Module (MLM) and module and European robotic European Robotic Arm arm (ERA) Node 3 and Cupola Connecting node and view 20A – STS-132 scheduled 2010 1.50 2.95 1,880 module (both made in Europe)

23 Großer deutscher Anteil an der ISS Germany’s great Contribution

Deutschland ist der größte europäi- Germany is the largest European sche Partner im ISS-Programm. Neben partner on the ISS program. Besides dem Forschungslabor COLUMBUS ist the COLUMBUS research laboratory, die Bundesrepublik in zahlreichen the Federal Republic is involved in weiteren Projekten für die Raum- numerous other projects relating to station eingebunden. the space station.

COLUMBUS- COLUMBUS Kontrollzentrum Control Center

Das COLUMBUS-Kontrollzentrum ist im The COLUMBUS Control Center is housed Deutschen Raumfahrt-Kontrollzentrum at DLR’s Space Operations Center in Ober- des DLR in Oberpfaffenhofen unterge- pfaffenhofen. It will be used by about bracht. Hierüber werden etwa 75 Wissen- 75 scientists and engineers to control schaftler und Ingenieure die europäischen European activities on the International Aktivitäten auf der Internationalen Space Station. Raumstation steuern. This includes Hierzu gehören: - training personnel and preparing and - Training für Betriebspersonal sowie implementing mission simulations, Vorbereitung und Durchführung von - monitoring and controlling the technical Missionssimulation systems installed in the COLUMBUS - die Überwachung und Steuerung der laboratory and the experiments on the technischen Systeme des COLUMBUS- space station, Labors und der Experimente an Bord - managing communications between der Raumstation the ISS and ground stations or control - die Kommunikation zwischen ISS, centers, Bodenstationen und Kontrollzentren - receiving, processing, distributing, - Empfang, Verarbeitung, Verteilung und and evaluating data, and Auswertung von Daten sowie - scheduling workflows on board and - die Betriebsablaufplanung an Bord und on the ground (mission planning). am Boden (Missionsplanung) DLR was commissioned to set up the COLUMBUS Control Center by the European Space Agency (ESA). In dealing with this new task, DLR relied on years

24 Die Internationale Raumstation ISS > Großer deutscher Anteil an der ISS The International Space Station ISS > Germany’s great Contribution

COLUMBUS-Kontrollzentrum beim DLR in Der Auftrag an das DLR zum Aufbau des of in-house experience as well as on Oberpfaffenhofen The COLUMBUS Control Center at DLR’s COLUMBUS-Kontrollzentrums erfolgte its competence in the implementation Oberpfaffenhofen Facility durch die Europäische Weltraumorgani- of space missions; this installation at sation (ESA). Das DLR kann für diese Oberpfaffenhofen, situated around 25 neue Aufgabe auf langjährige Betriebs- kilometers to the southwest of Munich, erfahrungen und Kompetenzen bei der acquired an outstanding reputation by Durchführung von Raumflugmissionen managing ten manned and more than zurückgreifen: Bei zehn bemannten und 40 automated scientific and commercial über 40 unbemannten wissenschaft- missions in the last four decades. Most lichen und kommerziellen Missionen hat eminent among these are the German sich der DLR-Standort Oberpfaffenhofen, missions on the American space shuttle, rund 25 Kilometer südwestlich von the flights of German cosmonauts to the München gelegen, in den vergangenen Russian space station, MIR, and the ex- vier Jahrzehnten einen guten Namen ge- periments they conducted there. macht. Zu den herausragenden Missionen zählen die deutschen D-Missionen mit Inaugurated on October 19, 2004, the dem amerikanischen Space Shuttle sowie new COLUMBUS Control Center was first Flüge deutscher Kosmonauten zur und actively involved in a mission when the deren Experimente auf der russischen Italian ESA astronaut, Roberto Vittori, Raumstation MIR.

25 Das neue COLUMBUS-Kontrollzentrum flew to the ISS for one week in April wurde am 19. Oktober 2004 eröffnet 2005. It also played a major role during und war erstmals beim einwöchigen Flug the long-term mission of the German des italienischen ESA-Astronauten Roberto ESA astronaut Thomas Reiter in 2006. Vittori im April 2005 zur ISS in eine Mission eingebunden. Auch bei der Langzeit- From 2008 onwards, the COLUMBUS mission des deutschen ESA-Astronauten Control Center will be involved in the Thomas Reiter 2006 übernahm das missions of the unmanned Automated COLUMBUS-Kontrollzentrum wichtige Transfer Vehicle (ATV) to the ISS. In the Aufgaben. future, ATV flights will supply the space station with food, water, fuel, and oxy- Ab 2008 wird das COLUMBUS-Kontroll- gen, in addition to transporting new zentrum dann an den Missionen des scientific experiments to the ISS. For this unbemannten europäischen Raumtrans- purpose, the COLUMBUS Control Center porters ATV zur ISS beteiligt sein. Dieser will provide the infrastructure required COLUMBUS-Kontrollzentrum beim DLR in wird die Raumstation künftig unter an- for communication between the control Oberpfaffenhofen derem mit Lebensmitteln, Wasser, Treib- center at Toulouse, Houston, and Moscow The COLUMBUS Control Centre at DLR’s Oberpfaffenhofen Facility stoff und Sauerstoff versorgen sowie while the ATV is in operation in orbit. neue wissenschaftliche Experimente an Bord der ISS bringen. Das COLUMBUS- Finally, the center will control all opera- Kontrollzentrum stellt hierfür die Kom- tions in the COLUMBUS laboratory. As munikations-Infrastruktur zwischen den soon as the module has docked at the Kontrollzentren in Toulouse, Houston und ISS, the COLUMBUS Control Center will Moskau während des gesamten ATV- assume responsibility for the European Betriebs im Orbit zur Verfügung. space laboratory as well as for the coor- dination of its scientific program. Das Zentrum wird schließlich den Betrieb im COLUMBUS-Labor kontrollieren. Sobald The COLUMBUS Control Center will also das Modul an die ISS angekoppelt ist, be in close contact with the Mission übernimmt das COLUMBUS-Kontrollzen- Control Center in Houston, which has trum die Verantwortung für das europäi- overall responsibility for the ISS together sche Weltraumlabor sowie die Koordinie- with the Mission Control Center in rung des wissenschaftlichen Programms. Moscow. In addition, the COLUMBUS Control Center coordinates operations Das COLUMBUS-Kontrollzentrum wird in with the ISS Payload Operations and engem Kontakt mit dem Missionskontroll- Integration Center at the Marshall Space zentrum der NASA in Houston stehen, Flight Center in Huntsville, Alabama, das gemeinsam mit dem Missionskontroll- which has overall responsibility for ISS zentrum in Moskau die zentrale Verant- experiment payloads. wortung für die ISS hat. Bezüglich seiner Arbeiten mit den wissenschaftlichen Nutzlasten stimmt sich das COLUMBUS- Kontrollzentrum in Oberpfaffenhofen mit dem ISS-Nutzlast-Zentrum in Huntsville, Alabama ab, das die übergeordnete Verantwortung für alle Versuchsanlagen auf der Raumstation trägt.

26 27 Das erste ATV vor dem Start The first ATV ready for launch Das europäische ATV as Europe’s ATV als Transporter Logistic Carrier for für die ISS the ISS

Das ATV (Automated Transfer Vehicle) ist The ATV (Automated Transfer Vehicle) der europäische Beitrag zur Versorgung is Europe’s contribution to the Interna- der ISS. Der größte Teil der europäischen tional Space Station ISS and its logistics. Betriebskosten wird hierdurch abgeleistet. ATV will also offset the European part Das ATV wird auf einer ARIANE 5-Träger- of the common system operations cost rakete mit einer wiederzündbaren Ober- which is shared among all ISS partners. stufe (EPS-V) von Kourou aus gestartet. The ATV spacecraft will be launched with Nach Trennung von der Oberstufe wird das an ARIANE 5 launcher from Kourou in ATV die erforderlichen Rendezvous- und French Guyana. After separation from Andockmanöver mit der Raumstation, the launch vehicle, the re-ignitable upper überwacht vom ATV-Kontrollzentrum in stage EPS-V will insert ATV properly into Toulouse, autonom durchführen. Die ATVs the orbital plane of the ISS. During the können bis zu 6 Monate an der ISS ange- autonomous phasing of ATV to the ISS dockt bleiben. the ATV control center in Toulouse will monitor each step of the flight sequence. The vehicle is able to stay docked at the ISS up to six months.

The ATV is 10 meters long and has a diameter of 4.5 meters. The unfolded solar arrays of the vehicle span over

28 Die Internationale Raumstation ISS > Großer deutscher Anteil an der ISS The International Space Station ISS > Germany’s great Contribution

Das ATV ist ca. 10 Meter lang und hat 22.3 meters. The mass of the fueled einen Durchmesser von 4,5 Meter. Die and equipped ATV will achieve up to entfalteten Solarpaneele haben eine 20.75 tons. Spannweite von 22,3 Meter. Die Gesamt- masse des startbereiten und beladenen The ATV consists of a propulsion module, Fahrzeugs beträgt 20,75 Tonnen. an avionics module and an integrated pressurized cargo carrier module, in Das Fahrzeug ist „modular“ aufgebaut which up to 5.5 tons of cargo could be und verfügt neben einem Antriebs- und stowed. The overall payload capacity is Avionikmodul über ein druckbeauf- 7.7 tons for dry cargo, air, fuel and water. schlagtes Nutzlastmodul, in dem bis zu The cargo loading depends on each mis- 5,5 Tonnen Fracht untergebracht werden sion and will vary. ATV will also carry können. Die gesamte Nettonutzlast- spare parts and scientific instruments to kapazität beträgt 7,7 Tonnen für Fracht, the ISS. Gase, Wasser und Treibstoff. Die Zusam- menstellung der Fracht wird von Mission Another task for ATV is the re-boost zu Mission variieren. So werden die ATVs of the International Space Station. The auch wissenschaftliche Ausrüstung und European logistics carrier will use its main Experimente zur ISS transportieren. engines to periodically rise the altitude of the ISS every 10 to 45 days. Close to Angedockt an den russischen Stationsteil the end of the ATV mission the astro- dient es mit seinen Haupttriebwerken, nauts will store the waste inside the neben dem russischen Progressfahrzeug, vehicle, which could be up to 6.5 tons. auch zur Bahnanhebung der ISS in Inter- After de-docking the ATV will enter the ATV unter der Nutzlastverkleidung vallen von 10 bis 45 Tagen. Am Ende sei- Earth’s atmosphere and finally perform der Ariane 5 ner Mission nimmt ATV bis zu 6,5 Tonnen its destructive re-entry over the pacific. ATV under the fairing of Ariane 5 Abfälle der ISS auf. Nach dem Abdocken von der Raumstation fliegt es in die Erd- ATV is the most complex vehicle ever atmosphäre und verglüht über dem Pazifik. built in Europe. Its level of automation is about 4 times higher than on SOYUZ Das ATV ist das komplexeste Raumfahr- or Progress vehicles. Besides ATV only the zeug, das jemals in Europa gebaut wurde. Russian PROGRESS and SOYUZ vehicles Sein Automationsgrad ist etwa 4-mal are able to dock autonomously to the ISS. höher als bei den russischen Sojus- oder Since July 2004 the ATV-1 “Jules Verne” Progressfahrzeugen. Außer Russland ver- underwent extensive testing at ESTEC in fügt somit nur Europa über ein autono- Noordwijk (Netherlands). The flight of mes Raumfahrzeug, das in der Lage ist, „Jules Verne“ is scheduled for January sich automatisch an die ISS anzunähern 31, 2008. At least four additional ATV und anzudocken. Seit Juli 2004 wurde flights are planned until 2013. These das ATV-1 „Jules Verne“ bei ESTEC in ATVs, 50 percent of which are financed Noordwijk (Niederlande) getestet. Der by the German government, will be build Erstflug des ATV ist für den 31. Januar and integrated at Astrium GmbH in 2008 geplant. Bis 2013 sind noch min- Bremen. The Federal Republic had a 24 destens vier weitere ATV-Flüge vorgese- percent share of ATV’s development. hen. Diese ATVs werden bei der Astrium GmbH in Bremen gebaut und integriert und zu 50 Prozent von Deutschland bezahlt. An der Entwicklung des ATV hatte die Bundesrepublik einen Anteil von 24 Prozent.

29 links: ISS-Trainingsmodule right: ISS training modules Das Europäische The European rechts: Astronautentraining im Wassertank right: Astronaut training under water Astronauten- Astronaut Center zentrum (EAC) (EAC) and the ESA und das ESA- Astronaut Corps Astronauten-Corps In 1998, ESA began pooling the astro- nautic activities of its European member 1998 begann die ESA, die astronautischen states and setting up a joint European Aktivitäten der Mitgliedstaaten zusammen- corps of astronauts. The ESA Astronaut zuführen und ein gemeinsames europäi- Center on the DLR’s premises in Cologne sches Astronauten-Corps aufzubauen. was made the home base of the European Zur Heimatbasis des Europäischen Astro- Astronaut Corps. nauten-Corps wurde das ESA-Astronauten- zentrum auf dem Gelände des DLR in Köln. Next to preparing the currently eight members of the ESA astronaut corps for Neben der Vorbereitung des zur Zeit their missions in space, the Cologne EAC achtköpfigen ESA-Astronauten-Corps für also trains astronauts of the international Weltraummissionen am EAC in Köln wer- ISS partners, namely the US, Russia, and den auch die Astronauten der internatio- Japan, in handling European modules of nalen ISS-Partner USA, Russland und the space station such as the COLUMBUS Japan im Umgang mit den europäischen space laboratory as well as the ATV Modulen der Raumstation, wie etwa dem transfer vehicle. COLUMBUS-Raumlabor und dem Nutz- lasttransporter (ATV), ausgebildet.

30 Die Internationale Raumstation ISS > Großer deutscher Anteil an der ISS The International Space Station ISS > Germany’s great Contribution

Integrierte Nutzer- Integrated User unterstützung für Support for Forscher auf der Researchers on Raumstation the Space Station

Die ISS ist die größte Forschungsplattform The ISS is the largest research platform für Experimente unter Schwerelosigkeit. for experiments in microgravity. To pre- Damit Forscher auf der Raumstation wis- pare and implement its utilization for senschaftlich arbeiten können, sind in scientific purposes, nine user-support Europa neun Nutzerunterstützungszentren centers (USOCs) were created in Europe (USOCs) eingerichtet worden. Sie planen for European scientists. Entrusted with nicht nur die Experimente und führen sie the planning and implementation of ex- durch, sondern sind auch für die europä- periments, these centers are responsible ischen Versuchsanlagen auf der ISS ver- for the European experimental facilities antwortlich. Um die Experimente von der on the space station. Their infrastructure Erde aus zu lenken, haben die Zentren consists of a monitoring and control sys- Überwachungs- und Steuerungssysteme. tem for remote experiment control. En- Zur Vorbereitung, Qualifizierung und Si- gineering models of the facilities installed mulation der Experimente stehen weiter- on the ISS are available for preparing, hin entsprechende Ingenieurmodelle der qualifying, and simulating experiments. Anlagen auf der Raumstation bereit.

Zusätzlich verfügen einige Zentren über Archive zur Langzeitsicherung der wissenschaftlichen Daten und Hochgeschwindig- keitsnetze (ATM bis 32Mbps) für die schnelle Datenkommunikation. Diese er- möglichen den Wissenschaftlern, den Ver- lauf ihrer Weltraum-Experimente direkt nachzuvollziehen und interaktiv aus den Nutzerzentren oder den Heimatlabors einzugreifen. Alle Zentren sind über das

31 europäische ISS-Bodennetz mit den Inter- In addition, some centers are equipped nationalen Missionszentren in den USA with high-speed networks (up to 32Mbps und Russland verbunden. In Europa wird in ATM) for fast data communication, das Bodensegment vom COLUMBUS- and with archives where scientific data Kontrollzentrum in Oberpfaffenhofen may be stored permanently. This commu- geleitet. nication infrastructure permits tracking experiments on board as well as control- In Deutschland ist das Microgravity User ling them interactively from user centers Support Center (MUSC) im DLR in Köln or scientists’ laboratories. The European als das nationale Nutzerzentrum in das ISS ground network connects all centers Bodennetz der Raumstation integriert. to the international mission centers in the Das MUSC hat seine Arbeiten für die USA and Russia. The European ground ISS mit dem Experiment Matroshka zur segment is managed by DLR’s COLUMBUS Messung der Belastung von Astronauten Control Center in Oberpfaffenhofen on durch die Weltraumstrahlung im Februar behalf of ESA. 2004 aufgenommen. Seitdem werden Daten aus der Station im Zentrum in The Microgravity User Support Center Köln empfangen und Experimente auf (MUSC) at DLR in Cologne forms an in- der Station überwacht und gesteuert. tegral part of the space station’s ground Mit der Inbetriebnahme von COLUMBUS network as Germany’s national user wird der vollständige Betrieb in allen center. The MUSC began working ope- Nutzerzentren Europas beginnen. ratively for the ISS when the Matroshka experiment was started in February 2004. Since that time, the center in Cologne has been receiving data from the station and monitoring and controlling experiments on it. Full-scale operations in all European user centers will commence as soon as COLUMBUS becomes operational.

32 Die Internationale Raumstation ISS > Großer deutscher Anteil an der ISS The International Space Station ISS > Germany’s great Contribution

Die Internationale Raumstation ISS, Status: November 2007 The International Space Station ISS, status: November 2007

System bei Fertigstellung System on completion Spannweite 109 m Span 109 m Länge 80 m Length 80 m Tiefe 88 m Depth 88 m (mit ATV/Progress) (with ATV/Progress) Höhe 45 m Height 45 m Masse 450 t Mass 450 t Elektrische Leistung 110 kW Power generation 110 kW Nutzlastanteil 46 kW Payload 46 kW Wohn- und Arbeitsraum 1.200 m3 Living and working space 1,200 m3 Mikrogravitationsbedingungen 10-6 g Microgravity conditions 10-6 g Betriebsumlaufbahn Operational orbit Bahnhöhe ca. 360 km Altitude c. 360 km Bahnneigung 51,6° Inclination 51.6° Umlaufzeit 90 Minuten Orbital period 90 minutes Bauphase 1998-2010 Construction phase 1998-2010 Montageflüge Assembly flights USA ~ 34 USA ~ 34 Russland ~ 5 Russia ~ 5 Flüge mit europäischer Hardware ~ 15 Flights with European hardware ~ 15 EVAs ~ 160 EVAs ~ 160 EVA-Stunden ~ 1920 EVA hours ~ 1,920 Betriebsdauer (min.) 15 Jahre Service life (min.) 15 years Flugbetrieb Flight operation Umlaufbahnkorrektur ~ 5 pro Jahr Orbit corrections ~ 5 per year Astronautenaufenthalt (bis zu) ~ 6 Monate Astronaut stays (up to) ~ 6 months Mannschaft Crew Ab 2000 3 From 2000 3 Nach Columbia-Unfall (2003) 2 Post-Columbia (2003) 2 Seit Juli 2006 3 From July 2006 3 Ab 2009 6 From 2009 6 Nutzung Utilization Humanphysiologie, Biologie ~ 45 % Human physiology, biology ~ 45 % Materialforschung, Fluidphysik ~ 35 % Materials research, fluid physics, ~ 35 % u. Physikalische Chemie physical chemistry Technologie, Telekomm. ~ 5 % Technology, telecommunications ~ 5 % Extraterrestrik ~ 5 % Extraterrestrial research ~ 5 % Erderkundung ~ 5 % Earth exploration ~ 5 % Industrie ~ 5 % Industry ~ 5 % Bodenbetrieb Ground operations Missionskontrolle primär Houston Primary mission control Houston alternativ und für russisches Segment Moskau Alternatively and for the Russian segment Moscow Japan / Europa nation MCC’s Japan / Europe national MCCs (COLUMBUS von Oberpfaffenhofen) (COLUMBUS from Oberpfaffenhofen) Versorgungsflüge ~ 4 pro Jahr Supply flights ~ 4 per year

33 34 DAS EUROPÄISCHE RAUMLABOR COLUMBUS THE EUROPEAN SPACE LABORATORY COLUMBUS

35 Das europäische Forschungslabor COLUMBUS The European research laboratory COLUMBUS

COLUMBUS ist Europas Hauptbeitrag COLUMBUS is Europe’s key contribu- zur Internationalen Raumstation ISS tion to the International Space Station und das erste europäische Weltraum- ISS. It is the first European space la- labor, das für dauerhafte, multidiszi- boratory designed for ongoing multi- plinäre Forschung im All ausgelegt ist. disciplinary research in space. It is Es ist 6,9 Meter lang und hat einen 6.9 meters in length and 4.5 meters Durchmesser von 4,5 Meter. For- in diameter. Research conducted in it schungsgebiete werden die Material- will cover materials and life sciences, und Lebenswissenschaften, die Flüs- the investigation of fluids, and the sigkeitsforschung und die Entwick- development of new technologies. lung neuer Technologien sein. Für Plans for the future provide for in- die Zukunft wird auch die industrielle, dustrial and commercial uses as well. kommerzielle Nutzung des Labors The laboratory will be the main work- angestrebt. Das Labor wird der Haupt- place of the European astronauts. arbeitsplatz für die europäischen As- Platforms attached to its outer wall tronauten sein. An der Außenwand offer opportunities to conduct exper- des Labors bieten Plattformen Mög- iments in the hard vacuum of space. lichkeiten für Experimente, die dem Operations will be directed by the freien Weltraum ausgesetzt sind. Der European COLUMBUS Control Center Betrieb des Labors wird vom europäi- at the DLR’s Space Operations Center schen COLUMBUS-Kontrollzentrum in Oberpfaffenhofen. innerhalb des deutschen Raumfahrt- kontrollzentrums des DLR in Ober- pfaffenhofen geleitet. Europe’s laboratory in space Europas Labor Astronautics serves many purposes, and im All several are generally required to justify it. It helps science to discover new insights Raumfahrt ist ein Mittel für viele Ziele – and supports the development of high und selten durch nur eines zu begründen. technology, boosting the economy by Sie verhilft der Wissenschaft zu neuen Er- the same token. Furthermore, astronau- kenntnissen, unterstützt die Entwicklung tics is indispensable for our security, for von Hochtechnologie und damit auch das global communication, for weather fore- Wachstum der Volkswirtschaft. Raumfahrt casts, and for climate protection. Its com- ist weiterhin unverzichtbar für die Wah- plex characteristics make it an important rung unserer Sicherheit, für die globale tool with positive connotations in inter- Kommunikation, Wettervorhersage und national relations and particularly in Euro- den Klimaschutz. Durch ihre Komplexität pean policy. There are few other areas in ist sie ein wichtiges, positiv besetztes In- which Europe as a political entity has been strument der internationalen Beziehungen able to celebrate similar shared achieve- und insbesondere der Europapolitik. In ments that would have been completely wenigen anderen Bereichen hat Europa out of the reach of individual states. This als politische Größe ähnliche gemeinschaft- is why astronautics has left the realm of liche Erfolge gefeiert, die jeder einzelne cost-benefit analysis behind and has become an issue of cultural policy.

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COLUMBUS > Das europäische Forschungslabor COLUMBUS > The European research laboratory

Staat alleine niemals hätte erreichen kön- COLUMBUS symbolizes many of these as- nen. Raumfahrt ist gerade deshalb und pects. By building the European SPACELAB darüber hinaus zu einer kulturpolitischen and operating it on a total of 16 space Verantwortung geworden und keinesfalls shuttle flights, the Federal Republic estab- eine alleinige Frage von Kosten-Nutzen- lished itself as the leading European Relationen. nation in the field of astronautics. Consist- ently pursuing its space policy, Germany COLUMBUS steht für viele dieser Aspekte. went on to coordinate the COLUMBUS Mit Bau und Betrieb des europäischen project, shouldering 41 percent of the Raumlabors SPACELAB, das 16-mal im cost of development. By doing so, the Space Shuttle flog, hatte sich die Bundes- Federal Government enabled Germany’s republik als führende europäische Nation engineers and scientists to consolidate in der astronautischen Raumfahrt etabliert. their worldwide knowhow leadership In konsequenter Fortentwicklung seiner within the framework of the multination- Raumfahrtpolitik übernahm Deutschland al ISS project. auch bei COLUMBUS die Federführung und trug 41 Prozent der Entwicklungs- The International Space Station consti- kosten. Damit ermöglichte die Bundesre- tutes the largest ever transnational tech- gierung den deutschen Ingenieuren und nology and research project that exclusive- Wissenschaftlern, ihr weltweit führendes ly serves nonmilitary purposes. It brings Know-how im Rahmen des internationalen the traditional space powers closer to- Großprojektes ISS zu erweitern. gether than ever before. Seen in that light, COLUMBUS is a manifestation of Europe’s Die Internationale Raumstation ist das international responsibility for the peace- größte nationenübergreifende Technolo- ful development of international politics. gie- und Forschungsprojekt, das ausschließ- Eminently promoting international un- lich zivilen Zwecken dient. Es führt die derstanding, the ISS symbolizes the reso- traditionellen Raumfahrtmächte enger als lution of the East-West conflict that per- jemals zuvor zusammen. In diesem Ver- sisted from 1945 to 1990. As one of the ständnis ist COLUMBUS Ausdruck der in- centers of that conflict, Germany provid- ternationalen Verantwortung Europas für ed the key to its end. Germany’s extens- die friedvolle Fortentwicklung der interna- ive involvement in the ISS documents its tionalen Politik. Die ISS ist ein herausragen- peaceful political intentions as well as des Vorhaben der Völkerverständigung, Russia’s integration in the community of ein Symbol für die Überwindung des Ost- democratic states. West-Konfliktes zwischen 1945 und 1990. Deutschland war ein Mittelpunkt dieses What is more, COLUMBUS is synony- Konfliktes und Schlüssel für dessen Ende. mous with top-flight research in space. Die starke Beteiligung der Bundesrepublik In the course of two decades, Germany an der ISS ist ein bedeutender Beleg dieser succeeded in attaining a leading position Friedenspolitik und Einbindung Russlands in research under space conditions in in die demokratische Staatengemeinschaft. fields that include medicine and biology

COLUMBUS bedeutet zudem Spitzenfor- schung im Weltall. Über zwei Jahrzehnte hinweg hat sich Deutschland eine führen- de Position in der Forschung unter Welt- raumbedingungen erarbeitet. Dies gilt für die Medizin und Biologie ebenso wie für die Materialwissenschaften. Mit dem Bezug von COLUMBUS wird diese langfristig geförderte Entwicklung eine neue Qualität erreichen. Wissenschaft im All ist

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nunmehr über lange Zeiträume möglich, as well as materials research. Once Forschungsserien sind einfacher zu ver- COLUMBUS is occupied, this develop- wirklichen als mit vielen kurzen Fluggele- ment will attain a new quality after many genheiten. Neben wissenschaftlichen Ein- years of promotion. Science in space will richtungen interessieren sich in immer become feasible over extended periods, größerem Maße auch forschende Indus- and research campaigns will be easier to triefirmen für Experimente auf der ISS. conduct than on brief flight opportunities. Die DLR Raumfahrt-Agentur wird die Next to scientific institutions, researching deutschen Vorhaben auf COLUMBUS industrial companies are beginning to daher konzentriert nutzen, um Innovations- show more and more interest in exper- und Hochtechnologiepotenziale langfris- iments on the ISS. Accordingly, the DLR tig zu erschließen. Für die Erde ins All – Space Agency will concentrate on using dies gilt für die Arbeit auf der Internatio- Germany’s COLUMBUS projects to devel- nalen Raumstation mehr denn je. op innovation and high-technology po- tentials in the long run. For Earth into COLUMBUS ist schließlich der selbstbe- Space – for the work on the International wusste Anspruch Europas, den ersten Space Station, this slogan holds true dauerhaften Vorstoß der Menschheit ins more than ever before. All mitzuprägen. Der Mensch verlässt die Erde – das ist kulturhistorisch ebenso Lastly, COLUMBUS symbolizes Europe’s gravierend wie die Erfindung von Feuer self-confident claim to a lasting impact und Rad, der Aufbruch zu neuen Konti- on mankind’s first long-term sortie into nenten oder der Eintritt in das Informa- space. In terms of cultural history, the tionszeitalter. Es ist bemerkenswert, dass fact that man is now leaving the Earth eine Entwicklung mit derartiger Tragweite behind is just as important as the domes- in der Öffentlichkeit zwar bemerkt wird, tication of fire, the invention of the aber weitgehend unbeachtet erfolgt. Es wheel, the discovery of new continents, ist möglich, dass einige hundert Jahre in or the beginning of the information age. der Zukunft eine Gedenkstelle Bewohnern It is remarkable that such a far-reaching auf dem Mond anzeigen wird, wo einst development should be noted by the der Mensch erstmalig einen fremden public without much attention being Himmelskörper betrat. Dies mag eine der paid to it. A few hundred years hence, ganz wenigen Leistungen sein, die unsere a monument may well be erected on Zeit überdauern werden – unvergänglich the Moon to show its inhabitants the wie die Pyramiden oder die Akropolis. spot where men first stepped on an alien Dann wird sich erweisen, ob Europa auch planet. This may be one of the few auf diesem Gebiet die Bedeutung behal- achievements that will outlast our own ten hat, die es bis heute in der irdischen time, as permanent as the pyramids or Kulturgeschichte besitzt. the Acropolis. It is then that we shall see whether Europe will manage to retain the same position of importance in this field which it occupies in the Earth’s cultural history to this day.

38 COLUMBUS > Das europäische Forschungslabor COLUMBUS > The European research laboratory

COLUMBUS – COLUMBUS – High-tech made in High-tech made in Germany Germany

Als Hauptauftragnehmer für COLUMBUS As the principal contractor for COLUMBUS, führte EADS Astrium in Bremen ein Kon- EADS Astrium in Bremen leads a consor- sortium von 41 Unternehmen aus 14 tium of 41 companies from 14 countries Ländern an, das für die Entwicklung, Fer- which is responsible for developing, build- tigung, Integration und die Tests verant- ing, integrating, and testing the labor- wortlich ist. Der Festpreisvertrag für die atory. A fixed-price contract on the de- Entwicklung von COLUMBUS wurde im velopment of COLUMBUS was signed März 1996 unterzeichnet. Die Gesamt- in March 1996. The overall cost of the kosten für das Modul betragen einschließ- module amounts to 880 million Euros, lich der Testeinrichtungen 880 Millionen test facilities included, of which about COLUMBUS bei der Integration in Bremen Euro. Hiervon fielen etwa 450 Millionen 450 million Euros will go to the German COLUMBUS during Integration in Bremen Euro für die deutsche Industrie an. industry.

COLUMBUS startete am 28.5.2006 mit On May 28, 2006, COLUMBUS took off einem Beluga-Airbus zum Kennedy Space for the Kennedy Space Center in a Beluga Center und steht nun für den Transport zur Airbus, and it is now ready to be trans- ISS bereit. Alle aufgrund des verzögerten ported to the ISS. At the center, all rework Aufbaus notwendig gewordenen techni- and system tests necessitated by the schen Nachbesserungen und Systemtests delays in its construction have been con- wurden dort erfolgreich abgeschlossen cluded successfully, and its internal pay- und die internen Nutzlasten integriert. Der load has been integrated. COLUMBUS is Start von COLUMBUS ist für Dezember scheduled for launching on December 2007 vorgesehen. 2007.

Zudem spielt die deutsche Industrie eine Moreover, the German industry has been entscheidende Rolle bei der Entwicklung playing a crucial role in the development und beim Bau von technisch anspruchs- and production of technically sophisticat- vollen Laborausrüstungsgegenständen. So ed items of laboratory equipment. Thus, Europas Raumlabor COLUMBUS nach hat sie beispielsweise die Systemführung for example, EADS and OHB act as sys- der Ankunft in den USA bei der Entwicklung der Experimentieran- tem managers for the development of Europe’s Space Laboratory, COLUMBUS, lagen BIOLAB (für biologische Forschung; the following experimental facilities: BIO- after its Arrival in the USA EADS), EPM (European Physiology Modules LAB (for biological research, EADS), EPM für medizinische Forschung; OHB) und (European physiology modules for medi- MSL (Materials Science Lab für material- cal research, OHB), and MSL (materials wissenschaftliche Forschung; Astrium). science laboratory, EADS). Other German Weitere deutsche Firmen sind als Unterauf- companies are involved as subcontractors tragnehmer an der Entwicklung wesent- in the development of essential compo- licher Komponenten beteiligt. Auch die nents. There are other devices that most- Proben-Gefriereinrichtung MELFI (bis -80 ly originated in Germany, such as the Grad Celsius; maßgebliche Entwicklung MELFI sample freezer (down to -80 durch die Firma Linde) oder die wissen- degrees centigrade; largely developed by schaftliche Probenhantiereinrichtung Micro Linde) and the scientific sample-handling Gravity Science Glovebox (MSG; Astrium device called Microgravity Science Friedrichshafen) stammen im Wesentlichen aus Deutschland. Zudem war Deutschland für die Entwicklung und Fertigung des

39 Folgende wissenschaftliche Racks befinden sich als Startausstattung im europäi- schen Weltraumlabor: Biolab, in dem Forscher Mikroorganismen, Zellkulturen und Gewebeproben sowie kleine Pflanzen oder Tiere untersuchen können, um die Rolle der Schwerkraft für Entwicklung und Wachstum von ISS Data-Management-Systems (DMS-R) Glovebox (MSG, Astrium Friedrichshafen). Organismen besser verstehen zu lernen verantwortlich, das von Astrium mit feh- In addition, Germany was responsible for lertoleranten Rechnern ausgestattet wurde. the development and production of the Fluid Science Laboratory, das Einblicke Vom russischen Service-Modul aus lenkt ISS data management system (DMS-R) in das komplizierte Verhalten von Flüssig- es wichtige Funktionen der ISS-Kontrolle. which, equipped with fault-tolerant com- keiten erlaubt und zu Verbesserungen Das DMS-R wurde bereits 2000 auf der puters supplied by Astrium, controls etwa in der Energiegewinnung, der Effek- ISS installiert und arbeitet seit Anfang some important ISS functions from the tivität von Treibstoffen oder bei Umwelt- 2001 zuverlässig. Russian service module. Installed on the fragen beitragen wird. Unter Schwere- ISS in 2000, DMS-R has been working losigkeit sind Effekte wie Ablagerung, Beteiligt ist Deutschland ebenfalls mit Ele- reliably since the beginning of 2001. Schichtung, Druck und schwerkraftab- menten zur Steuerung beim Europäischen hängiger Auftrieb aufgehoben, so dass ISS-Roboterarm (ERA) und den wichtigen Germany’s commitment further extends Wissenschaftler die dynamischen Effekte Verbindungsknoten 2 und 3. Der Knoten to control elements for the European von Flüssigkeiten viel genauer studieren 2, der als Verbindungsstück zwischen dem robotic arm (ERA) and two important können. europäischen, japanischen und amerika- connecting nodes, 2 and 3. Node 2 which, European Physiology Modules, mit nischen Labormodul auch den Namen linking the European, American and Japa- dessen Hilfe Astronauten an Selbstversu- „Harmony“ trägt, wurde bereits 2003 an nese laboratory modules and therefore chen das Verhalten des menschlichen die NASA ausgeliefert. Er startete am 23. known under the name of Harmony, was Körpers in Schwerelosigkeit analysieren Oktober 2007 in der Ladebucht des ame- delivered to the NASA as early as 2003. werden (etwa Muskel- und Knochen- rikanischen Space Shuttle (STS-120). Der On October 23, 2007, it was launched in schwund, Flüssigkeitskreisläufe, Atmung, Roboterarm ERA wird 2009 mit einem the cargo bay of flight STS-120. The ERA Stoffwechsel, Immunsystem und Gehirn- russischen Proton-Transporter zur Station robot arm will be transported to the ISS aktivitäten) gebracht. in a Russian Proton launcher in 2009. European Drawer Rack für den flexiblen Einbau kleinerer Experimente unterschiedlicher Disziplinen Die COLUMBUS The COLUMBUS Infrastruktur infrastructure The following scientific racks will be installed in the European space laboratory COLUMBUS ist ein Forschungslabor, in COLUMBUS is a research laboratory that at launch time: dem bis zu drei Astronauten auf 25 Kubik- offers 25 cubic meters of space to as many metern an wissenschaftlichen Experimen- as three astronauts working on scientific The Biolab for researchers to study micro- ten arbeiten können. Die Außenwand experiments. Its outer wall incorporates organisms, cell cultures, tissue specimens von COLUMBUS besteht aus mehreren several layers of aluminum, Kevlar and and small plants or animals, in order to Lagen Aluminium, Kevlar und Nextel, die Nextel to protect the laboratory from get a better understanding on the role of das Labor vor Beschädigungen durch Mi- space debris and cosmic radiation as well gravity for the development and growth krometeoriten und Weltraummüll, eben- as a thick layer of heat insulation. of organisms so vor kosmischer Strahlung schützen, The Fluid Science Laboratory which sowie einer starken Temperatur-Isolierung. The interior of COLUMBUS consists of permits studying the complicated beha- 16 so-called racks resembling fitted cup- vior of fluids to implement improvements boards which accommodate laboratory in energy generation and fuel efficiency equipment, computers and technical as well as in environmental and other systems with a total mass of up to 700 fields. As gravity-related effects like sedi- kilograms. These racks were built to a mentation, stratification, pressure and standard that was similarly applied in the convection do not operate in the absence design of the American and Japanese of gravity, scientists may study dynamic modules. They have their own power fluid effects much more closely. supply, cooling system, and CCTV and data cables. They can be exchanged or The European Physiology Modules which astronauts will use to analyze the human body’s response to weightlessness in self-experiments (e.g. muscle- and bone loss, fluid circulation, breathing, metabolism, immune system, cerebral activity).

The European Drawer Rack for the 40 flexible accommodation of small experiments in various disciplines. COLUMBUS > Das europäische Forschungslabor COLUMBUS > The European research laboratory

Im Inneren ist COLUMBUS mit 16 soge- replaced as needed. Although COLUMBUS nannten Racks ausgestattet, in denen is the smallest of the six laboratory mod- ähnlich wie bei Einbauschränken Labor- ules on the ISS, its volume, data capacity ausrüstung, Computer und technische and energy supply permit conducting as Systeme untergebracht sind. Sie können many experiments as the other more ex- Versuchseinrichtungen von bis zu 700 pensive laboratories. To reduce costs fur- Kilogramm Masse aufnehmen. Die Racks ther, COLUMBUS will be launched with a sind nach einem Standard gebaut, nach payload of 2,500 kilograms already on dem auch die amerikanischen und japa- board. Tele-operations technology will nischen Module konstruiert wurden, und enable scientists on Earth to control some besitzen eigene Stromversorgung, Kühl- experiments directly and access their data. systeme sowie Video- und Datenleitungen. Bei Bedarf können sie ausgetauscht oder Three more racks provide storage space, ersetzt werden. Obgleich COLUMBUS while another three accommodate the das kleinste der sechs Labormodule der infrastructure, i.e. the power supply and COLUMBUS in der ISS-Vorbereitungshalle ISS ist, können hier vom Volumen, der data communication systems, the water der NASA im Kennedy Space Center, Florida Datenkapazität oder dem Energiever- pumps and the climate and fire control COLUMBUS at the Space Station Processing Facility at NASA’s Kennedy Space Center, brauch ebenso viele Experimente durch- systems. Thus, for instance, astronauts Florida geführt werden, wie in den anderen, may vary the temperature inside the teueren Laboren. Kostensenkend wirkt laboratory between 16 and 30 degrees sich zudem aus, dass COLUMBUS bereits centigrade. COLUMBUS will be provided mit 2.500 Kilogramm Nutzlast beladen with fresh air by its connecting Node 2, gestartet wird. Per Tele-Operations kön- where the air will be reprocessed and nen Wissenschaftler auf der Erde teil- purged of carbon dioxide. weise direkt in den Versuchsablauf ein- greifen und ihre Daten abrufen. The solar panels of the space station will provide COLUMBUS with 20kW of elec- Je drei weitere Racks dienen als Stauraum tric power, of which 13.5kW will be avail- und für die Unterbringung der Infrastruk- able for the scientific equipment. tur, vornehmlich für die Stromversorgung, Datenverteilung und Wasserpumpen sowie das Klima- und Feuerunterdrückungs- system. So können die Astronauten die Temperatur im Labor zwischen 16 und 30 Grad Celsius variieren. Frischluft erhält COLUMBUS aus dem Verbindungsknoten 2, an dem das europäische Labor angedockt sein wird. Hier wird die Luft auf- bereitet und vom Kohlendioxid gereinigt.

Die Solarflächen der Raumstation werden COLUMBUS mit 20 kW Strom versorgen, von denen 13,5 kW für die wissenschaftlichen Einrichtungen genutzt werden können.

41 Typisches Rack, hier das FSL (Fluid physics research facility) A typical Rack; here: the FSL (fluid physics An der Außenhülle befinden sich vier The outer wall has four external plat- research facility) Halterungen, an denen Experimente an- forms for experiments attached to it, gebracht werden können. Dies bietet For- offering researchers a chance to directly schern die Möglichkeit, ihre Versuchsan- expose their experimental rigs to space ordnungen direkt dem Weltraum mit and the characteristic conditions prevail- seinen besonderen Bedingungen auszu- ing there: vacuum, interstellar radiation, setzen: Vakuum, Weltraumstrahlung, ab- absolute zero and microgravity. Further- soluter Temperatur-Nullpunkt und Schwere- more, these racks may be used to observe losigkeit. Zudem ist die Beobachtung der the Earth or the sun. Erde oder der Sonne von hier aus möglich. Two other elements of the ISS infra- Zwei weitere Infrastrukturelemente sind structure are ANITA and ARES. At the ANITA und ARES. Gegenwärtig befindet moment, an infrastructural element sich ein für die ESA in Deutschland ent- developed and made in Germany on wickeltes und gefertigtes Infrastruktur- behalf of ESA is being tested on the ISS. element zur Erprobung auf der ISS. Nach Once it has completed its test phase, der Erprobungsphase durch die NASA im which is conducted by NASA in the US US-Labor Destiny wäre eine spätere Un- laboratory Destiny, it might conceivably terbringung als permanente Stationsinfra- be integrated in COLUMBUS as part of struktur in COLUMBUS denkbar. the station’s permanent infrastructure. We are talking about ANITA, an interfer- ometer capable of analyzing as many as 32 gaseous components of the cabin air including formaldehyde, ammonia and carbon monoxide. Demonstrating the precision and reliability of an innovative measuring technology in orbit, it shows

42 COLUMBUS > Das europäische Forschungslabor COLUMBUS > The European research laboratory

Die Rede ist hier von ANITA: ein Inter- the potential of a subsequent generation Nach dem Andocken von COLUMBUS an ferometer, das bis zu 32 gasförmige of scanners to detect trace gases in the die Raumstation werden zwei externe Bestandteile der Kabinenluft analysieren atmosphere of space stations and other Nutzlasten an der Außenhülle angebracht: kann, inklusive Formaldehyd, Ammoniak enclosed spaces. This analytical system das SOLAR-Observatorium, das über und Kohlenmonoxid. Es demonstriert not only averts dangers from the crew, 18 Monate eine Spektralanalyse unserer die Genauigkeit und Zuverlässigkeit einer it also prevents the station from being Sonne vornehmen wird, und neuen Messtechnologie im Orbit und weist evacuated unnecessarily when a moment- hierdurch das Potenzial für eine nächste arily unidentifiable pollution is detected die European Technology Exposure Generation von Scannern für Spurengase in the cabin air. Facility, auf der neun einzelne Experimen- in der Atmosphäre von Raumstationen te dem Weltraum ausgesetzt werden. oder anderen geschlossenen Räumen Another engrossing subject is ARES, an auf. Dieses Analysesystem wendet nicht oxygen-generating device that will be nur Gefahren von der Crew ab, sondern tested in COLUMBUS in the future. Unlike Once COLUMBUS has docked on the verhindert auch eine unnötige Evakuie- the systems that are currently installed in space station, two external payloads will rung der Station im Falle einer zunächst the station, ARES operates in a closed be attached to its hull: nicht identifizierbaren Verunreinigung cycle. It is capable of generating enough der Kabinenluft. oxygen to supply seven astronauts from the SOLAR observatory which will analyze the water on ISS (waste water, conden- the spectrum of our Sun for a period of Ein anderes spannendes Thema ist das sation etc.). Running ARES continuously 18 months, and Sauerstoffgenerierungsgerät ARES, das would reduce the volume of water that the European Technology Exposure künftig auf COLUMBUS erprobt werden must be transported annually to the ISS Facility on which nine separate experi- soll. Im Gegensatz zu den derzeit auf der by about 1,000 kilograms, which would ments will be exposed to space. Station arbeitenden Systemen arbeitet cut relevant costs by around 20 million ARES nach dem Prinzip eines geschlosse- dollars. Furthermore, COLUMBUS may nen Kreislaufs. Es kann den Sauerstoff- serve as a test environment to verify ARES’ bedarf für sieben Astronauten aus dem capability to generate and store energy auf der ISS vorhandenen Wasser (z. B. in conjunction with renewable fuel cells. Brauchwasser, Kondensationswasser) erzeugen. Mit der dauerhaften Inbetrieb- Lastly, COLUMBUS offers yet another op- nahme von ARES würde der Wasser- portunity of demonstrating Germany’s transport zur ISS um jährlich etwa 1.000 competence in laser communication (LCT). Kilogramm reduziert, was einer Kosten- The possibility of deploying such a sys- ersparnis von rund 20 Millionen Dollar tem in COLUMBUS is being investigated. entspräche. COLUMBUS kann zudem The installation of a terminal of this pio- als Testumgebung dienen, um Elemente neering laser technology might establish von ARES für die Energiegewinnung und an autonomous European line of com- -speicherung in Verbindung mit regene- munication between the Earth and the rativen Brennstoffzellen zu erproben. ISS that would offer maximum capacities.

Darüber hinaus bietet COLUMBUS die Möglichkeit, die nationale Kompetenz der Laserkommunikationstechnik (LCT) erneut unter Beweis zu stellen. Der Einsatz eines solchen Systems an COLUMBUS wird untersucht. Mit einem Terminal der zukunfts- weisenden Lasertechnologie könnte eine autonome europäische Kommunikations- strecke zwischen Erde und ISS mit größter Leistung errichtet werden.

43 Forschung zwischen Erde und Mond Research between the Earth and the Moon

Forschungsziele Objectives and und -perspektiven perspectives of für die Nutzung research in von COLUMBUS COLUMBUS

Bei der wissenschaftlichen Forschung Germany is one of the most important auf der ISS ist Deutschland eine der nations conducting scientific research wichtigsten Nationen. Dies gilt beson- on board the ISS, particularly in the ders für den Bereich „Forschung unter field of research under space condi- Weltraumbedingungen“ (Bio- und tions (life and physical sciences) in Materialwissenschaften), bei dem which around 40 percent of the pro- rund 40 Prozent der im europäischen jects selected in a Europe-wide com- Wettbewerb ausgewählten Projekte petition originated with German aus deutschen Forschungsinstituten research institutes. stammen. Research on the ISS: German scien- Forschung auf der ISS: Seit mehr als tists began more than six years ago sechs Jahren sind auch deutsche Wis- senschaftler schon dabei German scientists began to use the ISS as early as 2001, when they investigated Für deutsche Wissenschaftler begann die plasma crystals and measured space radi- Nutzung der ISS bereits 2001 mit Projekten ation in their first projects. Some of the zur Plasmakristall-Forschung sowie zur 25 or so additional experiments and/or Messung der Weltraumstrahlung. Seitdem test campaigns that were launched since wurden rund fünfundzwanzig weitere Ex- that time have already been completed. perimente oder Experimentserien begon- The reason for this lies in successful internen und teilweise bereits abgeschlossen. national cooperation with the ISS partner Ermöglicht wurde dies durch erfolgreiche states, i.e. the USA, Russia and Canada. zwischenstaatliche Kooperationen mit Next to plasma physics, the fields investi- den Raumstationspartnern USA, Russland gated so far include space medicine and und Kanada. Das bisherige Forschungs- biotechnology. spektrum umfasst neben der Plasmaphysik die Raumfahrtmedizin und Biotechnologie. The first scientific experiment ever to be conducted on board the ISS began in March 2001. Extending to this day, it is a series of experiments designed to study plasma crystals. These consist of micro- particles suspended in a regular pattern in plasma at room temperature. Their reticular arrangement may be used as an experimental system to model the atomic structure of a solid body. By studying the movements of individual particles, scientists obtain detailed data on the melting of solid bodies over space and time. Given certain conditions, they even suc- ceed in analyzing the movement of fluids and gases at the elementary micro-particle level. The record is impressive: So far,

44 COLUMBUS > Forschung zwischen Erde und Mond COLUMBUS > Research between the Earth and the Moon

Als erstes wissenschaftliches Experiment, more than 30 publications that appeared das überhaupt auf der ISS durchgeführt in international scientific journals were wurde, begann im März 2001 eine sich based on experiments in space. Research bis heute erstreckende Experimentserie zur into so-called complex plasmas is still a Erforschung von Plasmakristallen. Dabei rather young discipline, for plasma crystals handelt es sich um geordnet schwebende were discovered at the Max Planck Insti- Mikropartikel in einem Plasma bei Zimmer- tute for Extraterrestrial Physics in Garching, temperatur, deren gitterförmige Anord- Germany only in 1994. Next to excellent nung als experimentelles Modellsystem für basic research, it will in the future provide den atomaren Aufbau eines Festkörpers improvements in application-oriented herangezogen werden kann. So können fields including industrial plasma proces- Wissenschaftler das Schmelzen eines Fest- ses such as coating and etching. körpers anhand einzelner Partikelbewe- gungen örtlich und zeitlich detailliert unter- In space medicine, German scientists suchen. Unter bestimmten Bedingungen have already made important discoveries gelingt es ihnen zudem, strömende Flüssig- regarding cardiovascular regulation as keiten und Gase auf der elementaren Ebe- well as the functioning of the vestibular ne der Mikropartikel zu analysieren. Die system, focusing on the importance of bisherige Bilanz ist beeindruckend: Aus the interaction between vision and pro- Thomas Reiter beim EVA den Weltraumexperimenten sind bereits cesses in the inner ear for orientation in Thomas Reiter during EVA mehr als 30 wissenschaftliche Publikatio- space. In another experiment, they were nen in internationalen Fachzeitschriften able to demonstrate that precision of erschienen. Die noch junge Forschung an motor performance is impaired in weight- den sogenannten komplexen Plasmen – lessness, and that the impairment can be erst 1994 wurden Plasmakristalle am offset by increased cerebration. Moreover, Max-Planck-Institut für Extraterrestrische medical researchers have begun to deci- Physik in Garching entdeckt – wird künf- pher the reasons why the immune sys- tig neben der exzellenten Grundlagen- tem of astronauts is impaired in space, forschung auch anwendungsorientierte expecting this to provide general informa- Felder bereichern. Hierbei ist die Verbes- tion about the functioning of the human serung industrieller Plasmaprozesse wie immune system. Beschichten und Ätzen im Gespräch. Biotechnology research concentrated on In der Raumfahrtmedizin erarbeiteten the crystallization of proteins in weight- deutsche Wissenschaftler bereits wichtige lessness. Basically, crystalline structures Ergebnisse für die Funktion des Gleich- can be best analyzed if the substance gewichtssystems, speziell für das Zusam- under investigation is crystallized as per- menspiel zwischen Abläufen im Innenohr fectly as possible, for which microgravity und dem Sehvorgang für die Orientierung in space is ideal. Knowing a structure im Raum, sowie in der Herz-Kreislauf-Re- precisely is indispensable for understand- gulation. Ein anderes Experiment konnte ing its properties and functions in order nachweisen, dass die Genauigkeit fein- to optimize, for example, the pharma- motorischer Leistungen in Schwerelosig- ceutical applications of a specific protein. keit beeinträchtigt ist, was durch erhöhte Denk-Anstrengung ausgeglichen werden kann. Mediziner haben zudem begonnen, die Gründe für die Beeinträchtigung des Immunsystems von Astronauten im Welt- raum zu entschlüsseln, wovon sie sich generelles Wissen über die Funktion des menschlichen Immunsystems erwarten.

45 In der Biotechnologie stand die Kristalli- And indeed, space experiments help to sation von Proteinen in Schwerelosigkeit throw a better light on the structures of im Mittelpunkt des Interesses. Grundlage certain molecules such as mistletoe lectin, für die Analyse von Kristallstrukturen ist which is used to stimulate the immune die möglichst perfekte Kristallisation der system and combat cancer. In some cases, zu untersuchenden Substanzen, was ideal scientists succeeded in crystallizing sub- unter Schwerelosigkeit im All gelingt. Die stances for the first time ever, including genaue Kenntnis der Struktur ist die Vor- certain bacterial surface proteins. aussetzung, ihre Eigenschaften und Funk- tionen zu verstehen, um beispielsweise Furthermore, researchers plan to analyze die pharmazeutischen Anwendungen the intensity and composition of space eines bestimmten Proteins zu optimieren. radiation together with its effects on Tatsächlich konnte durch Weltraum- living organisms. This forms yet another Experimente die Strukturaufklärung für focus of Germany’s research on the ISS. verschiedene Moleküle verbessert werden. Important facts regarding the radiation Dies gelang beispielsweise beim in der exposure of the astronauts were discover- Immunstimulierung und Krebsbekämpfung ed in the course of measurements con- eingesetzten Mistel-Lectin. In einigen Fällen ducted inside and outside the space sta- gelang den Wissenschaftlern überhaupt tion, some of which involved Matroshka, Hans Schlegel bei der Vorbereitung auf die Mission COLUMBUS zum ersten Mal eine Kristallisation, so bei a phantom dummy whose development Hans Schlegel during preparations for bestimmten Oberflächenproteinen von was commissioned by ESA and coordinat- mission COLUMBUS Bakterien. ed by DLR.

Weiterhin wollen Forscher die Intensität In the second half of 2006, the German und Zusammensetzung der Weltraum- Thomas Reiter was the first European strahlung sowie ihre Auswirkungen auf astronaut to work on a long-term mis- Organismen erfassen, was ein weiterer sion on board the ISS. Eight of the 30 Schwerpunkt der deutschen ISS-Forschung scientific experiments run during the six- ist. Durch Messungen innerhalb und au- month ASTROLAB mission were coordi- ßerhalb der Raumstation, unter anderem nated by German scientists, while others mit der im Auftrag der ESA unter Feder- were conducted with the participation führung des DLR entwickelten Phantom- of German institutes. The objectives of puppe „Matroshka“, konnten hier these experiments included investigating bedeutende Erkenntnisse zur Strahlen- the vestibular and immune systems in belastung der Astronauten gewonnen weightlessness, measuring space radia- werden. tion and its biological impact, and plasma physics. The mission marked the begin- In der zweiten Jahreshälfte 2006 arbeite- ning of European long-term research on te der Deutsche Thomas Reiter als erster the ISS. europäischer Astronaut auf einer Lang- zeitmission an Bord der ISS. Bei der sechs- The launch of COLUMBUS will mark monatigen Mission ASTROLAB hatten the beginning of a new era for German deutsche Forscher bei 8 der 30 wissen- science. With its ultramodern equipment schaftlichen Experimente die Federführung, for research in biology, medicine and an weiteren waren deutsche Institute be- fluid physics and the external devices for teiligt. Bei diesen Experimenten ging es astrobiology studies, COLUMBUS will be um die Untersuchung des Gleichgewichts- available in the years to come as a “laboratory in space“ for top-flight research in weightlessness.

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und des Immunsystems in Schwerelosig- Research objectives for the next keit, um die Erfassung der Weltraum- few years strahlung und ihre biologische Wirkung sowie um Plasmaphysik. Die Mission war Now, what will be the objectives of re- der Einstieg in die europäische Langzeit- search in the next few years? Having been forschung auf der ISS. successful in the international competition, around 100 German projects are now Mit dem Start von COLUMBUS beginnt waiting to be realized. Pursuing the goals für deutsche Wissenschaftler eine neue of the DLR Space Agency’s “Research Ära. Mit seinen hochmodernen Anlagen under Space Conditions“ program, these zur Forschung in Biologie, Medizin und projects define concrete research object- Fluidphysik sowie den extern angebrach- ives for the next few years. ten Geräten für die Astrobiologie wird COLUMBUS als das „Labor im All“ für Research objectives in life sciences die nächsten Jahre der Spitzenforschung unter Schwerelosigkeit zur Verfügung Compared to the experiments conduct- stehen. ed in the early phase of ISS utilization, COLUMBUS will offer a considerably Forschungsziele für die nächsten wider range of research options in the Jahre years to come. Next to experiments in gravitational biology, scientists are begin- Was sind nun die Forschungsziele für die ning to concentrate on radiation and nächsten Jahre? Rund 100 deutsche Pro- astrobiology projects. The new devices jekte haben sich im internationalen Wett- that will be mounted on the external bewerb nach dem sogenannten „Best platforms of COLUMBUS offer excellent Science“-Prinzip durchgesetzt und warten opportunities in this respect. As it is now jetzt auf ihre Umsetzung. Im Rahmen possible for astronauts to stay on the ISS der übergeordneten Ziele des Programms for prolonged periods, it is not surprising „Forschung unter Weltraumbedingungen“ that research in space medicine should der DLR Raumfahrt-Agentur definieren focus on investigating the attenuation of diese Projekte die konkreten Forschungs- muscles and bones. In addition, these ziele für die nächsten Jahre. studies as well as those in radiation and astrobiology will contribute greatly to the Forschungsziele in den preparation of future long-range astro- Biowissenschaften naut missions to the Moon or other des- tinations. Im Vergleich zu den in der frühen Nut- zungsphase der ISS durchgeführten Expe- rimenten erweitern sich die Forschungs- möglichkeiten durch COLUMBUS in den kommenden Jahren deutlich. Neben Ex- perimenten zur Gravitationsbiologie arbeiten die Wissenschaftler vermehrt an Projekten zur Strahlen- und Astrobiologie. Hierfür bieten neue Geräte auf den externen Plattformen von COLUMBUS aus- gezeichnete Möglichkeiten. In der Raum- fahrtmedizin wird der Fokus – nicht unerwartet durch die jetzt bestehenden Möglichkeiten zu Langzeitaufenthalten der Astronauten – vor allem auf die Un- tersuchung des Abbaus von Muskeln

47 und Knochen gerichtet sein. Diese Unter- Gravitational biology suchungen wie auch die Projekte zur Ever since evolution began, gravity has Strahlen- und Astrobiologie liefern zudem been playing a crucial role for all organ- wichtige Beiträge für die Vorbereitung isms. For many years, researchers have von späteren Langzeitmissionen von As- been trying to answer the question of tronauten zum Mond oder anderen Zielen. how organisms perceive gravity and respond to this stimulus, i.e. how plants can Gravitationsbiologie distinguish between up and down, and Seit Beginn der Evolution spielt die why roots and shoots grow in the right Schwerkraft für alle Organismen eine direction. Scientists have already wrested entscheidende Rolle. Seit vielen Jahren many secrets from nature. Thus, they gehen Forscher daher der Frage nach, discovered that roots contain heavy par- wie Organismen die Schwerkraft wahr- ticles which shift when the direction of nehmen und verarbeiten, woher also bei- gravity changes. Moreover, they were spielsweise Pflanzen wissen, wo oben able to show that the cytoskeleton and oder unten ist, und warum Wurzeln und a variety of messenger substances are Sprossen in die richtige Richtung wach- involved in the process as well. Yet they sen. Viele Geheimnisse konnten die have been unable so far to establish the Wissenschaftler der Natur schon entrei- exact sequence of steps from gravity per- ßen: Sie entdeckten schwere Partikel in ception to plant response. This is where Wurzeln und zeigten deren Verlagerung the BIOLAB and other experiments on bei Änderung der Schwerkraft. Auch die COLUMBUS will begin searching for an- Beteiligung des Zellskeletts und verschie- swers to that question with modern mo- dener Botenstoffe wurde nachgewiesen. lecular biology methods. Auf der Ebene von Genen und Proteinen konnten sie wichtige Veränderungen Radiation and astrobiology festgestellen. Doch die genaue Abfolge Both the intensity and the composition der einzelnen Schritte von der Wahrneh- of space radiation vary greatly. This being mung der Schwerkraft bis hin zur Ant- so, further measurements are planned wort der Pflanze ist noch nicht geklärt. to improve our ability to assess the risk Hier setzen COLUMBUS-Experimente bei- of radiation exposure. Applying its many spielsweise in der Anlage BIOLAB an, die years of expertise in this field, the DLR dieser Frage mit modernen molekularbio- Institute of Aerospace Medicine will con- logischen Methoden nachgehen. tinue its measurements inside and outside the ISS in the years to come. Analyzing Strahlen- und Astrobiologie the biological impact of cosmic radiation Die Stärke und Zusammensetzung der may be even more important than meas- Strahlung im Weltraum schwankt sehr uring its intensity and composition. stark. Von daher sind auch in Zukunft Matroshka, a sophisticated phantom weitere Messungen vorgesehen, um das dummy that simulates the human upper Strahlenrisiko besser abschätzen zu kön- torso with all its organs, has been giving nen. Aufgrund seiner langjährigen Exper- good results in the past. At present, it is tise auf diesem Gebiet wird das DLR- employed inside the ISS to measure the radiation field there, but it will be moved outside again in the course of 2008.

In astrobiology, a new chapter will be opened as well: Together with COLUMBUS, the Expose-EuTEF system will arrive on the ISS. Besides the comparative radiation dosimetry, the system will be used to expose a variety of organisms to the extreme environmental conditions of

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Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin diese Messungen auch in den kommenden Jahren innerhalb und außerhalb der ISS fortsetzen. Fast noch wichtiger als die dosimetrische Erfassung der Stärke und Zusammensetzung der Strahlung ist die Analyse ihrer biologischen Wirksamkeit. Die Phantompuppe „Matroshka“, ein hochentwickelter Simulator des menschlichen Oberkörpers mit all seinen Organen, hat hier schon gute Ergebnisse geliefert. Die Anlage misst derzeit das Strahlenfeld im Innern der ISS und wird im Laufe des Jahres 2008 erneut nach außen gebracht.

Für die Astrobiologen bricht ebenfalls ein neues Kapitel an: Mit COLUMBUS wird die Anlage Expose-EuTEF zur ISS gebracht. Neben dosimetrischen Vergleichsmes- sungen werden in dieser Anlage verschiedene Organismen den extremen Umgebungsbedingungen des Weltraums ausgesetzt und ihre Überlebensfähigkeit Hans Schlegel auf der D2-Mission, 1993 untersucht. Diese Untersuchungen die- space and investigate their ability to sur- Hans Schlegel at the D2 Mission, 1993 nen der Erforschung von Entstehung, vive. These studies serve to explore the Evolution und Ausbreitung des Lebens origin, evolution and spread of life and, und damit der Beantwortung der Frage, by the same token, to answer the ques- ob eventuell das Leben von anderen tion if life might have arrived on Earth in Himmelskörpern gekommen sein kann. the dim and distant past from other celestial bodies. Humanphysiologie In der Raumfahrtmedizin liegt der Schwer- Human physiology punkt der deutschen ISS-Experimente in In the field of space medicine, the German den kommenden Jahren auf der Unter- experiments conducted on the ISS will suchung des Muskel- und Knochenstoff- focus for some years on the metabolism wechsels. Im Sinne einer integrativen of muscles and bones. Following the Physiologie, in welcher der ganze Mensch principle of integrative physiology, a ho- im Zusammenspiel seiner verschiedenen listic view of man and the interplay be- Systeme und Organe betrachtet wird, tween his various systems and organs, berücksichtigen die Wissenschaftler die scientists will study the interaction be- Wechselwirkungen des Systems von Kno- tween bones and muscles on the one chen und Muskeln mit dem Kreislauf, hand and the cardiovascular, metabolic, Stoffwechsel, Immunsystem und der hor- immune, and hormonal-regulation sys- monellen Regulation. Ziel der Experimente tems on the other. Experiments aim at ist es, die Mechanismen von Muskel- und understanding the attenuation of mus- Knochenabbau zu verstehen und dann cles and bones and developing suitable geeignete Gegenmaßnahmen zu entwi- countermeasures from which not only ckeln, die nicht nur den Astronauten, astronauts but also the people on Earth sondern auch den Menschen auf der Erde stand to benefit. zugute kommen.

49 Ziele der physikalischen Forschung Objectives of physical research

Materialforschung Materials research Etwa 90 Prozent der metallischen und About 90 percent of all metallic and halbleitenden Werkstoffe entstammen semi-conducting materials are produced schmelzmetallurgischen Verfahren. Um by metallurgic melt processes. To optimize die bestehenden Technologien zu opti- existing technologies or develop new mieren oder neue zu entwickeln, brauchen ones from scratch, researchers need to die Forscher ein immer größeres Detail- know more and more about the details verständnis aller ablaufenden Vorgänge. of all processes involved. Today, design- Das Materialdesign aus der Schmelze ing materials produced by melting calls erfordert heutzutage effiziente Computer- for efficient computer simulation pro- simulationen, damit energie- und zeitauf- grams to circumvent industrial-scale pilot wändige Vorversuche im großtechnischen tests that are expensive in terms of both Maßstab verringert werden können. In energy and time. Weightlessness elimin- der Schwerelosigkeit werden Störkräfte ates spurious forces that may act on a in einer Schmelze ausgeschaltet, so etwa melt, such as convection and the sedi- Auftrieb (Konvektion) und Ablagerung mentation of components that differ in Materialforschung an schwebender (Sedimentation) von Komponenten unter- density. These are crucial advantages in Metallprobe schiedlicher Dichte. Das sind entschei- studying the interaction between solidifi- Materials research on a levitating metal dende Vorteile, um die Wechselbeziehung cation conditions and the structure and probe zwischen Erstarrungsbedingungen, Werk- properties of the resultant materials. stoffgefüge und resultierenden Eigen- Another objective will be to considerably schaften aufzuklären. Ein weiteres Ziel ist enhance the precision with which the es, die wärmephysikalischen Eigenschaften thermophysical properties of reactive reaktiver Metallschmelzen durch behälter- metal melts can be established by meas- freies Prozessieren wesentlich genauer zu uring them in suspension, i.e. in a con- messen, also in der Schwebe. Die im ESA tainerless process. The research activities Materials Sciences Lab der ISS geplanten that will be conducted by the ESA Mate- Forschungsarbeiten erfolgen insbesondere rials Science Lab on the ISS will concen- an industrierelevanten Schmelzen. trate on melts that are relevant to the industry. Fluidphysik Die Physik der Flüssigkeiten und Gase Fluid physics durchdringt viele Anwendungsbereiche, Fluid and gas physics permeates many in denen die Wirkung von Schwerkraft applications on which gravity has a major bedeutend ist. So sind auf der ISS Grund- impact. Basic studies on the ISS will in- lagenuntersuchungen zu Flüssigkeits- vestigate fluid flows within a geometry strömungen in einer Geometrie geplant, that will enable fuel to be transported by die in Satellitentanks einer neuen Gene- capillary forces in a new generation of ration den Treibstofftransport durch Ka- satellite tanks. Whenever a jet is fired, an pillarkräfte ermöglicht. Bei der Zündung adequate supply of fuel must be availa- eines Triebwerks muss zu jedem Zeit- ble at the injection nozzle. This being so, punkt ausreichend Treibstoff an der Düse experiments will have to be conducted in vorhanden sein. Folglich sind Experimen- weightlessness to establish the limits at te unter Schwerelosigkeit notwendig mit which flows become unstable. On Earth, hydrostatic fluid pressure prevents precise measurements.

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dem Ziel, die Grenzen der Strömung auf- Another project will address flows in a zuklären, bevor sie instabil wird. Auf der spherical gap. This geophysical model Erde verhindert der hydrostatische Flüssig- simulates flow processes in the liquid keitsdruck genaue Messungen. outer core of the Earth by replacing the central force of our planet with an artifi- Ein weiteres Projekt betrifft die Erforschung cial gravitational field in a spherical gap. von Strömungsvorgängen in einem Kugel- What is interesting to scientists in this spalt. Dieses geophysikalische Modell si- context is the flow patterns that arise. muliert Strömungsvorgänge im flüssigen The top-down bias that is inevitable in äußeren Erdkern, indem die zentrale Kraft- terrestrial laboratories can be avoided wirkung unseres Planeten durch ein künst- only in weightlessness. This experiment is liches Gravitationsfeld im Kugelspalt er- the first scheduled for the Fluid Sciences setzt wird. Wissenschaftler interessieren Lab of COLUMBUS. sich hierbei für die auftretenden Strö- mungsmuster. Nur unter Schwerelosigkeit Combustion research kann man dabei die im irdischen Labor By studying the combustion of droplets herrschende Vorzugsrichtung „oben- and sprays, researchers intend to analyze unten“ vermeiden. Diese Untersuchung ignition mechanisms so as to improve Vorbereitung des Biolab in COLUMBUS ist als erstes Experiment im Fluid Sciences combustion processes for liquid fuels Preparation of the COLUMBUS’ Biolab Lab von COLUMBUS geplant. under high pressure. They aim to lower the pollutant emissions of gas turbines Verbrennungsforschung and aircraft engines by reducing the rich- Am Beispiel der Verbrennung von Tropfen ness of fuel-air mixtures as far as possible und Sprays wollen Forscher Zündmecha- without affecting efficiency. Weightless- nismen analysieren und dadurch Verfah- ness greatly assists in exploring the basic ren zur Hochdruckverbrennung flüssiger mechanisms of combustion without inter- Treibstoffe verbessern. Ihr Ziel ist es, in ference. So far, related experiments have Gasturbinen und Flugantrieben den Schad- been conducted on the Bremen drop tower, stoffausstoß bei hohem Wirkungsgrad but once the American Combustion In- durch möglichst magere Kraftstoffgemi- tegrated Rack has been commissioned sche zu senken. Die Schwerelosigkeit hilft, on the ISS, new opportunities for experi- die Basismechanismen der Verbrennung menting and cooperating will open up. ungestört zu erforschen. Bisher erfolgen entsprechende Experimente im Fallturm Fundamental physics Bremen, allerdings werden sich mit der In recent years, the physics Nobel Prize Inbetriebnahme des US Combustion Inte- has been repeatedly awarded for discov- grated Rack auf der ISS neue Experimen- eries relating to quantum phenomena. tier- und Kooperationsmöglichkeiten Investigators of the Bose-Einstein con- ergeben. densation succeeded in cooling gas atoms far enough for them to lose their indi- Fundamentalphysik viduality and appear as matter waves. Die Nobelpreise für Physik sind in den Laboratory tests have shown that a laser letzten Jahren wiederholt für Entdeckun- will work with such matter waves instead gen zu Quantenphänomenen vergeben of light waves. At the moment, attempts worden. Im Fall der Bose-Einstein-Konden- are being made at the Bremen drop sation ist es gelungen, Gasatome so weit abzukühlen, dass diese ihre Individualität verlieren und als Materiewelle in Erschei- nung treten. Im Labor konnte gezeigt werden, dass ein Laser mit solchen Mate- riewellen anstelle von Lichtwellen funk- tioniert. Im Fallturm Bremen wird gegen- wärtig erstmalig versucht, ultrakalte Atome

51 tower to generate ultra-frigid gas atoms in weightlessness so as to reduce their temperature even further. On the ISS, physicists plan to study ultra-frigid atoms systematically in the long term in order to obtain an even better insight into the world of quantums.

One major field of research on the ISS is based on the discovery of plasma crystals made in 1994 by scientists working at the Max Planck Institute for Extraterres- trial Physics. The research program on the ISS, which has been running for more than six years now in cooperation with Russia, will be extended into the next decade because of its great scientific yield. The data obtained so far from space experiments yielded new fundamental insights and discoveries. Far from COLUMBUS in der ISS-Vorbereitungshalle unter Schwerelosigkeit zu erzeugen, um being an exotic subject of research, plas- COLUMBUS at the Space Station die Gasatome noch weiter abzukühlen. mas enriched with particles appear fre- Processing Facility Auf der ISS wollen Physiker längerfristig quently in nature (the rings of Saturn, und systematisch an ultrakalten Atomen the tails of comets) as well as in terrestrial forschen, um noch tiefere Einblicke in die plasma technology (manufacture of chips Quantenwelt zu bekommen. and solar cells). The equipment required to open up yet another field of research Ein wichtiges Forschungsfeld auf der ISS that deals with fundamental interactions stützt sich auf eine Entdeckung der Plas- between particles will be available on the makristalle durch Wissenschaftler am Max- ISS by the end of the decade. In this case, Planck-Institut für extraterrestrische Physik research aims at simulating elementary im Jahr 1994. Das bereits seit über sechs processes in the birth of planets – the Jahren laufende Forschungsprogramm auf agglomeration of cosmic dust – as well der ISS in Kooperation mit Russland soll as in the formation of clouds in the aufgrund der hohen wissenschaftlichen atmosphere (aerosol growth). Ausbeute bis ins nächste Jahrzehnt aus- gedehnt werden. Die bisherigen Daten Research perspectives for the utiliza- aus den Weltraumexperimenten führten tion of COLUMBUS zu grundlegend neuen Erkenntnissen und Entdeckungen. Mit Partikeln angereicherte For the ISS, a multitude of German and Plasmen sind keineswegs ein exotischer other research projects has been selected Forschungsgegenstand, sondern treten that now await realization. Consequently, häufig in der Natur (Saturnringe, Kometen- there will be no lack of scientific work schweif) und in irdischen Plasmatechnolo- for astronauts to do in the next few years. gien (Chipherstellung, Solarzellenfertigung) In some cases, the apparatus required for auf. Ein weiterer Forschungsbereich zur specific experiments still has to be devel- Untersuchung fundamentaler Partikel- oped and built. This holds particularly wechselwirkungen wird sich apparativ auf true for two key items of the German materials-science program, namely plasma crystal research and the investigation of the thermophysical properties of alloys in electromagnetic suspension. In bio- science research, scientists and engineers

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der ISS zum Ende des Jahrzehnts erschlie- ßen. Hierbei wird das Ziel verfolgt, ele- mentare Vorgänge bei der Planetenent- stehung – die Zusammenballung von kosmischem Staub – sowie der atmosphä- rischen Wolkenbildung – das Wachstum von Aerosolen – zu simulieren.

Forschungsperspektiven für die Nutzung von COLUMBUS

Für die ISS ist bereits eine Vielzahl gerade auch deutscher Forschungsprojekte aus- gewählt und wartet auf ihre Realisierung. An Forschungsarbeit für die Astronauten herrscht also in den nächsten Jahren kein Mangel. Für einige Experimente müssen noch die notwendigen Experimentieran- lagen entwickelt und gebaut werden. Dies betrifft gerade auch zwei Schwerpunkte des deutschen materialwissenschaftlichen Programms, die Plasmakristall-Forschung und die Erforschung wärmephysikalischer Eigenschaften von Legierungen mittels elektromagnetischer Schwebe. Auch für die biowissenschaftliche Forschung berei- ten Wissenschaftler und Ingenieure er- links: COLUMBUS wird in der ISS-Vorberei- gänzende Experimentmodule und neue are similarly engaged in preparing sup- tungseinrichtung zum Wiegen transportiert Anlagen vor. Hier ist das vorderste Ziel, plementary or additional experimental left: In the Space Station Processing Facility, eine moderne „on-board“-Analyse zu installations. Their foremost aim is to cre- the COLUMBUS Laboratory module is moved toward a weigh station schaffen, mit deren Hilfe zum einen der ate a modern on-board analytical facility aufwändige Probenrücktransport entfällt which would eliminate the need for the rechts: Einbau des europäischen Forschungs- und zum anderen die Wissenschaftler expensive return of samples to Earth and labors COLUMBUS in einen Container, in dem wesentlich schneller zu ihren Ergebnissen enable scientists to get at their results das Labor zum Space Shuttle Atlantis trans- kommen. Sowohl Biologen als auch Raum- much quicker. Biologists as well as space portiert wird fahrtmediziner werden davon profitieren medicine professionals will be able to be- right: Integration of the European Laboratory nefit from this and expand their research COLUMBUS in the payload canister in which und so erweiterte Forschungsperspektiven it will be transported to Space Shuttle Atlantis erhalten. perspectives.

Die Ergebnisse der ISS-Experimente in Bio- Thus, the results of the ISS experiments und Materialwissenschaften werden so in the life and materials sciences will die führende Position des Wissenschafts- consolidate Germany’s leading position und Wirtschaftsstandorts Deutschland in in many fields of science and industry. vielen Bereichen festigen. Grundlagen- Basic and application-oriented research und anwendungsorientierte Forschung on the ISS will add to the success story of auf der ISS werden die bisherige Erfolgs- the „Research under Space Conditions“ geschichte des Programms “Forschung program of DLR and ESA. unter Weltraumbedingungen“ von DLR und ESA fortschreiben.

53 Industrielle The industrial utili- Nutzung der ISS zation of the ISS

Auch das erste ISS-Experiment zur in- The first industry-related experiment dustriellen Nutzung kam aus Deutsch- to run on the ISS also originated in land. Es handelt sich um das Projekt Germany. It was the Global Transmis- „Global Transmission Services“ (GTS) sion Services (GTS) project operated von Daimler und dem Uhrenhersteller by Daimler and Fortis, a clock manu- Fortis. In der GTS-Erprobungsphase facturer. The GTS trial phase on the auf der ISS werden seit 2002 vor allem ISS, which began in 2002, concentrat- zwei Anwendungen getestet: erstens ed on two applications: First, syn- die weltweite Synchronisation von chronizing radio clocks worldwide by Funkuhren, die jeweils mit der korrek- providing each with the correct local ten Lokalzeit versorgt werden, und time, and second, protecting objects zweitens ein globaler Diebstahlschutz such as automobiles from theft on a etwa für Kraftfahrzeuge. global scale.

Neben den wissenschaftlichen Spitzenleis- People on Earth will benefit not only from tungen in den Material- und Lebenswis- the brilliant achievements in materials senschaften sind es gerade die industriell and life sciences but also, and more im- relevanten Projekte der ISS-Forschung, die portantly, from those ISS research pro- GTS-Antenne an der ISS den Menschen auf der Erde nutzen wer- jects that are of industrial relevance. GTS Antenna at ISS den. Beispiele hierfür sind die Entwicklung Cases in point include the development besserer Legierungen für die Automobil- of improved alloys for the automotive branche, die Medikamentenentwicklung industry, the development of drugs for der Pharmaindustrie, die Verbesserung von the pharmaceutical industry, improve- Knochenimplantaten und medizinischen ments in bone implants and medical di- Diagnosetechniken oder die Verbrennungs- agnosis methods, and combustion re- forschung für sparsamere Motoren. search to enhance engine fuel economy.

Mit der ISS werden erstmals stabile For- For the first time ever, the ISS offers sta- schungsbedingungen und ausreichende ble research conditions as well as ade- Experimentierzeiten im Weltraum erreicht. quate time for experimenting in space. Durch ihre großen Ressourcen und den Its extensive resources and regular access regelmäßigen Zugang wird sie zunehmend options make it increasingly attractive für innovative Projekte aus dem industriel- for innovative projects from industry and len Umfeld interessant und kann einen enhance its economic “added value”. For wirtschaftlich attraktiven „added value“ the future, there are plans for the space bieten. Zukünftig soll sich die Raumstation station and its COLUMBUS module to mit COLUMBUS zu einer Großforschungs- develop into an orbiting large-scale re- einrichtung im Erdorbit auch für die Nicht- search institution also for the industry Raumfahrt-Industrie entwickeln. Langfristig outside the space sector. Up to one third sollen bis zu einem Drittel der europäi- of the European research resources will schen Forschungsressourcen auf der ISS be made available to industrial and com- industriellen und kommerziellen Nutzern mercial users in the long run. The Federal zur Verfügung gestellt werden. Diese Ministry for Economic Affairs and Techno- logy, which coordinates all space activities, is pursuing this strategy consistently. One of its objectives is to acquire customers particularly among small and medium-sized enterprises that wish to

54 COLUMBUS > Forschung zwischen Erde und Mond COLUMBUS > Research between the Earth and the Moon

Strategie wird nachhaltig vom für Raum- use microgravity to develop processes or fahrt federführenden Bundesministerium products which will yield a return on für Wirtschaft und Technologie verfolgt. investment. Ziel hierbei ist die Gewinnung von Kunden, auch und gerade aus dem Bereich von Wishing to transform its structure and kleinen und mittleren Unternehmen, die attract high-technology industries, the von der Nutzung der Schwerelosigkeit Ruhr region set up ISS Lab Ruhr, Germany’s profitieren und Verfahren oder Produkte first industry-oriented ISS user center. entwickeln, die wirtschaftlich einen zeit- The project was undertaken jointly by nahen Return on Investment erbringen. the industry, the Land of North-Rhine Westphalia and DLR. ISS Lab Ruhr serves Im Ruhrgebiet, das einen Strukturwandel as a contact for all those interested busi- anstrebt und Spitzentechnologie ansiedeln ness parties who wish to experiment ei- möchte, ist mit dem „ISS Lab Ruhr“ das ther in COLUMBUS or in one of the other erste deutsche industrieorientierte ISS- laboratories of the ISS. On its part, DLR Anwenderzentrum aufgebaut worden. Es has set up the Microgravity User Support ist ein Gemeinschaftsprojekt der Industrie, Center (MUSC) in Cologne to assist users. des Landes Nordrhein-Westfalen und des DLR. ISS Lab Ruhr dient als Anlaufstelle The industry’s interest is growing. Germa- für alle wirtschaftlich orientierten Interes- ny’s economy is beginning to recognize senten, die in COLUMBUS oder den an- that at the end of the day, research in deren Laboren der Raumstation experi- manned space laboratories represents a mentieren wollen. Auf DLR-Seite steht das profitable investment into the future. MUSC (Microgravity User Support Center) There can be no doubt that the ISS will als Nutzerunterstützungszentrum bereit. not become an “extended workbench in space“ either in the short or the medium Das Interesse der Industrie wächst. Auch term. Experiments in weightlessness are die deutsche Wirtschaft erkennt, dass designed to gain experience in micro- Forschung in astronautischen Weltraum- gravity which may then be translated into laboren letztlich eine lohnende Investition large-scale manufacturing and produc- in die Zukunft darstellt. Klar ist aber, dass tion technologies on Earth – a transfer die ISS weder kurz- noch mittelfristig eine of know how from space to Earth. „verlängerte Werkbank im All“ sein wird. Die Versuche in der Schwerelosigkeit sol- As early as 1998, the PIN (promotion of len dazu dienen, Erfahrungen im All zu industrial ISS users) initiative was launched sammeln und diese bei Fertigungstechni- by DLR. It marketed both the ISS and ken und Produktionen auf der Erde in other microgravity flight opportunities to großem Maßstab umzusetzen – Know- researching enterprises outside the space how-Transfer vom Weltraum zur Erde. sector and acquired these companies as customers for the space industry. Since Schon im Jahr 1998 rief das DLR die PIN- 2007, the DLR successor initiative GoSpace Initiative ins Leben (PIN: Promotion Indus- has been building on the PIN experience, trieller Nutzung der ISS). Sie hat die ISS thus maintaining the continuity and sus- und andere Mikrogravitations-Fluggele- tainability of the DLR’s industrial policy. genheiten bei forschenden Wirtschaftsun- GoSpace informs corporate decision- ternehmen aus Nicht-Raumfahrt-Branchen makers about the opportunities and eco- vermarktet und Unternehmen als Kunden nomic advantages of using the ISS, für den Dienstleistungsbereich Raumfahrt gewonnen. Seit 2007 baut die Nachfol- geinitiative des DLR „GoSpace“ auf den bei PIN gewonnenen Erfahrungen auf und wahrt damit Kontinuität und Nachhaltig- keit der industriepolitischen Aktivitäten

55 des DLR. GoSpace demonstriert den Ent- COLUMBUS and other flight opportunities scheidungsträgern der Firmen die Möglich- (drop tower, parabolic flights, sounding keiten und wirtschaftlich relevanten Vor- rockets, orbital capsules) for their own re- teile der Nutzung von ISS und COLUMBUS search. Pilot projects are identified, busi- sowie anderer Flugmöglichkeiten (Fall- ness plans are drawn up and terrestrial turm, Parabelflüge, Höhenforschungs- support programs are developed in a dia- raketen, Kapseln) für die unternehmens- log between the company and GoSpace, eigene Forschung. Im Dialog zwischen and all phases of a project from prepara- Unternehmen und GoSpace werden tion, verification and flight to evaluation Pilotprojekte identifiziert, Business-Pläne are supported by experts. erstellt, Begleitprogramme auf der Erde normal, normal entwickelt und die Vorhaben über Vor- The first industrial research plans were bereitungsphase, Testdurchführungen realized in pilot projects under the PIN und Flug bis zur Auswertungsphase von initiative. One example from the field of Experten flankiert. materials research that may be quoted here is the determination of the thermo- In Pilotvorhaben der PIN-Initiative konnten physical properties of industrial aluminum erste industrielle Forschungsprojekte rea- alloy melts. On several parabolic flights lisiert werden. Als ein Beispiel aus dem and one rocket flight, Hydro Aluminium Bereich der Materialforschung lässt sich Deutschland GmbH gathered data on die Bestimmung wärmephysikalischer Ei- surface tension and viscosity of solidify- genschaften von Schmelzen technischer ing alloys for later analysis. The results Aluminium-Legierungen nennen. Auf were used to enhance the precision of trocken, dry mehreren Parabelflügen und einem For- computer simulations modeling metal schungsraketenflug wurden von der Hydro casting processes. Typische Oberflächenstrukturen Aluminium Deutschland GmbH Daten menschlicher Haut zur Oberflächenspannung und Viskosität Another experiment undertaken on the Typical surface Structures of human Skin der Legierungen im Erstarrungsbereich ISS Astrolab long-term mission came gesammelt und analysiert. Die erzielten from the field of human physiology. It Daten dienen der genaueren Computer- was known from previous observations simulation von Verfahren des Metall- that the human skin grows not only thin- gießens. ner but also drier in weightlessness, thus undergoing a process similar to ageing. Ein weiteres Experiment aus dem Bereich Exploring the ageing processes of the der Humanphysiologie fand auf der ISS- human skin and developing possible Langzeitmission Astrolab statt. Aus bisher countermeasures constitutes a focus erfolgten Beobachtungen der menschli- of dermatological and cosmetic research. chen Haut in Schwerelosigkeit ist bekannt, An industrial consortium from North dass neben dem Auftreten vermehrter Rhine-Westphalia – DermaTronnier, Trockenheit insbesondere die Dicke der Courage + Khazaka, Degussa – funded Haut abnimmt, und damit – quasi im Zeit- an experiment called SkinCare to investi- raffer – eine Alterung der Haut erfolgt. gate these issues. For the first time, phys- Die Erforschung der Alterungsvorgänge iological parameters of the human skin der Haut und die Entwicklung möglicher (moisture content, dehydration, wrinkling, Gegenmaßnahmen ist ein Schwerpunkt elasticity, thickness) were measured with in der dermatologischen und kosmetischen the aid of modern non-invasive methods. Industrie. Diesen Fragestellungen ist ein The experiments were carried out by the German astronaut Thomas Reiter. The consortium expects that the scientific evaluation of the data acquired will yield general insights into the ageing processes of the human skin.

56 COLUMBUS > Forschung zwischen Erde und Mond COLUMBUS > Research between the Earth and the Moon

Industrie-Konsortium aus Nordrhein- Fluid physics was the parent discipline of Westfalen – DermaTronnier, Courage + another experiment carried out on an ISS Khazaka sowie Degussa – mit dem von precursor flight. Aiming to develop diag- ihm finanzierten Experiment SkinCare nostic methods further, the DiaCdem nachgegangen. Erstmals wurden physio- Chip Technologies GmbH tested the logische Parameter der menschlichen Haut pumping behavior of microfluidic struc- (Feuchtigkeit, Wasserverlust, Faltenbildung, tures in the weightlessness of a DLR Elastizität und Hautdicke) mit Hilfe mo- parabolic flight. The ultimate objective derner nicht-invasiver Messverfahren er- was to develop a miniaturized diagnostic fasst. Ausgeführt wurden die Experimente system (“Lab-on-a-Chip“) for blood and vom deutschen Astronauten Thomas Rei- other fluids for use in space as well as in ter. Basierend auf den gewonnenen Daten terrestrial medical emergency situations, erwartet das Konsortium nach der wissen- in gerontology, and on expeditions. schaftlichen Auswertung generelle Rück- schlüsse auf Alterungsprozesse der Haut. Once COLUMBUS and its voluminous Thomas Reiter mit dem Experiment SkinCare laboratory equipment have been com- Thomas Reiter with the experiment SkinCare Aus dem Bereich der Flüssigkeitsphysik missioned, the range of industrial ISS uses wurde ein Experiment auf einem ISS-Vor- will expand considerably. Researchers from läuferflug durchgeführt. Die DiaCdem industrial companies and consortiums as Chip Technologies GmbH untersuchte auf well as networks of manufacturers and einem DLR-Parabelflug das Befüllungsver- research organizations are studying new halten mikrofluidischer Strukturen in subjects with a view to researching them Schwerelosigkeit, um damit diagnostische in microgravity on precursor flights and Verfahren weiterzuentwickeln. Ziel ist die on the ISS itself. In materials science, for Entwicklung eines miniaturisierten Diag- instance, research fields include the ther- nostiksystems („Lab on a Chip“) etwa für mophysical properties of steel-titanium Blut, gedacht für Einsätze sowohl im Welt- alloys, nano and particle technologies, raum als auch in der Notfallmedizin, and energy and combustion. Subjects of Altersheilkunde und auf Expeditionen. interest in the life sciences include the demineralization of bones, the investiga- Die industrielle Nutzung der ISS kann nach tion of osteoporosis, the durability of der Inbetriebnahme von COLUMBUS und dental implants, telemedicine, smart tex- den im Labor zur Verfügung stehenden tiles and, in the pharmaceutical industry, umfangreichen Laboreinrichtungen erheb- the crystallization of proteins for new lich ausgeweitet werden. Forscher aus drugs. Industrieunternehmen, Konsortien sowie Netzwerke aus Industrie und Forschungs- instituten bearbeiten neue Themenbereiche mit dem Ziel, Forschung in Schwerelosig- keit auf Vorläuferflügen und auf der ISS durchzuführen. Weitere mögliche Themen hierfür sind im Bereich der Materialwissen- schaften etwa die wärmephysikalischen Eigenschaften von Stahl-Titan-Legierungen, Nano- und Partikeltechnologien und die Energie- und Verbrennungsforschung. Aus dem Bereich der Lebenswissenschaf- ten sind die Knochen-Demineralisierung, Osteoporoseforschung und Haltbarkeit etwa von Zahnimplantaten, die Telemedi- zin und intelligente Textilien sowie die Proteinkristallisation zur Arzneimittelent- wicklung in der Pharmaindustrie interes- sante Themen.

57 58 DIE MISSION COLUMBUS

THE COLUMBUS MISSION

59 Die Mission im Überblick Mission overview

Im Dezember 2007 startet das euro- In December 2007, the European päische Raumlabor COLUMBUS, um Columbus laboratory will be launch- an der Internationalen Raumstation ed and become an integral part of montiert zu werden. Dies ist der Ab- the International Space Station, bring- schluss von jahrelanger Vorbereitung ing years of organization and hard und harter Arbeit. Mit einer geplanten work to fruition. With a projected life- Lebensspanne von zehn Jahren wird time of ten years, it will write history COLUMBUS Geschichte schreiben als as the first European space laborato- erstes europäisches Raumlabor für die ry dedicated to long-term research Langzeitforschung unter Weltraum- under space conditions. bedingungen. The German astronaut Hans Schlegel and Der deutsche Astronaut Hans Schlegel his French colleague Léopold Eyharts will und sein französischer Kollege Léopold be crew members on the COLUMBUS Eyharts sind Crew-Mitglieder auf der assembly and commissioning mission. Der europäische Verbindungsknoten 2 zum Mission COLUMBUS, die das Raumlabor They are scheduled to take off on space Andocken von COLUMBUS und KIBO an der ISS montieren und in Betrieb neh- shuttle Atlantis flight STS-122 from the The European Connecting Node 2 where COLUMBUS and KIBO will dock men wird. Gemeinsam mit fünf NASA- Kennedy Space Center in Florida as part Astronauten werden sie im Space Shuttle of a seven-man crew together with five Atlantis auf dem Flug STS-122 vom NASA colleagues. Kennedy Space Center in Florida starten. The COLUMBUS mission consists of differ- Die Mission COLUMBUS besteht aus ent parts. In the first part, the European unterschiedlichen Abschnitten. Zunächst laboratory will be attached to the ISS, wird das europäische Labor während des activated and commissioned during the elftägigen STS-122 Fluges an die Station eleven-day STS-122 mission. During angedockt, anschließend eingeschaltet another extra vehicular activity (EVA), und in Betrieb genommen. Bei einem astronauts will attach the European weiteren Außenbordeinsatz (EVA) werden external experiment package and do die Astronauten die externen Versuchs- other assembly and maintenance work. einrichtungen an COLUMBUS anbringen. During his stay in space, Hans Schlegel Schließlich erledigen sie weitere Aufbau- will also carry out experiments and PR und Wartungsarbeiten. Hans Schlegel activities. wird während seines Weltraumaufenthal- tes zudem wissenschaftliche Experimente After the undocking of the shuttle, the und PR-Aktivitäten durchführen. COLUMBUS mission will be continued by Léopold Eyharts, who will remain on the Die Mission COLUMBUS wird nach dem station for three months as an ISS expe- Abdocken des Space Shuttles von Léopold dition crew member. In addition to his Eyharts fortgeführt, der für drei Monate duties as second ISS flight engineer, he Mitglied der ISS-Expeditionscrew sein wird. will continue commissioning COLUMBUS, activate its internal experiment facilities and undertake European research, PR and educational activities.

60 Die Mission COLUMBUS > Die Mission im Überblick The COLUMBUS Mission > Mission overview

Neben seinen Aufgaben als zweiter ISS- Flugingenieur wird er die Inbetriebnahme des europäischen Weltraumlabors fort- führen, die internen Forschungsanlagen hochfahren sowie europäische Forschung, PR- und Bildungsaktivitäten betreiben.

Die Schwerpunkte der Mission COLUMBUS sind:

Installation des Weltraumlabors COLUMBUS Das COLUMBUS-Labor wird Astronauten eine komfortable Umgebung bieten, um wissenschaftliche Forschung aus verschiedenen Disziplinen betreiben zu können. Es wird am Knoten 2 („Harmony“) angebracht werden. Künstlerische Darstellung von COLUMBUS COLUMBUS wird in der Ladebucht des The major activities of the COLUMBUS in der Ladebucht des Space Shuttles während Space Shuttles transportiert werden. Am mission are as follows: des Fluges STS-122 vierten Flugtag wird es der deutsche Astro- Artist’s impression of the Space Shuttle docking with the European Columbus naut Hans Schlegel gemeinsam mit seinem Install the COLUMBUS laboratory laboratory on mission STS-122 amerikanischen Kollegen Rex Walheim an The COLUMBUS Laboratory will provide der ISS montieren. Einen Großteil dieses a comfortable environment for astro- ersten EVA werden die Astronauten damit nauts to carry out experiments from a verbringen, COLUMBUS noch in der Lade- variety of scientific disciplines. It will be bucht des Shuttles vorzubereiten und aus attached to the European-built Node 2 dieser zu hieven. Mithilfe des Roboterarms (Harmony). der Raumstation werden sie das Labor dann zu seiner permanenten Position an COLUMBUS will be transported to the Steuerbord (rechts) des Knotens 2 beför- station in the shuttle’s cargo bay. On the dern. fourth day of the flight, it will be installed during the first mission EVA by ESA Aktivierung und Inbetriebnahme astronaut Hans Schlegel together with von COLUMBUS his American colleague Rex Walheim. Nachdem COLUMBUS mit der Station ver- Much of the time of the first EVA will be bunden sein wird, werden Schlegel und spent getting COLUMBUS ready in the Eyharts sich mit einigen NASA-Kollegen shuttle’s cargo bay and heaving it out. um die Aktivierung und Inbetriebnahme The station’s robotic arm will then move des Labors kümmern. Zunächst werden the laboratory to its permanent location sie COLUMBUS mit den Stationssystemen on the starboard or right-hand side of für die Energieversorgung und den Wär- Node 2. mehaushalt verbinden. Wenn sie danach das druckbeaufschlagte Labor betreten Activate and commission COLUMBUS haben, werden sie die Anordnung der Once COLUMBUS is attached, Schlegel COLUMBUS-Einrichtung vom Start-Zustand and Eyharts as well as some of their in den Betriebs-Zustand umbauen. Hier- NASA colleagues will look after activa- bei werden sie unter anderem Halteklam- ting and commissioning the laboratory. mern beseitigen, Forschungseinrichtungen verlagern und diese über Kabel mit den relevanten COLUMBUS- und Stations- Systemen verbinden.

61 Die Inbetriebnahme des Labors ist eine To begin with, they will connect the äußerst komplexe Aufgabe, die nicht voll- laboratory to the station’s power supply ständig während der elftägigen Shuttle- and climate control systems. Having Mission erfüllt werden kann. Der ESA- entered the now-pressurized laboratory, Astronaut Eyharts, der im Anschluss für they will reconfigure the internal facilities drei Monate auf der ISS bleibt, wird die from launch to orbit status. This includes Inbetriebnahme von COLUMBUS gemein- removing launch brackets as well as relo- sam mit den zwei anderen Mitgliedern der cating experiment facilities and connect- Expeditionscrew 16 fortführen. In dieser ing them to the relevant COLUMBUS and Zeit werden sie alle Forschungseinrich- ISS systems by cables. tungen betriebsbereit schalten und an ersten Versuchen im europäischen Labor Commissioning the laboratory is a very arbeiten. Die wissenschaftlichen Einrich- complex task that cannot be carried out tungen in COLUMBUS sind das Biolab für entirely during the eleven-day shuttle biologische Experimente, das Fluid Science mission. ESA astronaut Eyharts, who will Laboratory für die Untersuchung von remain on the station for three months, Flüssigkeiten, das European Physiology will complete the commissioning of Künstlerische Darstellung von COLUMBUS Module für die Humanmedizin und das COLUMBUS together with the two other Artist’s impression of COLUMBUS European Drawer Rack, das kleinere members of the expedition 16 crew. Experimente unterschiedlicher Disziplinen During that time, they will activate all aufnehmen kann. experiment facilities and work on the first experiments in the European laboratory. Anbringung der äußeren Nutzlast The scientific facilities in COLUMBUS an COLUMBUS include Biolab for biological experiments, EuTEF und SOLAR sind die beiden europä- the Fluid Science Laboratory for fluid ischen Nutzlasten, die während des dritten studies, the European Physiology Module EVA an der Außenhülle von COLUMBUS for human physiology experiments and installiert werden sollen. Hierbei wird the European Drawer Rack for a range of Léopold Eyharts den Roboterarm der Sta- smaller experiments in various disciplines. tion lenken, der einen der EVA-Astronau- ten zwischen der Ladebucht des Space Attach external payloads to Shuttles, wo sich EuTEF und SOLAR zu- COLUMBUS nächst befinden, und der äußeren Nutz- Two European payloads, EuTEF and SOLAR, lasthalterung von COLUMBUS, wo die will be mounted on the outer hull of the Experimente angebracht werden sollen, COLUMBUS laboratory during the third befördert. Die beiden EVA-Astronauten EVA. Léopold Eyharts will be operating werden Rex Walheim und Stanley Love the station’s robotic arm, transporting one von der NASA sein. EuTEF beinhaltet ver- of the spacewalking astronauts between schiedene Experimente, unter anderem the shuttle’s cargo bay (where EuTEF and eine Vielzahl von biologischen Versuchen. SOLAR are stowed) and the COLUMBUS SOLAR wird für rund zwei Jahre die laboratory’s external payload rack (where Sonne eingehend untersuchen. they will be installed). The astronauts on EVA will be Rex Walheim and Stanley Austausch eines NASA-Astronauten Love. EuTEF incorporates a variety of fa- durch einen ESA-Astronauten als cilities for exobiology and other experi- Mitglied der Expeditionscrew ments. SOLAR will carry out an in-depth Nach dem deutschen Astronauten Thomas study of the Sun currently scheduled to Reiter 2006 wird Léopold Eyharts der zwei- last two years. te Europäer sein, der Mitglied der ISS- Exchange a NASA for an ESA astronaut on the ISS Expedition crew After the German astronaut Thomas Reiter in 2006, Léopold Eyharts will be

62 Die Mission COLUMBUS > Die Mission im Überblick The COLUMBUS Mission > Mission overview

Stammbesatzung wird. Neben dem Lenken the second European to become a mem- des Roboterarms und der Inbetriebnahme ber of an ISS permanent crew. In addi- von COLUMBUS wird er eine Reihe von tion to operating the robot arm and Aufgaben eines Langzeitastronauten an commissioning COLUMBUS, he will take Bord der ISS wahrnehmen, wie Führung some of the duties of an ISS permanent und Kontrolle der Raumstation, Überwa- crew member such as guiding and con- chung der Umweltkontrollen und des trolling the ISS, monitoring the environ- Lebenserhaltungssystems, Crew-Gesund- mental control and life support systems, heit und -Sicherheit oder EVAs. Eyharts looking after the health and safety of the wird für etwa drei Monate an Bord der ISS crew and doing EVAs. He will remain on bleiben und 2008 mit dem Space Shuttle the ISS for approximately three months, Flug STS-123 zurück zur Erde fliegen. An returning to Earth on the STS-123 flight Bord der Raumstation wird er den NASA- in 2008. On the ISS, Eyharts will replace Astronauten Dan Tani als zweiter Bordin- NASA astronaut Dan Tani as second genieur der Expeditionscrew 16 ersetzen. flight engineer on expedition 16.

Durchführung des europäischen Implement the European science Wissenschaftsprogramms program Während ihrer Missionen werden Hans During their mission, Hans Schlegel and Schlegel und Léopold Eyharts an einer Léopold Eyharts will carry out a number Reihe von Experimenten für die europäi- of experiments for the European scientific sche Wissenschaft arbeiten. Dies beinhal- community, including the first ever to be tet auch die ersten Versuche im europäi- performed in COLUMBUS. Further Euro- schen Raumlabor COLUMBUS. Weitere pean experiments will be carried out by europäische Experimente werden vom the Russian cosmonaut Yuri Malenchenko. russischen Kosmonauten Yuri Malenchenko These experiments cover a wide range of durchgeführt werden. Die Versuche erstre- subjects. Those requiring the weightless cken sich über eine große Bandbreite von environment inside the ISS will address Themen. Solche, welche die schwerelose human physiology, biology, fluid research Umgebung der Raumstation benötigen, and radiation exposure. Those that must kommen aus den Bereichen der Human- be exposed to space will be run in the physiologie, Biologie, Flüssigkeitsforschung new external payloads on COLUMBUS und Strahlungsbelastung. Solche, die un- to investigate problems from exobiology, mittelbar dem Weltraum ausgesetzt sein solar research and materials science or to müssen, finden in der neuen externen test monitoring and sensor technologies. Nutzlast von COLUMBUS statt und kommen etwa aus der Exobiologie, Sonnen- forschung, Materialwissenschaft oder testen Monitor- und Sensortechnologien.

Abbau eines Gyroskops Während ihres dritten Außenbordein- satzes (EVA) werden die Astronauten ein ausgefallenes Gyroskop, eine Art Kreisel, abbauen, das zeitweilig an einer externen Lagerplattform angebracht war. Es wird in der Ladebucht des Shuttles verstaut zurück zur Erde gebracht. Die Gyroskope sind notwendig, um die orbitale Lage der Station zu kontrollieren.

63 Kerndaten der Mission / Key Austauschen eines Stickstofftank- Remove a gyroscope Mission Data Komplexes During the third EVA or spacewalk, the Während des zweiten EVA werden der astronauts will detach a failed gyroscope – Europäischer Missionsname / deutsche Astronaut Hans Schlegel und a kind of spinning top – temporarily situ- European Mission Name: Columbus der NASA-Astronaut Rex Walheim einen ated on an external platform and stow it Shuttle Mission: STS-122 Stickstofftank-Komplex ersetzen, der in the shuttle’s cargo bay for return to ISS Assembly Flight: 1E sich am Gitter P1 befindet. Die alte Tank- Earth. Gyroscopes are used to control anlage wird in der Ladebucht des Shuttles the attitude of the space station in orbit. Primary Payload: Columbus untergebracht und zurück zur Erde trans- Secondary Payloads: EuTEF, SOLAR, portiert werden. Replace a nitrogen tank assembly Nitrogen Tank Assembly During the second EVA, German astro- Spacecraft: Shuttle Orbiter Atlantis Lieferung von Nachschub und naut Hans Schlegel and NASA astronaut Ausrüstung Rex Walheim will replace a nitrogen tank Shuttle-Besatzung / Shuttle Crew Neben der üblichen logistischen Versor- assembly on the P1 truss section. The Shuttle Commander: Stephen Frick, NASA gung für die Crew des Space Shuttles old nitrogen tank assembly will be stow- Shuttle Pilot: Alan Poindexter, NASA und der Raumstation wird die Mission ed in the shuttle’s cargo bay and returned COLUMBUS Ausrüstung zur ISS bringen, to earth. Mission Specialist: Hans Schlegel, ESA die etwa für die innere und äußere Aus- Mission Specialist: Rex Walheim, NASA stattung des europäischen Labors benötigt Delivery of Supplies and Equipment Mission Specialist: Stanley Love, NASA wird. Ebenso wird weiteres Material an- In addition to the usual logistical supplies Mission Specialist: Leland Melvin, NASA geliefert, das während der Außenbord- for the shuttle and ISS crews, the mission ISS Flight Engineer aktivitäten an der Station angebracht will bring components for the exterior (kommend / ascent): Léopold Eyharts, ESA wird. Zusätzlich zu den Anlagen für wis- and interior equipment of COLUMBUS senschaftliche Experimente wird als neuer as well as other equipment that will be ISS Flight Engineer Ausrüstungsgegenstand der Stations-Be- installed during EVAs. In addition to the (gehend / descent): Dan Tani, NASA satzung das sogenannte European Fly- facilities for scientific research one new wheel Exercise Device dabei sein. Dieses piece of equipment for the ISS crew will Start und Landeplatz / Launch and nach dem Prinzip des Widerstandes arbei- be the European flywheel exercise device. Landing Sites tende Trainingsgerät wird den Astronau- Working with friction, this exercise device Startplatz / Launch Site: Launch Pad ten gegen den Abbau von Muskelmasse will help astronauts to combat muscle and 39A, Kennedy Space Center, Florida, USA und Knochenstärke sowie die Schwächung bone atrophy as well as muscle function Primärer Landeplatz / Primary Landing der Muskelfunktion helfen. impairment. Site: Kennedy Space Center, Florida, USA Sekundäre Landeplätze / Secondary Anhebung der ISS Reboost the ISS Landing Sites: Edwards Air Force Base, Aufgrund der Reibungskraft der äußeren The drag of the outermost layers of the California, USA & White Sands Space Restatmosphäre verliert die Internationale atmosphere causes the International Harbor, New Mexico, USA Raumstation kontinuierlich leicht an Höhe, Space Station to lose height continually, Geplantes Startdatum / Scheduled weshalb ihre Flugbahn von Zeit zu Zeit so that it occasionally needs reboosting to Launch Date: 06/12/2007 angehoben werden muss. So es sein Treib- a higher altitude. On flight day 9, there- stoffvorrat erlaubt, wird der Shuttle am fore, the shuttle’s engines will be fired to Startfenster / Launch Window: neunten Flugtag hierfür seine Triebwerke raise the ISS to a higher altitude if its fuel 10 Minuten / 10 minutes zünden. Ansonsten übernimmt der russi- supplies permit. On other occasions, this Flughöhe (im Orbit) / Altitude sche Versorgungsfrachter Progress diese is done by the Russian Progress supply (In orbit): 226 Kilometer / 226 kilometers Aufgabe, wenn er an der Station ange- spacecrafts while they are docked on the ISS Flughöhe / ISS Altitude: ca. 400 dockt ist. Künftig wird auch das europäi- ISS. In the future this function will also Kilometer / approx. 400 kilometers sche Automated Transfer Vehicle (ATV) be carried out by the European Auto- Inklination / Inclination: 51.6° hierfür eingesetzt werden. Die sogenann- mated Transfer Vehicle (ATV). Reboosting Missionsdauer / Mission Duration: ten „Reboosting Operations“ werden stets operations are always planned so as not 11 Tage / 11 days so geplant, dass sie nicht mit laufenden to coincide with ongoing experiments as Experimenten zusammenfallen, da durch they disrupt the quality of weightlessness das Manöver die Qualität der Schwerelo- on the Station. sigkeit an Bord der ISS beeinträchtigt wird.

64 Die Mission COLUMBUS > Die Mission im Überblick The COLUMBUS Mission > Mission overview

Die Besatzung der The Crew of the Mission COLUMBUS COLUMBUS mission

Die ESA-Astronauten Hans Schlegel ESA astronauts Hans Schlegel and und Léopold Eyharts sind Teil der sie- Léopold Eyharts will form part of a benköpfigen Shuttle-Crew, gemein- seven-member shuttle crew along sam mit den NASA-Astronauten with NASA astronauts Stephen Frick Stephen Frick (Shuttle Commander), (shuttle commander), Alan Poindexter Alan Poindexter (Pilot) und den (pilot) and mission specialists Rex Missionsspezialisten Rex Walheim, Walheim, Stanley Love and Leland Stanley Love und Leland Melvin. An Melvin. On the ISS will be the Expe- Bord der ISS wird die Expeditions- dition 16 crew: ISS commander Peggy crew 16 sein: ISS-Commander Peggy Whitson (NASA) and ISS flight engi- Whitson (NASA) sowie die ISS- neers Yuri Malenchenko (Roskosmos) Flugingenieure Yuri Malenchenko and Daniel Tani (NASA), whom (Roskosmos) und Daniel Tani (NASA), Léopold Eyharts will be replacing. den Léopold Eyharts ersetzen wird. Die Besatzung der Mission COLUMBUS The Crew of the COLUMBUS mission Hans Schlegel Hans Schlegel Although he was born in Überlingen Schlegel wurde am 3. August 1951 in on August 3, 1951, Schlegel considers Überlingen geboren, betrachtet jedoch Aachen his home town. He is married to Aachen als seine Heimatstadt. Er ist ver- astronaut Heike Walpot, with seven chil- heiratet mit der Astronautin und Berufs- dren. His hobbies include skiing, scuba- pilotin Heike Schlegel-Walpot und hat diving, flying and reading as well as DIY sieben Kinder. Zu seinen Hobbys gehören around the home. Skifahren, Tauchen und Fliegen, Lesen und Heimwerken. Schlegel spent 1968/69 in the US as an American Field Service (AFS) exchange 1968/69 hielt sich Schlegel in den USA student and graduated from Lewis Central als Austauschschüler des American Field High School, Council Bluffs, Iowa. In 1970 Service an der High-School auf und mach- he graduated from the Hansa Gymnasium, te den Abschluss an der Lewis Central a Cologne high school emphasizing ma- High School, Council Bluffs, Iowa. 1970 thematics and science. In 1979 he received absolvierte er das Abitur am Mathema- a diploma in physics from the University tisch-Naturwissenschaftlichen Hansa- of Applied Sciences of Rhineland-West- Gymnasium in Köln,1979 das Diplom in phalia (RWTH) in Aachen. Physik an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen. Schlegel is a member of the Deutsche Physikalische Gesellschaft (German Phys- Schlegel ist Mitglied der Deutschen Phy- ical Society) and of the AFS inter-cultural sikalischen Gesellschaft (DPG) und des encounters section. As a special distinc- American Field Service, Interkulturelle tion, he was awarded the Service Cross Begegnungen e.V. (AFS). Als besondere First Class of the Order of Merit of the Auszeichnungen erhielt er das Verdienst- Federal Republic of Germany, the Russian kreuz 1. Klasse des Verdienstordens der Medal of Friendship and NASA’s Excep- Bundesrepublik Deutschland sowie den tional Achievement Medal. russischen Orden der Völkerfreundschaft und die „Exceptional Achievement Medal“ der NASA.

65 1970-72 war Hans Schlegel Fallschirmjäger From 1970-72, Schlegel served as a par- bei der Bundeswehr, die er als Leutnant atrooper with the armed forces. He left verließ. Nach einigen Wehrübungen folgte with the rank of lieutenant, and after 1980 seine Ernennung zum Oberleutnant several reserve trainings he was appoint- der Reserve. Von 1979 bis 1986 war er ed reserve lieutenant in 1980. From wissenschaftlicher Angestellter an der 1979-86 he worked as a scientific assist- RWTH Aachen in der Fachrichtung expe- ant at the University of Applied Science in rimentelle Festkörperphysik und mit dem Aachen, researching in experimental solid- Forschungsschwerpunkt elektronische body physics and studying the electronic Transporteigenschaften und optische Ei- transport and optical properties of semi- genschaften von Halbleitern. 1986-88 conductors. From 1986-88 he worked as arbeitete Schlegel als Verfahrensspezialist a specialist in non-destructive testing in für zerstörungsfreie Werkstoffprüfung in the research and development depart- der Abteilung für Forschung und Ent- ment of the company Institut Dr. Förster wicklung der Firma „Institut Dr. Friedrich GmbH & Co. KG in Reutlingen. Förster GmbH & Co. KG“ in Reutlingen. From 1988 to 1990, Schlegel was trained Zwischen 1988 und 1990 wurde Schlegel as a scientific astronaut, which included im DLR zum Wissenschaftsastronauten theoretical instruction as well as the prac- ausgebildet. Hierzu gehörten Theorie tical experience of weightlessness which sowie praktische Erfahrung der Schwere- he acquired on some 1,300 parabolas on losigkeit, die er während zahlreicher Ex- a KC-135. He became a certified research perimente auf etwa 1.300 Parabeln an diver and holds a private pilot’s license, Hans Schlegel Bord einer KC-135 gewann. Weiterhin ließ including instrument rating and aerobatics. er sich zum geprüften Forschungstaucher ausbilden und erwarb die Privatpiloten- In 1990, having been appointed payload lizenz einschließlich der Instrumenten- specialist for the D-2 Mission, he began und Kunstflugberechtigung. training for the mission’s scientific experiments in Cologne and at the Johnson 1990 wurde Schlegel zum Nutzlastspe- Space Center in Houston, Texas. This suc- zialisten für die D-2 Mission ernannt und cessful second German Spacelab mission begann die Ausbildung an den wissen- took place from April 26 to May 6, 1993 schaftlichen Experimenten in Köln und im on board the shuttle Columbia (STS-55). Johnson Space Center in Houston, Texas. Around 90 experiments were conducted Diese erfolgreiche, zweite deutsche during the D-2 mission to study prob- Spacelab-Mission fand vom 26. April bis lems related to the life sciences, materi- 6. Mai 1993 an Bord der Raumfähre als science, physics, robotics, astronomy Columbia (STS-55) statt. Während D-2 and the Earth’s atmosphere. wurden rund 90 Experimente auf den Gebieten Lebenswissenschaften, In August 1995 he was accepted by the Materialwissenschaften, Physik, Robotik Yuri A. Gagarin cosmonaut training center und Astronomie sowie Untersuchungen near Moscow to train for the German- zur Erdatmosphäre durchgeführt. Russian MIR’97 Mission as a backup. Du- ring the mission (February 10 to March 2, 1997) he was responsible for station-to- ground radio communications as crew interface coordinator (CIS). Between June 1997 and January 1998, he underwent additional training as second flight engineer on the Russian space station Mir.

66 Die Mission COLUMBUS > Die Mission im Überblick The COLUMBUS Mission > Mission overview

Im August 1995 wurde Schlegel in das In 1998 Schlegel joined ESA’s European Training als Ersatzmann für die deutsch- Astronaut Corps, whence he was second- russische Mission Mir’97 im Juri A. Gagarin- ed to the Johnson Space Center in Kosmonauten-Ausbildungszentrum bei Houston to be trained as a mission spe- Moskau aufgenommen. Während dieser cialist together with the astronaut class vom 10. Februar bis 2. März 1997 dau- of 1998. The course covered flying on T-38 ernden Mission war er als Crew Interface jets, shuttle rendezvous and docking Coordinator (CIC) für den Bord-Boden- maneuvers, robotics and extra-vehicular Funkkontakt verantwortlich. Von Juni 1997 activities (EVAs). In addition to their train- bis Februar 1998 folgte eine Zusatzaus- ing, astronauts usually perform a variety bildung zum 2. Bordingenieur für die of other duties for NASA. For Schlegel, russische Raumstation Mir. these included working in the departments for ISS mechanisms and structures, crew 1998 wurde Schlegel in das Europäische equipment and ISS systems. In addition, Astronautenkorps der ESA aufgenommen he worked in the robotics department und zum Johnson Space Center in Houston and as CAPCOM, the person who han- abgeordnet, um sich als Missionsspezia- dles communications with the ISS crew. list mit dem NASA-Astronautenjahrgang Ultimately, NASA appointed him CAPCOM 1998 ausbilden zu lassen. Hierzu zählen for the Expedition 10 crew on the ISS. das Training in T-38-Jets, das Shuttle Rendezvous und Docking, Robotik und Since May 2005 Schlegel has been ESA’s Außenbordeinsätze (EVA). Zusätzlich zu leading astronaut at the Johnson Space ihrer Ausbildung nehmen die Astronauten Center. Since September 2005, he has verschiedene Aufgaben bei der NASA been serving as shuttle CAPCOM and as wahr. Schlegel hat in der ISS-Abteilung trainer for shuttle CAPCOMs. Concurrently, für Mechanismen und Strukturen, Mann- he has been leading a team of 12 working schaftsausrüstung und ISS-Systeme gear- on ISS systems and man-machine inter- beitet. Weiterhin hat er in der Robotik- faces. Abteilung sowie als CAPCOM, der für die Kommunikation mit der ISS-Bordmann- In July 2006, Hans Schlegel was assigned schaft zuständig ist, gearbeitet. In dieser to the STS-122 shuttle mission that will Funktion hat ihn die NASA zum leiten- deliver the European Columbus laborato- den ISS-CAPCOM für die ISS Expeditions- ry to the International Space Station in crew 10 bestellt. December 2007. Since October 2006, Schlegel has been undergoing mission- Seit Mai 2005 ist Schlegel leitender ESA- specific training, concentrating on the Astronaut im Johnson Space Center. Seit EVA required to attach COLUMBUS to September 2005 arbeitete er als Shuttle the ISS as well as on commissioning the CAPCOM, als Ausbilder für ISS-CAPCOMs laboratory. und leitete ein Team von 12 Mitgliedern auf dem Gebiet ISS-Systeme und Mensch- Maschine-Schnittstellen.

Im Juli 2006 wurde Schlegel für die STS-122 Shuttlemission benannt, die im Dezember 2007 das europäische COLUMBUS-Labor zur Internationalen Raumstation bringen wird. Seit Oktober 2006 absolvierte Schlegel ein missions- spezifisches Training, insbesondere für den EVA Einsatz, um COLUMBUS an die ISS zu montieren, und für die darauf folgende Inbetriebnahme.

67 Aktuelle deutsche Forschung auf der ISS Current German Research Projects on the ISS

Zusätzlich zu den vielen anderen In addition to the multifarious duties Aufgaben der Astronauten auf der of an astronaut on the COLUMBUS COLUMBUS-Mission werden Hans mission, Hans Schlegel and Léopold Schlegel und Léopold Eyharts auch Eyharts will be conducting biomedical biomedizinische Experimente für experiments for European scientists. europäische Wissenschaftler durch- Four out of five projects are continu- führen. Bei vier der fünf Projekte ations of ongoing experiments whose handelt es sich um die Fortsetzung results are to be validated statistically von laufenden Experimenten, deren in further experiments. In a fifth ex- Ergebnisse jetzt mit weiteren Messun- periment, which relates to orientation gen statistisch abgesichert werden in space, the astronauts of the STS-122 sollen. Für ein fünftes Experiment mission will be the first test subjects. zur Raumorientierung stellen die As- tronauten der STS-122-Mission die Understanding how the human vestibu- ersten Probanden dar. lar system adapts to changes in gravity and tracking the causes of space or trav- Die Anpassung des menschlichen Gleich- el sickness as well as of the backaches gewichtssystems an wechselnde Schwer- suffered by astronauts are among the kraftbedingungen zu verstehen, den objectives of research. Another two ex- Ursachen der Raum- oder Reisekrankheit periments address the selective destruc- sowie der Rückenschmerzen der Astro- tion of young red blood cells, a process nauten auf die Spur zu kommen, sind called neocytolysis, and the effects of a einige der Forschungsziele. Zwei weitere stay in space on the astronauts’ chromo- Experimente befassen sich mit dem Pro- somes (“Chromosomes-2“). Selected in blem der selektiven Zerstörung von jungen an international competition, these experi- roten Blutkörperchen, der sogenannten ments were developed by groups of re- Neocytolyse, und den Auswirkungen des searchers from France, Italy, the Nether- Weltraumaufenthalts auf die Chromoso- lands and Germany. men der Astronauten („chromosomes-2“). Die Experimente wurden im internationa- In the following the projects of the len Wettbewerb ausgewählt und stam- German research teams, that will be men von Forschergruppen aus Deutsch- conducted in 2007 and the first half land, Frankreich, Italien und den of 2008, are described in more detail. Niederlanden.

Im Folgenden sind die Projekte deutscher Wissenschaftler näher beschrieben, die für 2007 und die erste Jahreshälfte 2008 vorgesehen sind.

68 Die Mission COLUMBUS > Aktuelle deutsche Forschung auf der ISS The COLUMBUS Mission > Current German Research Projects on the ISS

Lebenswissen- Life Sciences – schaften – Radiation Biology Strahlenbiologie Radiation Exposure of Astronauts – CHROMOSOME-2 Strahlenbelastung von Astronauten – CHROMOSOME-2 Coordinator: C. Johannes, Essen University Koordinator: C. Johannes, Universität Essen Chromosomes-2 continues an experiment Lymphozyten-Chromosomen eines conducted by scientists from Essen Kosmonauten Chromosomes-2 ist die Fortsetzung eines University between November 2002 and Chromosomes of a Lymphocyte from Experiments von Wissenschaftlern der July 2006. a Cosmonaut Universität Essen, das bereits von Novem- ber 2002 bis Juli 2006 auf der ISS durch- For a long time, we have known that geführt wurde. radiation exposure during prolonged stays in space may increase the mutation Seit langem ist bekannt, dass Langzeit- rate of human chromosomes. Ultimately, aufenthalte des Menschen im Weltraum this points at an enhanced risk of cancer. aufgrund der Strahlung zu erhöhten The Chromosomes experiment was de- Mutationsraten von Chromosomen führen signed to provide more precise informa- können. Dies ist letztendlich ein Hinweis tion about the mutagenicity of radiation für erhöhtes Krebsrisiko. Ziel des Expe- exposure in astronauts. New cytogenetic riments „Chromosomes“ war es, mit methods were used to identify changes Hilfe neuer cytogenetischer Methoden in the chromosomes of peripheral lym- genauere Erkenntnisse über die mutagene phocytes in the astronauts’ blood. Today, Strahlenbelastung von Astronauten zu the same method is used to measure the gewinnen. Hierzu werden die Chromo- mutagenic impact of environmental con- somen von peripheren Lymphocyten im taminants on humans. In preliminary Blut der Astronauten auf Veränderungen tests, the scientists succeeded in establish- untersucht. Diese Methode wird inzwi- ing that the mutation rate increases in schen auch zur Erfassung der mutagenen parallel with the radiation dose and the Belastung durch Umweltgifte beim Men- length of the stay. In a manner of speak- schen angewendet. In Vorversuchen ing, this makes chromosome changes a konnten die Wissenschaftler nachweisen, kind of “biological radiation dosimeter“. dass die Mutationsrate mit der Aufent- haltsdauer und der Strahlendosis steigt. Damit können Chromosomenverände- rungen gewissermaßen als „biologischer Strahlungsmesser“ herangezogen werden.

Im Weltraum wurden die Untersuchungen sowohl an Astronauten und Kosmonau- ten der ISS Langzeitcrews als auch zum Vergleich an solchen durchgeführt, die sich während Shuttlemissionen oder bei den sogenannten Taxiflügen mit Soyuz zur ISS nur für wenige Tage (bis zwei Wochen) im Weltraum aufgehalten hatten.

69 Die bisherigen Ergebnisse von ISS Astro- In space, studies involved astronauts and nauten und Kosmonauten zeigen eine cosmonauts of ISS long-term crews as deutliche Erhöhung der Mutationsrate well as a control group of others who had für die Langzeitbesatzung, während für stayed for no more than a few days (up die Kurzzeitcrews keine Veränderungen to two weeks) in space on shuttle mis- festgestellt wurden. sions or Soyuz taxi flights. The results obtained so far from ISS astronauts and Zum Glück besitzen die Zellen jedoch cosmonauts show marked increases in einen wirksamen Reparaturmechanismus, the mutation rates of the long-term crews so dass bei Kontrolluntersuchungen weni- whereas no such changes were found in ge Monate nach Ende der Langzeitmis- the short-term crews. sionen keine Veränderungen an Chromo- somen mehr festgestellt werden konnten. Luckily, however, cells have their own re- So zeigen die Ergebnisse insgesamt, dass pair mechanism that is effective enough das Strahlenfeld des erdnahen Weltraums so that no chromosome changes were zwar eine gewisse Belastung für die As- found in follow-up examinations a few tronauten darstellt. Aufgrund der schon months after the end of the long-term eingesetzten Strahlenschutzmaßnahmen missions. All in all, results showed that und der effektiven biologischen Repara- the radiation field in near-Earth orbit turmechanismen führen die Missionen does expose astronauts to a certain strain jedoch nicht zu einer unverantwortbaren which, however, does not constitute an Gefährdung der Gesundheit. Vor allem indefensible health threat as it is offset die starke Wirkung der sogenannten by the effectiveness of the biological re- schweren Ionen in der Weltraumstrah- pair mechanisms and the radiation pro- lung verlangt aber eine Verbesserung tection measures that are already in place. der Abschirmung besonders für künftige However, it is particularly the powerful Langzeit-Missionen zu Mond und Mars. effect of the so-called heavy ions in cosmic radiation that calls for better shield- Die Untersuchungen werden seit April ing to protect future long-term missions 2006 mit weiter verfeinerten Analyseme- to the Moon and to Mars. thoden unter dem Experimenttitel „Chro- mosomes-2“ fortgeführt. Nach Thomas In the experiment entitled Chromosomes-2 Reiter dienen nun die Astronauten der the studies have continued since April Mission COLUMBUS dazu, die statistische 2006, using refined analytical methods. Aussagekraft der Daten weiter abzusichern. After Thomas Reiter, the astronauts on the COLUMBUS mission will now be providing further statistical validation for the data.

70 Die Mission COLUMBUS > Aktuelle deutsche Forschung auf der ISS The COLUMBUS Mission > Current German Research Projects on the ISS

Ein Phantom auf der ISS – A Phantom on the ISS – MATROSHKA: MATROSHKA: Messung der Welt- Measuring Cosmic Radiation and its raumstrahlung und ihrer Wirkung Effects

Koordinator: Coordinator: G. Reitz, DLR Köln G. Reitz, DLR Cologne

Von Februar 2004 bis August 2005 From February 2004 to August 2005, a befand sich ein Phantom an der Außen- phantom was attached to the outer wall wand der Internationalen Raumstation of the International Space Station ISS. ISS. Jetzt leistet es der Besatzung in der Now, it is inside to keep the crew com- Station Gesellschaft. Hierbei handelt pany. However, we are not looking at a es sich jedoch nicht um eine besondere peculiar kind of space ghost but at a Art von Weltraum-Spuk, sondern um serious experiment called Matroshka, ein ernsthaftes Experiment namens which measures radiation exposure both Matroshka zur Messung der Strahlen- inside and outside the ISS. The “phan- belastung innerhalb und außerhalb der tom“ really is a special dummy that was ISS. In Wirklichkeit ist das „Phantom“ developed and built by the DLR Institute eine Spezialpuppe, entwickelt und of Aerospace Medicine. gebaut vom DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin. Consisting of a head and upper torso, the “phantom dummy” itself resembles a Die „Phantompuppe“ selbst – mit Kopf human body. Inside, it is equipped with und Oberkörper – ähnelt einem mensch- more than 800 active and passive radia- ISS-Außenbordeinsatz am 18./19. August 2005: lichen Torso. Innerhalb der Puppe befin- tion detectors widely distributed also at Matroshka (rechts) wird „abmontiert“ den sich an über 800 Positionen, unter the locations of various simulated human EVA on the ISS on August 18/19, 2005: anderem auch in verschiedenen simulier- organs. The valuable data already deliver- “Dismantling” Matroshka (right) ten menschlichen Organen, aktive und ed by these sensors are now being evalu- passive Strahlungsdetektoren. Diese ated by participating scientists. To simu- Sensoren haben bereits wertvolle Daten late the protective effect of a space suit, geliefert, die jetzt von den beteiligten the dummy was encased in a carbon-fibre Wissenschaftlern ausgewertet werden. container during its stay outside the ISS. Um die Schutzwirkung des Raumanzugs zu simulieren, umgab die Puppe wäh- Equipped with advanced sensors, rend ihres Aufenthalts außerhalb der ISS Matroshka is currently busy measuring ein Behälter aus Kohlefaser. radiation exposure inside the ISS. Further so-called active dosimeters have been Mit weiterentwickelten Sensoren aus- installed in October 2006 during the gestattet, misst Matroshka derzeit die ASTROLAB mission. 2008 Matroshka will Strahlenbelastung im Innern der ISS, be re-installed outside the ISS during an weitere sogenannte aktive Dosimeter EVA to resume its measurements. wurden während der ASTROLAB-Mission im Oktober 2006 ergänzt. 2008 soll Matroshka nach einem Außenbord- einsatz (EVA) die Messungen außerhalb der ISS wieder aufnehmen.

71 Durch die Messung der Strahlendosis, By measuring the radiation doses to which die auf die Astronauten inner- und astronauts are exposed inside and outside außerhalb der ISS einwirkt, lassen sich the ISS, the risks of cosmic radiation for die Risiken kosmischer Strahlung für den the human body can be assessed. The menschlichen Körper einschätzen. Die results of this experiment may contribute Erkenntnisse aus diesem Experiment towards the development of countermeas- könnten dazu beitragen, Gegenmaß- ures that afford adequate protection from nahmen zu entwickeln, die einen geeig- cosmic radiation. neten Schutz gegen die kosmische Strahlung darstellen. Experiments on the origin of life with Expose-EuTEF and Expose-R Experimente zur Entstehung des (2008) Lebens mit Expose-EuTEF und Expose-R (2008) For radiation and astrobiologists, the commissioning of the Expose-EuTEF Für die Strahlen- und Astrobiologen bricht (Eurpean Technology Exposure Facility) mit dem Start der Anlagen Expose-EuTEF and the Russian Expose-R facilities that (European Technology Exposure Facility) will be installed on the outer hull of und der russischen Expose-R, die an der COLUMBUS and the russian lab, respec- Außenhülle von COLUMBUS beziehungs- tively, marks the opening of a new chap- weise des russischen Labors installiert ter in their search for the origin and werden, ein neues Kapitel auf der Suche spread of life. While Expose-EuTEF will nach der Entstehung und Ausbreitung des arrive at the space station together with Lebens an. Während Expose-EuTEF mit COLUMBUS, Expose-R will be launched COLUMBUS zur Raumstation gebracht in the early summer of 2008 on a Russian wird, erfolgt der Start von Expose-R im Progress carrier. In both facilities, various Frühsommer 2008 mit einem russischen organisms will be exposed to the extreme Progress-Transporter. In beiden Anlagen ambient conditions of space to investig- werden verschiedene Organismen den ate their ability to survive. Concurrently, extremen Umgebungsbedingungen des the intensity and composition of space Weltraums ausgesetzt und ihre Überle- radiation will be measured. Six out of a bensfähigkeit untersucht; gleichzeitig total of 18 experiments will be coordinat- wird die Stärke und Zusammensetzung ed by German research institutions, the der Weltraumstrahlung gemessen. Sechs DLR Institute of Aerospace Medicine in der insgesamt 18 Experimente laufen Cologne first among them. unter der Federführung deutscher Forschungseinrichtungen, vor allem des Instituts für Luft- und Raumfahrtmedizin Expose-EuTEF experiments des DLR in Köln-Porz. (from the spring of 2008)

DOSIS – radiation dosimetry in Expose-EuTEF

Coordinator: Günther Reitz, DLR Cologne

This experiment is about measuring cosmic radiation doses during the Expose- EuTEF mission. A variety of detectors will be employed to establish the dose and

72 Die Mission COLUMBUS > Aktuelle deutsche Forschung auf der ISS The COLUMBUS Mission > Current German Research Projects on the ISS

Expose-EuTEF-Experimente (ab Frühjahr 2008)

DOSIS: Strahlen-Dosimetrie in Expose-EuTEF

Koordinator: Günther Reitz, DLR Köln

In diesem Experiment geht es um die dosimetrische Erfassung der Weltraum- strahlung während der Expose-EuTEF- Mission. Hierzu werden von verschiedenen Detektoren die Dosis und die spektrale Expose-EuTEF: Behälter für die Proben Zusammensetzung der Strahlung gemes- Expose-EuTEF: Sample Containers sen und in einer speziellen Datenbank spectral composition of the radiation, zusammengefasst. Später werden die which will then be stored in a dedicated Daten den anderen Experimentatoren als database. Later on, these data will be Hintergundinformation zur Verfügung made available to other experimenters gestellt. as background information.

R3D-E-II – Messung von UV- und R3D-E-II – measurement of UV and ionisierender Strahlung ionizing radiation

Koordinator: Coordinator: D. Häder, Univ. Erlangen D. Häder, Erlangen University

In Ergänzung zum DOSIS-Experiment Complementing the DOSIS experiment, werden mit R3D-E-II andere Strahlungs- R3D-E-II will measure other radiation bereiche gemessen. Hier geht es zum bandwidths. The first of these is the so- einen um die sogenannte PAR (photosyn- called PAR (Photosynthetic Active Radia- thetic active radiation) – also die Strah- tion) with a wavelength ranging between lung im Wellenlängenbereich von etwa c. 400 and 700 nanometers which organ- 400 bis 700 Nanometern, die von Orga- isms use for photosynthesis. Other mea- nismen zur Photosynthese genutzt werden surements address the various fractions kann. Zum anderen werden die verschie- of UV radiation – UV-A, UV-B and UV-C – denen Anteile der UV-Strahlung – UV-A, as well as ionizing cosmic radiation. Expose-EuTEF: Flugmodell UV-B und UV-C – sowie die kosmische Once again, these data will be supplied Expose-EuTEF: Flight Model ionisierende Strahlung erfasst. Auch diese to other experimenters to support their Daten dienen den anderen Experimenta- own investigations. toren als begleitende Information zu ihren eigenen Experimenten.

73 ADAPT – Adaptationsstrategien von ADAPT – adaptation strategies Mikroorganismen of microorganisms

Koordinatorin: Coordinator: Petra Rettberg, DLR Köln Petra Rettberg, DLR Cologne

In diesem Experiment wird die Fähigkeit This experiment investigates the ability of von Organismen überprüft, sich auf ver- organisms to adapt to different radiation schiedene Strahlungsbedingungen einzu- conditions such as those that exist in a stellen, wie sie etwa im erdnahen Orbit near-Earth orbit or on Mars. The experi- oder auch auf dem Mars vorhanden sind. ment hinges on the assumption that or- Im Mittelpunkt steht die Vermutung, dass ganisms which are exposed to powerful sich Organismen, die für lange Zeit einer UV radiation for prolonged periods adapt starken UV-Strahlung ausgesetzt sind, an to these conditions, reducing radiation- diese Bedingungen anpassen, also eine related damage to their genetic material Im Inneren von COLUMBUS höhere UV-Resistenz entwickeln und da- by developing greater UV resistance. Inside View of COLUMBUS durch weniger strahlenbedingte Schäden in ihrem genetischen Material erfahren. PROTECT – resistance of spores to extraterrestrial conditions PROTECT – Widerstandsfähigkeit von Sporen gegenüber extraterrestrischen Coordinator: Bedingungen Gerda Horneck, DLR Cologne

Koordinatorin: PROTECT addresses the resistance of cer- Gerda Horneck, DLR Köln tain spores to extreme extraterrestrial conditions. Specifically, the project is de- Bei PROTECT geht es um die Widerstands- signed to determine the proportion of fähigkeit bestimmter Sporen gegenüber surviving spores and the type of damage den extremen extraterrestrischen Bedin- suffered by the cells without causing gungen. Im Detail soll untersucht werden, death. Lastly, it aims to establish what wie hoch der Anteil der überlebenden mechanisms help spores to survive and/or Sporen ist und welche Zellschäden auf- repair the damage caused by radiation. treten, aber nicht zum Tod führen. Schließ- lich sollen die Mechanismen aufgeklärt werden, die den Sporen zum Überleben Expose-R experiments verhelfen beziehungsweise zur Reparatur (from mid-2008) der Strahlenschäden führen. R3D-E – measuring UV and ionizing radiation

Coordinator: D. Häder, Erlangen University

Like R3D-E-II, this experiment serves to measure ionizing cosmic rays as well as radiation with a wavelength of between approx. 250 and 700 nanometers. This basic information will then be made available to other experimenters to evaluate their own results.

74 Die Mission COLUMBUS > Aktuelle deutsche Forschung auf der ISS The COLUMBUS Mission > Current German Research Projects on the ISS

Expose-R-Experimente SPORES – spores in artificial (ab Mitte 2008) meteorites

R3D-E – Messung von UV- und Coordinator: ionisierender Strahlung Gerda Horneck, DLR Cologne

Koordinator: Complementing PROTECT and ADAPT in D. Häder, Univ. Erlangen Expose-EuTEF, this experiment also addresses the survival of organisms in space. Entsprechend R3D-E-II wird auch bei Scientists intend to use it to sound out the diesem Experiment die ionisierende Strah- chances and limitations of a hypothesis lung sowie der Wellenlängenbereich von which says that life may have spread etwa 250 bis 700 Nanometern gemessen. through space from one heavenly body Diese Basisinformationen werden dann to another, so that it did not necessarily originate on Earth (Panspermia hypothesis). SEM-Bild (Scanning Electron Microscopy) von den anderen Experimentatoren zur Aus- Bacillus subtilis Sporen wertung ihrer Experimente zur Verfügung For the experiment, spores of the bac- SEM picture (Scanning Electron Microscopy) gestellt. terium Bacillus subtilis, conidiospores of of spores of Bacillus subtilis the fungus Trichoderma and spores of SPORES – Sporen in künstlichen three different species of fern will be mix- Meteoriten ed or covered with meteorite material and exposed to the extreme conditions Koordinatorin: prevailing in space, after which survival Gerda Horneck, DLR Köln rates will be determined.

In Ergänzung zu PROTECT und ADAPT auf Expose-EuTEF hat auch dieses Experi- ment das Überleben von Organismen im Weltraum zum Thema. Die Wissenschaft- ler wollen damit die Chancen und Gren- zen der Hypothese ausloten, dass Leben im Weltraum von einem Himmelskörper zum anderen gelangt sein könnte, damit auch nicht notwendigerweise auf der Erde entstanden ist (Panspermie-Hypothese). Hierzu werden Sporen von Bacillus subtilis, einem Bakterium, Pilzkonidien von Tricho- derma sowie Sporen von drei verschiedenen Farnarten mit Meteoritenmaterial gemischt oder überdeckt, dann den extremen Weltraumbedingungen ausgesetzt und anschließend die Überlebensrate bestimmt. Lebenswissen- Life Sciences – G schaften – Human Physiology

L L Humanphysiologie Hormonal and immunological Changes in Astronauts during and Hormonelle und immunologische after Space Flights – IMMUNO G Veränderungen bei Astronauten während und nach Weltraumflügen – Coordinator: IMMUNO A. Chouker, Ludwig Maximilians University, Munich Koordinator: A. Chouker, Ludwig-Maximilians- The IMMUNO experiment opens up a Universität, München new chapter in Germany’s space life sciences research. While it has been Mit dem Experiment IMMUNO wird ein known for a long time that the immune neues Kapitel deutscher biowissenschaft- system of astronauts is impaired by their licher Weltraumforschung aufgeschlagen. stay in space, the precise causes and Zwar ist seit langem bekannt, dass das mechanisms of this impairment remain Immunsystem von Astronauten durch den largely unknown. German scientists now Weltraumaufenthalt beeinträchtigt wird, plan to remedy this situation. Towards die genauen Ursachen und Mechanismen this end, the DLR Space Agency has sind jedoch weitgehend unbekannt. Dem made immune research one of the focal Blutausstriche mit weißen Blutzellen des Immunsystems: Granulozyten (G) und wollen jetzt deutsche Wissenschaftler ab- points of its life sciences programme. Lymphozyten (L) helfen. Die DLR Raumfahrt-Agentur hat Blood Smears showing white Blood Cells of dazu in ihrem biowissenschaftlichen Pro- The deterioration of the immune system the Immuno System: Granulocytes (G) and gramm einen Schwerpunkt zur Immun- in astronauts is probably caused by a Lymphocytes (L) forschung eingerichtet, zu dem auch das wide variety of stress factors, such as iso- Experiment IMMUNO gehört. lation, heavy workload, and a disturbed sleep pattern. Further contributions may Vielfältige Stressfaktoren, wie Isolation, come from the special conditions in Arbeitsbelastung und Störungen des space, such as weightlessness and radia- Schlafrhythmus gehören wahrscheinlich tion exposure. People who are seriously zu den Auslösern der Schwächung des ill on Earth struggle against similar prob- Immunsystems bei Astronauten. Aber auch lems with their immune system, trigger- die besonderen Bedingungen des Welt- ed in part by the same stress factors. In raums wie Schwerelosigkeit und Strahlung both cases, the immune system should tragen möglicherweise zu dieser Beein- be powerful enough to defend the body trächtigung bei. Mit vergleichbaren Pro- against biological and chemical pathogens blemen des Immunsystems, ausgelöst but should not be overloaded either. teilweise durch dieselben Stressfaktoren, haben Schwerkranke auf der Erde zu Scientists from the LMU in Munich are kämpfen. In beiden Fällen sollte einerseits currently conducting comprehensive bio- eine ausreichende Abwehrkraft zum Schutz chemical analyses supplemented by psy- vor Krankheitskeimen vorhanden sein, chological tests to investigate immune- andererseits darf das Immunsystem auch system changes in ISS long-term crews. nicht überbeansprucht werden. From comparing these data to studies of patients who are isolated or confined to bed, they expect insights into the role of the various factors that weaken the immune system as well as into the mechanism of immune defence. Such

76 Die Mission COLUMBUS > Aktuelle deutsche Forschung auf der ISS The COLUMBUS Mission > Current German Research Projects on the ISS

Mit umfangreichen biochemischen Analy- knowledge constitutes the foundation sen, ergänzt durch psychologische Tests, for the development of new preventive untersuchen Wissenschaftler der LMU or therapeutic methods, which may then München die Veränderungen des Immun- be equally used on astronauts and on systems der ISS-Langzeit-Crews. Aus critically ill patients in intensive care. Vergleichen mit Isolations- und Bettruhe- studien erwarten sie Aufschlüsse über Human Orientation in Space during die Rolle der einzelnen Faktoren, die das prolonged Periods of Weightlessness; Immunsystem schwächen, sowie über den ETD Mechanismus der Immunabwehr. Diese Kenntnisse sind die Voraussetzung für die Coordinator: Entwicklung neuer vorbeugender oder A. Clarke, Charité Berlin therapeutischer Maßnahmen für den Einsatz gleichermaßen beim Astronauten The problems arising from motion sick- wie beim Schwerkranken in der Intensiv- ness, also known as kinetosis, comprise a medizin. number of symptoms such as pallor, out- breaks of cold sweat, nausea, and vomit- Orientierung des Menschen im Raum ing. Frequently, a feeling of lethargy and während längerer Schwerelosigkeit – lassitude appears as well. As these prob- Der ESA-Astronaut Thomas Reiter trainiert ETD lems often occur during shipboard jour- mit dem ETD neys, they are generally designated as ESA Astronaut Thomas Reiter during Koordinator: seasickness or travel sickness. In astro- Training with ETD A. Clarke, Charité Berlin nauts, who often show the same symptoms because of changes in gravity, the Die Probleme der Bewegungskrankheit, condition is called motion sickness. auch Kinetose genannt, bestehen aus einer Reihe von Symptomen, wie etwa It is generally accepted today that kinet- Hautblässe, kalter Schweißausbruch, osis is caused by a sensory conflict that Übelkeit und Erbrechen. Zusätzlich stellt is due mainly to two different body sys- sich oft ein Gefühl von Lethargie und tems “competing” with each other. The Müdigkeit ein. Diese Phänomene treten first is the sense of balance (the vestibu- häufig bei Schiffsreisen auf und werden lar system in the inner ear) which con- daher auch als See- oder Reisekrankheit stantly monitors the attitude of the head bezeichnet. Bei Astronauten, bei denen relative to the force of gravity, while the gleiche Symptome aufgrund von verän- other is the visual or optical system. derten Schwerkraftbedingungen auftreten können, spricht man von Raumkrankheit. If we are provided with contradictory information by these two systems, a sen- Die heutzutage allgemein anerkannte sory conflict may result. Under micrograv- Ursache für die Kinetose ist ein sensori- ity conditions, for instance, our visual scher Konflikt, bei dem vorwiegend zwei system may supply us with the usual verschiedene Systeme des Körpers „kon- information, while the vestibular system kurrieren”. Da ist einerseits der Gleichge- is no longer stimulated by our habitual wichtssinn (vestibuläres System im Innen- orientation towards the force of gravity. ohr), der zu jeder Zeit die Orientierung des Kopfes zur Schwerkraft erfasst, und andererseits das visuelle, optische System.

77 Liefern uns die beiden Systeme wider- The problem of how to treat or prevent sprüchliche Informationen, kann es zu kinetosis adequately remains unsolved to einem sensorischen Konflikt kommen. this very day. While certain symptoms So übermittelt das visuelle System bei- may be partially suppressed by medica- spielsweise in der Schwerelosigkeit die tion, this does not solve the problem üblichen Informationen, während das itself. Gleichgewichtsorgan keine Reizung über unsere gewohnte Ausrichtung zur Schwer- To study the vestibular system, the eye kraft erfährt. movements of the astronauts on the ISS are tracked by a 3-D ETD (eye tracking Eine angemessene Behandlung bezie- device) specifically developed for use on hungsweise Vermeidung der Kinetose ist the space station. This helps researchers ein noch immer ungelöstes Problem. Zwar improve their understanding of the pro- ist es möglich, gewisse Symptome durch cesses that may lead to kinetosis, a sine Medikamente teilweise zu unterdrücken, qua non for finding better methods for eine Lösung stellt dies jedoch nicht dar. diagnosing and treating balance disorders and motor disturbances both in space Zur Untersuchung des Gleichgewichtssys- and in clinical practice. tems werden auf der ISS Messungen der Augenbewegungen mit dem für die ISS Meanwhile, two spin-off companies have neu entwickelten 3D ETD (Eye Tracking been founded in Berlin which successful- Device) vorgenommen. Die Forscher lernen ly market the eye tracking device in a hierdurch die Vorgänge, die zu einer Kine- variety of commercial configurations. tose führen können, genauer zu verstehen. Applications differ widely, ranging from Dieses Verständnis ist die Voraussetzung, detecting tiredness in truck and bus driv- um bessere Diagnose- und Therapie- ers to checking the progress of ablative möglichkeiten von Gleichgewichts- und laser surgery on the cornea in the treat- Bewegungsstörungen sowohl für den ment of myopia, the diagnosis of a mul- Weltraum als auch für den klinischen All- titude of neurological diseases including tag entwickeln zu können. dizziness, and tracking the eye and head movements of test subjects in advertising Inzwischen wird das Eye Tracking Device impact research. in verschiedenen kommerziellen Ausge- staltungen von zwei Firmenausgründun- Puls/Pneumocard – analysis of the gen in Berlin erfolgreich vermarktet. Die cardiovascular and autonomic ner- Anwendungen sind höchst unterschied- vous system lich. Sie reichen von der Feststellung der (Puls: November 2002-January 2007; Müdigkeit von LKW- und Busfahrern Pneumocard: since March 2007) über die Verlaufskontrolle bei der Laser- Hornhautabtragung zur Behandlung von Coordinators: Kurzsichtigkeit bis zur Diagnose einer J. Tank, Charité Berlin; V. Bayevsky, Vielzahl von neurologischen Erkrankun- IBMP Moscow gen, etwa auch von Schwindel. Auch zur Verfolgung der Kopf- und Augenbewe- This experiment addresses the effects of gung von Probanden bei der Werbewir- short and long-term space flights on the kungsforschung wird das ETD erfolgreich cardiovascular and metabolic systems. eingesetzt. The physiological changes caused by the absence of gravity on space flights are massive. Thus, part of the blood volume moves to the upper half of the body. In parallel, changes occur in the regulation of the nervous system that is called autonomic because it is beyond the influence

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Puls/Pneumocard – Herz-Kreislauf- of the will. After the return to Earth, car- Analyse und autonomes Nervensystem diovascular regulation is often impaired (Puls: November 2002 - Januar 2007; in a manner that is called orthostatic Pneumocard: seit März 2007) intolerance in medical parlance. Patients on Earth sometimes display similar symp- Koordinator: toms. Through their research, scientists J. Tank, Charité Berlin; V. Baevsky, intend to improve their understanding of IBMP Moskau cardiovascular disorders in astronauts and develop new methods of diagnosis Diese Forschung beschäftigt sich mit der and therapy for patients on Earth. Auswirkung von Kurz- und Langzeit- Raumflügen auf die Kreislaufregulation In cooperation with colleagues from the und den Stoffwechsel. Die fehlende Moscow IBMP, a robust, reliable and sim- Schwerkraft bei Raumflügen verursacht ple device called “Puls“ was developed umfangreiche physiologische Verände- which meets the demands of space diag- Proband mit der Pneumocard-Ausrüstung rungen. So verschiebt sich ein Teil des nostics. It has been used in the Russian Subject with the Pneumocard Equipment Blutvolumens in die obere Körperhälfte. ISS laboratory since November 2002. The Parallel dazu kommt es zu Veränderungen findings of the eight cosmonauts that der Regulation des sogenannten autono- have been examined so far show that men, also nicht willentlich beeinflussbaren their blood pressures as well as their heart Nervensystems. Nach der Rückkehr zur and respiration rates adapted well to the Erde treten oft Störungen der Kreislauf- new conditions in space. After about three regulation auf, die Mediziner als ortho- months, however, a gradual loss of func- statische Intoleranz bezeichnen. Ähnliche tional reserves generally occurs, meaning Störungen der Kreislaufregulation werden that systems are strained closer to their bei Patienten beobachtet. Die Wissen- limit and unable to digest additional phy- schaftler wollen durch ihre Forschung die sical or psychological stress as well as Ursachen der Kreislaufstörungen bei As- before. tronauten besser verstehen und gleichzeitig neue Diagnostik- und Therapiever- On the other hand, the data obtained fahren für Patienten auf der Erde during and after each mission show wide entwickeln. individual fluctuations. Based on the results obtained so far, scientists hope that In Zusammenarbeit mit Kollegen des IBMP it might be possible in the future to prog- in Moskau wurde ein robustes, zuverlässi- nosticate the regulatory types of astro- ges und einfaches Gerät mit dem Namen nauts and cosmonauts before a mission „Puls“ entwickelt, das den Ansprüchen and select them accordingly. However, in der Raumfahrtdiagnostik genügt. Seit this calls for additional data which have November 2002 wird es im russischen been gathered under the “Pneumocard“ Labor der ISS eingesetzt. Bisher vorliegen- experiment since March 2007. de Ergebnisse zeigen, dass sich Blutdruck, Herz- und Atmungsrate bei den bislang untersuchten acht Kosmonauten gut an die neuen Bedingungen im Weltraum anpassen. Nach etwa drei Monaten kommt es allerdings insgesamt zu einem allmäh- lichen Verlust der funktionellen Reserve. Das bedeutet, dass die Systeme jetzt stär- ker ausgelastet sind und weiteren körper- lichen oder psychischen Stress schlechter verkraften würden.

79 Allerdings gibt es bei den Daten wäh- Based on the Puls experiment experience, rend und nach den jeweiligen Missionen a new device generation has been devel- große individuelle Unterschiede. Auf- oped whose clinical trial on patients with grund der bisherigen Ergebnisse hoffen central and peripheral disorders of the die Wissenschaftler, dass es zukünftig autonomic nervous system has meanwhile vielleicht möglich sein wird, verschiedene been concluded successfully. In January regulatorische Typen von Astronauten 2007, the new device was brought to und Kosmonauten vor einer Mission zu the ISS to continue measurements on a prognostizieren und dann entsprechend larger scale. Beginning in March, the auszuwählen. Hierzu müssen allerdings process of data gathering will be contin- noch weitere Daten erhoben werden. ued until the end of 2009. Dies geschieht seit März 2007 mit dem Experiment „Pneumocard“. For purposes of comparison, cardiovascular regulation is being examined in Auf der Basis der Erfahrungen des Puls- healthy subjects as well as in patients Experiments wurde eine neue Geräte- suffering from paraplegia and orthostatic Generation entwickelt. Die klinische Prü- intolerance. Ultimately, the results of ex- fung dieses Gerätes an Patienten mit aminations conducted on board the In- zentralnervösen und peripheren Erkran- ternational Space Station under micro- kungen des autonomen Nervensystems gravity conditions will be compared to ist inzwischen erfolgreich abgeschlossen. those of the aforementioned patients. Im Januar 2007 wurde dieses neue Gerät zur ISS gebracht, um die Messungen in HealthLab – measuring the mental erweiterter Form fortzusetzen. Seit März stress and cardiovascular regulation läuft nun die Datenerhebung, die bis of cosmonauts in zero gravity Ende 2009 fortgesetzt werden soll. Coordinators: Zum Vergleich wird die Kreislaufregulation B. Johannes, DLR Hamburg; V. Salnitsky, bei gesunden Probanden, Querschnittpa- IBMP Moscow tienten und Patienten mit orthostatischer Intoleranz untersucht. Ergebnisse von There is a great deal of evidence to indi- Untersuchungen in Mikrogravitation an cate that the autonomic nervous system Bord der Internationalen Raumstation (that which cannot be influenced by the werden dann mit den an Patienten erho- will) responds to mental stress differently benen Daten verglichen. in different people. In many people, the blood pressure goes up, while others respond by breaking out in a sweat or feeling pressure at the pit of the stomach. This is called the “reaction pattern of the autonomic nervous system“. So far, however, these experiences have not been confirmed by verifiable data gathered in a standardized test setup – neither in space nor on Earth.

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HealthLab – Messungen zur psychi- All that will change as of now: In an schen Belastung und Kreislaufregula- experiment jointly conducted by the DLR tion der Kosmonauten in Schwere- Institute of Aerospace Medicine and the losigkeit Russian Institute of Space Medicine, cosmonauts will be exposed to a simulated Koordinator: stress situation on the ground and on B. Johannes, DLR Hamburg; V. Salnitski, board the space station. What will be IBMP Moskau simulated is docking a spacecraft onto a space station under manual control, with Vieles deutet darauf hin, dass das auto- the mental and physiological reactions of nome Nervensystem, also das nicht wil- the cosmonauts being measured all the lentlich beeinflussbare Nervensystem, auf time. Docking is a maneuver of extreme psychische Belastung wie etwa Stress bei difficulty in terms of both mental and verschiedenen Menschen unterschiedlich motor responses as all six degrees of reagiert. So erhöht sich bei vielen Perso- freedom in space have to be kept under nen der Blutdruck, einige reagieren mit control simultaneously. To put things in Forschung mit HealthLab auf einem DLR-Parabelflug Schweißausbrüchen und andere verspü- perspective: When driving a car, you need Research with HealthLab onboard a ren Magendruck. Man nennt dies das to handle no more than two degrees of DLR parabolic flight „Reaktionsmuster des autonomen Ner- freedom, while four are involved in flying vensystems“. Diese Erfahrungen konnten a plane. bislang jedoch nicht mit einer standardi- sierten Versuchsanordnung durch mess- The experiment is designed to determine bare Daten bestätigt werden – weder im the mental and physiological capabilities Weltraum noch auf der Erde. of the cosmonauts as a basis for deter- mining objectively which of them is most Dies soll jetzt anders werden: In einem likely to perform a certain task success- gemeinsamen Experiment des DLR-Instituts fully in a given situation. This is the first für Luft- und Raumfahrtmedizin und des experiment to combine established psy- russischen Institutes für Weltraummedizin chological test methods with quantitative werden Kosmonauten am Boden sowie physiological measurements. Data will be an Bord der Raumstation in eine simulier- registered by HealthLab, a medical meas- te Stresssituation versetzt. Simuliert wird uring system developed by DLR. Its com- das manuelle Andocken eines Raum- ponents are small and handy enough to schiffs an eine Raumstation. Hierbei wer- be worn on the body, which greatly en- den die psychischen und physiologischen hances the mobility of the system. It is Reaktionen der Kosmonauten gemessen. capable of registering more than ten Bei dem Andockmanöver handelt es sich readings simultaneously, including blood um eine mental und motorisch äußerst schwierige Aufgabe, bei der zeitgleich alle sechs Freiheitsgrade im Raum zu kontrollieren sind. Zum Vergleich: Beim Autofahren hat man es lediglich mit zwei unabhängigen Freiheitsgraden zu tun, beim Fliegen eines Flugzeuges mit vier.

81 Mit dem Experiment soll die psychische pressure, heart rate, pulse, respiration and und physiologische Leistungsfähigkeit voice. The group of German and Russian der Kosmonauten ermittelt werden, um scientists plans to use these data to clas- objektiv entscheiden zu können, welcher sify the cosmonauts under an “autono- Kosmonaut in einer konkreten Situation mous outlet type“ scheme, a system that am besten in der Lage ist, bestimmte Auf- divides persons into stress-reaction types gaben erfolgreich durchzuführen. Erst- and determines their limits of stress. malig werden etablierte psychologische Testverfahren mit quantitativen physiolo- Meanwhile, this innovative approach is gischen Messungen verknüpft. Die resul- being used in other fields as well. Exam- tierenden Daten werden mit der vom ples include clinical diagnosis, travel and DLR entwickelten medizinischen Messan- expedition medicine and the testing of lage HealthLab erfasst. Deren Kompo- civilian pilots. Given an adequate supply nenten sind so klein und handlich, dass of data, it is possible to analyze whether sie am Körper getragen werden können. a person’s reaction patterns are congeni- Dadurch ist die Anlage sehr mobil. Sie tal, acquired or dependent on his or her kann gleichzeitig mehr als zehn Werte wie physical condition. beispielsweise Blutdruck, Schlagvolumen, Puls, Atmung und Stimme analysieren. The long-range objective of the investiga- Anhand dieser Daten will die deutsch-rus- tion is to develop a diagnostic method sische Wissenschaftlergruppe die Kosmo- that permits predicting the dependability nauten in ein „Autonomous Outlet Type“- of persons in other situations under stress. Schema einordnen. Dies ist ein System Thus, for example, it might be used to zur Einteilung in Stress-Reaktions-Typen, determine the acute stress of people who bei dem auch die Beanspruchungs- bear great responsibility in their profes- grenzen ermittelt werden. sion, such as air traffic controllers, pilots or explosives experts. Dieser innovative Ansatz wurde inzwischen auch in anderen Bereichen genutzt. Als SOLO: Human Sodium Retention in Beispiele seien hier die klinische Diagnose, Microgravity die Reise- und Expeditionsmedizin und die Zivilpilotentestung genannt. Bei aus- Coordinator: reichend großer Datenmenge wird analy- M. Heer, DLR Köln siert, ob die Reaktionsmuster angeboren oder erworben sind oder von der körper- In 2008, SOLO will be one of the first lichen Verfassung der Person abhängen. experiments to be performed in the EPM/Cardiolab facility. Within SOLO, the interplay of nutrition, salt and fluid homeostasis with muscle and bone metabolism in humans is in the focus of the scientific interest.

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SOLO untersucht den Zusammenhang zwischen Salzzufuhr und Knochenschwund SOLO examines the interrelation between Das Fernziel der Untersuchungen ist es, Basis for this research is the fact that as- salt intake and osteoporosis ein diagnostisches Verfahren zu entwi- tronauts are suffering from similar health ckeln, mit dessen Hilfe die Zuverlässigkeit problems as ageing humans on Earth: von Handlungen in Stress-Situationen Due to the lack in gravity as well as in auch in anderen Situationen vorherge- movement and mechanical load cardio- sagt werden kann. So könnte die aktuelle vascular problems, impairment of the Beanspruchung von Menschen ermittelt vestibular and the immune systems, as werden, die eine hohe berufliche Verant- well as muscle and bone degradation are wortung tragen, wie etwa Fluglotsen, experienced by astronauts. Piloten oder Sprengstoffexperten. Based on earlier investigations on the SOLO: Natrium-Einlagerung bei Russian space station MIR a completely Menschen in Schwerelosigkeit unknown mechanism of salt storage in the human skin could be detected in so- Koordinator: called metabolic ward studies on ground, M. Heer, DLR Köln in which the nutrition is highly controlled with varying salt concentrations. Due to Als eines der ersten Projekte in EPM/ the results of these investigations, text- Cardiolab werden Wissenschaftler und book knowledge on the strong relation Astronauten 2008 das Experiment SOLO durchführen. Hierbei untersuchen sie den Zusammenhang zwischen Ernährung, Salz- und Flüssigkeitshaushalt sowie Knochen- und Muskelstoffwechsel beim Menschen.

Hintergrund dieser Forschung ist der Sach- verhalt, dass Astronauten mit ganz ähnli- chen Gesundheitsproblemen zu kämpfen haben wie alternde Menschen auf der Erde: Aufgrund der fehlenden Schwer- kraft und der fehlenden Bewegung und

83 Belastung kommt es zu Herz-Kreislauf- between salt and water homeostasis had Problemen, Störungen des Gleichgewichts- to be revised. The newly detected mecha- und des Immunsystems, zu Muskelschwund nism obviously also influences the bone und Knochenabbau (Osteoporose). metabolism: High salt concentration in the food stimulates bone degradation. Ausgehend von früheren Untersuchungen Therefore, the main goal of the SOLO auf der russischen Raumstation MIR konnte experiment is to test if high salt concen- in Isolationsstudien und bei Experimenten tration in the food of astronauts would mit unterschiedlicher Kochsalzzufuhr in stimulate bone loss in space, over and Stoffwechsellabors ein bislang unbekann- above the bone degradation caused al- ter Mechanismus der Salzspeicherung ready by microgravity. Due to the interre- in der Haut entdeckt werden. Etabliertes lation of salt, nutrition and movement Lehrbuchwissen über die strenge Kopplung with muscle and bone degradation as well zwischen Salz- und Wasserhaushalt des as with high blood pressure the expected Menschen war mit diesem Befund hinfäl- results are not only of importance for the lig geworden. Dieser Mechanismus scheint astronauts. Also for the therapy of such auch einen Effekt auf das Skelettsystem diseases in people on Earth they promise zu haben: Hohe Kochsalzzufuhr steigert new insights. demnach den Knochenabbau. Ein we- sentliches Ziel des Experimentes SOLO ist Within the SOLO experiment, nutrition es daher, herauszufinden, ob eine hohe and salt intake will be strictly controlled, Kochsalzzufuhr im All den durch die movements, training and excretion of the Schwerelosigkeit ohnehin schon stattfin- astronauts followed. A variety of physio- denden Knochenabbau noch intensiviert. logical parameters will be measured in Aufgrund des Zusammenhangs zwischen order to arrive at a complete picture of Salz, Ernährung sowie Bewegung mit the physiology of astronauts. Muskel-und Knochenstoffwechsel sowie Bluthochdruck sind diese Ergebnisse nicht nur für die Astronauten wichtig. Besonders für die Therapie dieser Erkrankungen Biology beim Menschen auf der Erde versprechen sie neue Erkenntnisse. WAICO – the behavior of plants in weightlessness Im Rahmen von SOLO wird die Nahrung der Astronauten streng kontrolliert, Aus- Coordinator: scheidungen, Bewegungen und Training G. Scherer, Hanover University genauestens erfasst und eine Vielzahl von physiologischen Daten erhoben. Hierdurch Plants are capable of perceiving gravity möchten die Mediziner zu einem mög- and responding to its stimulus, which lichst umfassenden Bild der Physiologie enables them to control their growth des Menschen gelangen. movements so that their organs are arranged in a specific direction relative to the Earth’s gravity: Roots grow towards and shoots away from the center of the Earth. This process is called gravitropism. For this purpose, root caps are equipped with cells that contain gravity sensors called statoliths.

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However, there are other phenomena Biologie besides gravitropism that influence the orientation of the root tip, one of them Das Verhalten von Pflanzen in der being the pendulum movement that Schwerelosigkeit – WAICO makes the root coil up as it grows. Fur- thermore, the root tip responds to contact, Koordinator: and its growth is influenced by tissue G. Scherer, Universität Hannover tension.

Pflanzen nehmen die Schwerkraft wahr WAICO (waving and coiling of Arabidopsis und verarbeiten diesen Reiz, wodurch es roots at different g levels), the first ex- ihnen möglich ist, ihre Organe mittels periment to be run on the COLUMBUS Wachstumsbewegungen in eine bestimmte Biolab, aims at establishing the degree Richtung zur Erdanziehung zu bringen: Spiralförmiges Wachstum von Wurzeln to which these components influence Coiled up grown roots Wurzeln wachsen zum Erdmittelpunkt hin, the growth process in roots and explain- Sprosse vom Erdmittelpunkt weg. Diesen ing its fundamental mechanisms. The Vorgang nennt man Gravitropismus. Die test objects will be the wild type as well Wurzelhaube ist dafür mit Zellen ausge- as several mutants of the rock cress (Ara- stattet, die Gravitations-Sensoren enthal- bidopsis). The ISS experiment will inves- ten, sogenannte Statolithen. tigate the growth behavior of its roots at different gravity levels: 10-6g, 10-4g, Neben dem Gravitropismus spielen aber 10-1g and 1g. After the flight, modern auch noch andere Phänomene bei der molecular and cytobiological methods Ausrichtung der Wurzelspitze eine Rolle. will be employed on the ground to track Eines hiervon ist das Hin- und Herschwin- down the plant’s cellular mechanisms. gen der Wurzelspitze. Es bewirkt, dass die Wurzel spiralförmig wächst. Weiterhin This experiment will not only help us to reagiert die Wurzelspitze auf Berührungen improve our general understanding of und hat eine ihr Wachstum beeinflussen- how plants grow. Its results will also be de Gewebespannung. instrumental in increasing the efficiency of agriculture on Earth as well as for the Ziel von WAICO (Waving and Coiling of cultivation of plants on future long-range Aridopsis roots at different g-levels), dem space missions to the Moon or to Mars. ersten Experiment in der COLUMBUS- Anlage Biolab, ist es, die Einflüsse dieser Komponenten für den gesamten Vorgang des Wurzelwachstums zu bestimmen und die zugrunde liegenden Mechanismen aufzuklären. Versuchsobjekte hierbei sind der Wildtyp und verschiedene Mutanten der Ackerschmalwand (Arabidopsis). In dem ISS-Experiment wird dabei das Wachs- tumsverhalten der Wurzeln bei unterschiedlichen Gravitationsstärken untersucht: 10-6 g, 10-4 g, 10-1 g und 1 g. Nach dem Flug werden die Pflanzen am Boden mit modernen molekular- und zellbiolo- gischen Methoden untersucht, um den zellulären Mechanismen auf die Spur zu kommen.

85 Dieses Experiment hilft nicht nur, unser generelles Verständnis vom Wachsen der Physics Pflanzen zu verbessern. Die Ergebnisse sind auch für eine effektivere Gestaltung The first Experiment on the ISS was der Landwirtschaft auf der Erde und für and is from Germany – from PKE to den Anbau von Pflanzen auf künftigen, PKE-3 Plus: Phase Transitions in längeren Weltraummissionen etwa zum Plasma Crystals Mond oder Mars von Interesse. Coordinators: G. Morfill, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching; V. Molotkov, Institute for High Energy Physik Density, Academy of Sciences, Moscow Unter den Bedingungen der Schwerkraft sammeln sich die Partikel im unteren Bereich, Das erste Experiment auf der ISS kam der entstandene Plasmakristall ist gestaucht und kommt aus Deutschland – von A complex plasma consists of an electric- Under terrestrial Gravity Conditions the PKE zu PKE-3 Plus: Phasenübergänge ally charged gas containing free elec- Particles occupy the lowest possible Area. in Plasma-Kristallen trons and ions such as found in lumines- Such a Plasma Crystal is “stressed” cent lamps, and small particles (“dust”) Koordinatoren: ranging between 1 and 20 micrometers G. Morfill, Max-Planck-Institut für in size. These particles are electrostatical- Extraterrestrische Physik, Garching; ly charged in the gas and interact; gas V. Molotkov, Institut für Hochenergie- and particles together behave like a sin- dichte der RAdW, Moskau gle substance. Depending on the experiment conditions, namely the strength of Ein komplexes Plasma besteht aus einem the electric field that generates the plas- Niedertemperatur-Plasma, das heißt einem ma and the gas pressure, such a complex elektrisch geladenen Gas mit freien Elek- plasma will change its structure and tronen und Ionen, wie es etwa als Leucht- behave like a liquid, a gas, or a metallic mittel in einer Leuchtstoffröhre vorkommt, crystal, in which case the dust particles und kleinen Partikeln („Staub“) von 1-20 will be arranged regularly in a three- Mikrometer Größe. Die Partikel werden dimensional pattern. This highly-ordered in dem Gas elektrostatisch aufgeladen structure is also known as “plasma crystal”. Unter Schwerelosigkeit können sich die It was first demonstrated experimentally Partikel des Plasmakristalls frei im Raum und treten miteinander in Wechsel- verteilen und so große, dreidimensionale wirkung. Gas und Partikel verhalten sich in 1994. Strukturen bilden dann wie ein Stoff. Abhängig von den In Weightlessness the Particles of a Plasma Experimentbedingungen – variiert werden Common plasmas take little notice of crystal can distribute in all Directions. Large gravity. However, as the mass of the three-dimensional Crystalline Structures das plasmaerzeugende elektrische Feld become available und der Gasdruck – verändert ein solches micro-particles introduced in the gas is komplexes Plasma seine Struktur und a hundred billion times greater than that verhält sich wie eine Flüssigkeit, ein Gas of the electrons and ions, a complex oder mit dreidimensionaler regelmäßiger plasma is sensitive to gravity. Particles Anordnung der Partikel wie ein metalli- settle, so that a plasma crystal is com- scher Kristall. Diese hochgeordnete pressed in the direction of the force of Struktur wird auch als „Plasmakristall“ gravity and restricted to a few lattice lay- bezeichnet. Sie konnte erstmals 1994 ers. Large three-dimensional structures experimentell nachgewiesen werden. can be built up and explored without distortion only under microgravity conditions. On the one hand, scientists are interested in the physical properties of the complex plasma itself. On the other,

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Für ein gewöhnliches Plasma ist die its behaviour makes it a model for “nor- Schwerkraft von untergeordneter Bedeu- mal” materials because unlike these, it tung. Aufgrund der hundert Milliarden permits observing structural changes Mal größeren Masse der eingebrachten “from atom to atom”. Thus, researchers Mikropartikel im Vergleich zu Elektronen would like to know how waves propa- und Ionen reagiert ein komplexes Plasma gate and liquids mix, how a vortex devel- jedoch empfindlich auf Schwerkraft ops in a liquid, or how a crystal melts. wegen des Absinkens der Partikel: Das komplexe Plasma wird damit in Richtung Scientists are particularly interested in der Schwerkraft gestaucht. Daher ist ein the transition from the liquid to the Plasma-Kristall auf nur wenige Gitterebe- gaseous state, and in finding the critical nen begrenzt. Nur unter Schwerelosigkeit point at which the differences between können große dreidimensionale Strukturen liquid and gas disappear. For this purpose, ungestört kreiert und erforscht werden. an astronaut will prepare the PK-3 Plus Hierbei interessieren die Wissenschaftler equipment for operation, initiate the auto- einerseits die physikalischen Eigenschaften matic experiment, and look at a screen des komplexen Plasmas selbst. Anderer- occasionally to check what is happening seits dient es wegen seines Verhaltens als in the plasma chamber. In consultation Modell für „normale“ Materialien, da with scientists on the ground, he can strukturelle Veränderungen anders als dort interfere manually to optimize the course von „Atom“ zu „Atom“ beobachtet of an experiment. Image and measurement werden können. So interessieren sich die data will be stored automatically on hard Forscher dafür, wie sich Wellen ausbreiten, discs, which will then be transported wie sich Flüssigkeiten mischen, wie ein back to Earth for evaluation by a SOYUZ Flüssigkeitswirbel entsteht oder wie ein capsule. Kristall schmilzt. Complex plasmas are widespread in Insbesondere interessiert die Wissen- nature, occurring, for example, in inter- schaftler der Übergang von flüssig zu stellar molecular clouds, planetary ring gasförmig und der kritische Punkt, an systems such as that of Saturn, or the tails dem die Unterschiede zwischen Flüssig- of comets. In plasma technology, they keit und Gas aufhören. Hierfür wird ein frequently appear as contamination. Next Astronaut die Apparatur PK-3 Plus zum to their importance for basic research in Betrieb vorbereiten, den automatischen fluid, solid-state, and astrophysics, future Ablauf starten und gelegentlich auf practical applications are beginning to einem Bildschirm die Vorgänge in emerge for complex plasmas in, for in- der Plasmakammer kontrollieren. In stance, the coating of electronic micro- Abstimmung mit den Wissenschaftlern chips and the production of solar cells am Boden können manuelle Eingriffe and flat monitors. zur Optimierung des Experimentablaufs vorgenommen werden. Alle Bild- und Messdaten werden automatisch ge- speichert und auf wechselbaren Fest- platten mit der SOJUS-Versorgungskapsel zur Auswertung am Boden zurückgeführt.

Komplexe Plasmen sind in der Natur weit verbreitet. Sie treten etwa in inter- stellaren Molekülwolken, planetaren Ringsystemen wie beim Saturn oder in Kometenschweifen auf. In der Plasma- technologie sind sie häufig als störende Verunreinigungen anzutreffen. Neben

87 der Bedeutung für die Grundlagenfor- GEOFLOW – looking at the Earth’s schung in der Flüssigkeits-, Festkörper- insides und Astrophysik zeichnen sich für komplexe Plasmen langfristig auch praktische Coordinator: Anwendungen ab, etwa zur Beschich- Ch. Egbers, BTU Cottbus tung von elektronischen Mikrochips, bei der Fertigung von Solarzellen und Flach- The GEOFLOW experiment is intended bildschirmen. to model the geophysical flows that per- vade the liquid layer between the Earth’s Der Erde ins Innere geschaut – mantle and its solid core. Moreover, GEOFLOW scientists hope to obtain some insights into the global movements of oceans Koordinator: and the atmosphere. Ch. Egbers, BTU Cottbus In the experiment, conditions in the Mit dem Experiment GEOFLOW sollen Earth’s interior will be modeled by two geophysikalische Strömungen nachge- concentric spherical shells with an oil-fil- stellt werden, die in der flüssigen Schicht led space in between. The centripetal zwischen Mantel und festem Kern im force of gravity will be simulated by Inneren der Erde vorkommen. Die Wissen- applying high tension to the space be- schaftler erhoffen sich aber auch Erkennt- tween the shells. Weightlessness is indis- nisse über die globalen Bewegungen in pensable to ensure that the force field Ozeanen oder in der Atmosphäre. that will form is undistorted and centrally symmetrical like the Earth’s gravitational Die Verhältnisse im Erdinneren werden field. The parameters of the experiment im Experiment durch zwei Kugelschalen have been selected so that its flow phys- nachgebildet, deren Zwischenraum mit ics may serve as a model of the conditions einem Öl gefüllt ist. Die auf den Erdmittel- in the Earth’s interior. punkt gerichtete Gravitation wird durch Anlegen einer Hochspannung zwischen The GEOFLOW experiment will be housed den Kugelschalen simuliert. Die Schwere- in a container about the size of a shoe- losigkeit ist notwendig, damit sich ein box. It is the first experiment in fluid phys- Geoflow simuliert die Strömungen im unverzerrtes, zentralsymmetrisches Kraft- ics to be integrated in the COLUMBUS Erdinneren feld ausbildet, analog zum Gravitations- Fluid Science Laboratory under conditions Geoflow simulates geophysical flows feld. Die Kennzahlen im Experiment sind of zero gravity. so gewählt, dass die Strömungsphysik auf die Verhältnisse im Erdinneren mo- dellhaft übertragbar ist. Technology GEOFLOW ist ein etwa schuhkartongroßer Experimentcontainer. Es ist das erste Fluid- ROKVISS – the Intelligent Robot Physik-Experiment, das unter den Bedin- gungen der Schwerelosigkeit im Fluid The German technology experiment Science Labor von COLUMBUS integriert called ROKVISS (robotics component veri- wird. fication on the ISS) serves to test highly- integrated modular robotic components in space conditions. At the same time, it serves to demonstrate a variety of new control methods in automatic as well as in the so-called telepresence mode. ROKVISS was developed by DLR’s Ober- pfaffenhofen Institute of Robotics and Mechatronics in cooperation with the

88 Die Mission COLUMBUS > Aktuelle deutsche Forschung auf der ISS The COLUMBUS Mission > Current German Research Projects on the ISS

German industry (Astrium, Kayser-Threde, Technologie von Hoerner & Sulger). Launched into orbit on December 24, 2004, the robotic ROKVISS – Der intelligente Roboter arm was mounted on the outer wall of the ISS in February 2005. The experiment Das deutsche Technologie-Experiment has been running for around two years ROKVISS (Robotik-Komponenten-Verifika- now, with the arm being controlled not tion auf der ISS) dient dem Test von hoch by the astronauts on board but by an integrierten, modularen Roboter-Kompo- experimental computer installed inside nenten unter den Bedingungen des freien the ISS and/or directly by researchers on Weltraums. Gleichzeitig werden verschie- Earth. The mission is carried out in collab- dene neue Kontrollverfahren, sowohl im oration with the Russian ROSKOSMOS automatischen wie auch im sogenannten Space Agency and the Russian company Tele-Präsenz-Betrieb, demonstriert. Ent- RKK Energia. wickelt wurde ROKVISS vom DLR im Oberpfaffenhofener Institut für Robotik It mainly aims to promote the develop- und Mechatronik sowie der deutschen ment of new complex robots for service Industrie (Astrium, Kayser-Threde, von Roboterarm ROKVISS im Weltraum in space. Work will continue, and there The ROKVISS Robotic Arm in Space Hoerner & Sulger). Nach dem Start am are plans to use the system in future in- 24. Dezember 2004 wurde der Roboter- orbit service missions. arm im Februar 2005 an der Außenwand der ISS installiert. Dort wird das Experiment nun rund zwei Jahre lang betrieben – gesteuert nicht von den Astronauten an Bord, sondern von einem Experiment- Educational computer im Inneren der ISS beziehungsweise direkt von den Forschern auf der outreach Erde. Die Mission wird in Zusammenar- School students use the ISS in beit mit der russischen Raumfahrtagentur their research ROSKOSMOS und der russischen Firma RKK Energia durchgeführt. Starting in late 2007, DLR uses a school project to draw more attention to the Das Hauptziel des Experimentes ist der International Space Station. The DLR Entwurf neuer komplexer Roboter für Space Agency will call upon senior stu- Servicearbeiten im freien Weltraum. Die dents and their teachers to determine Weiterführung der Arbeiten und der the current position of the ISS and meas- Einsatz der Systeme ist im Rahmen von ure any changes in its altitude as preci- On-Orbit-Service-Missionen geplant. sely as possible by triangulation. As two fixed points on Earth are required for such measurements, each school will have to look for a partner school in Nachwuchs- Germany or abroad– science demands förderung cooperation! During the school year

Schüler forschen mit der ISS

Mit einem Schulprojekt wird das DLR 2007 und 2008 verstärkt auf die Internationale Raumstation aufmerksam machen. Die DLR Raumfahrt-Agentur ruft Schülerinnen und Schüler der höheren Klassen und ihre

89 Lehrer dazu auf, die aktuelle Position der 2007/08, each team will write down its ISS mittels Triangulation möglichst exakt objectives, approach and results and mail zu bestimmen. Hierzu sind zwei Mess- the documentation to DLR. Based on punkte nötig, weshalb sich jede Schule this, DLR will decide about inviting select- eine Partnerschule suchen muss – Wissen- ed teams with their partner schools to schaft bedingt Kooperation! Zielsetzung, attend a students’ congress to be held Vorgehensweise und Messergebnisse in Berlin in September 2008 to present werden von den Teams im Schuljahr their results. The winning teams in each 2007/2008 schriftlich dokumentiert und of the three grades or classes may look an das DLR geschickt. Aufgrund dieser forward to attending a space event. Dokumentation wird das DLR entscheiden, ob das Team mitsamt seiner Partnerschule The challenges confronting the students zum Schülerkongress im September 2008 in this experiment are many: Those with nach Berlin eingeladen wird, um dort seine a particular aptitude or enthusiasm for Resultate vorzustellen. Den Siegerteams crafts, astronomy, the internet, geography der drei Schwierigkeitsstufen (Jahrgangs- or photography will have a unique op- stufen) winkt die Teilnahme an einem portunity to apply their skills in intro- Raumfahrt-Ereignis. ducing their team to mathematics in the thrilling context of astronautics. Success Die Schülerinnen und Schüler sind bei is absolutely predicated on the quality of diesem Experiment vielfältig gefordert: cooperation within the team as well as Handwerker, Astronomiebegeisterte, Inter- on adherence to the essential rules of neterfahrene, Geografen und Hobbyfoto- scientific work (precise formulation of grafen haben hier einmalig die Möglich- key problems, careful preparation of the keit, Mathematik nach ihrer jeweiligen measuring and imaging phases through Begabung im Team erfahrbar zu machen consultation within the team and with und im spannenden Kontext der Raum- the partner school, precise and careful fahrt anzuwenden. Nur die gute Zusam- documentation, comparison of the menarbeit im Team und die Beachtung results obtained). der wesentlichen Aspekte des wissenschaftlichen Arbeitens (genaue Definition Thus, young people experience for them- der Kernaufgaben, sorgfältige Vorberei- selves that the scientific or technical data tung der Mess- und Fotografierphasen they extract from the media can be veri- durch Absprachen innerhalb der Teams fied, challenged and controlled by them- und mit der Partnerschule, Genauigkeit, selves. Thus, science becomes palpable sorgfältige Dokumentation und Vergleich and implementable in practice. der erzielten Ergebnisse) führen zum Erfolg.

Die Jugendlichen erfahren, dass wissenschaftliche oder technische Daten, die sie in den verschiedenen Medien herausfiltern können, eigenständig von ihnen über- prüft, hinterfragt und kontrolliert werden können. Wissenschaft wird dadurch kon- kret und praktisch umsetzbar.

ISS-Transfer vor der Sonne ISS transfer in front of the Sun Impressum Imprint

Herausgeber Published by Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.

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Raumfahrt-Agentur Space Agency

Anschrift Address Bonn-Oberkassel Königswinterer Straße 522-524 53227 Bonn Germany

Redaktion Editor Dr. Niklas Reinke

Text Text Norbert Henn, Claudia Yvonne Nini, Dr. Niklas Reinke, Dr. Hartmut Ripken, Prof. Dr. Günter Ruyters, Volker Schmid, Dr. Volker Sobick, ESA

Gestaltung Design CD Werbeagentur GmbH, Troisdorf

Druck Printing Druckerei Thierbach KG, Mülheim/Ruhr

Drucklegung Press date Köln, November 2007

Abdruck (auch von Teilen) oder sonstige Verwendung nur nach vorheriger Absprache mit dem DLR gestattet.

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91 Das DLR im Überblick

Das DLR ist das nationale Forschungszentrum der Bundesrepublik Deutschland für Luft- und Raumfahrt. Seine umfangreichen For- schungs- und Entwicklungsarbeiten in Luftfahrt, Raumfahrt, Verkehr und Energie sind in nationale und internationale Kooperationen eingebunden. Über die eigene Forschung hinaus ist das DLR als Raumfahrt-Agentur im Auftrag der Bundesregierung für die Planung und Umsetzung der deutschen Raumfahrtaktivitäten sowie für die internationale Interessenswahrnehmung zuständig. Das DLR fun- giert als Dachorganisation für den national größten Projektträger.

Das DLR beschäftigt ca. 5.600 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter an 13 Standorten und unterhält Büros in Brüssel, Paris und Washington, D.C.

DLR at a Glance

DLR is Germany´s national research center for aeronautics and space. Its extensive research and development work in Aeronautics, Space, Transportation and Energy is integrated into national and international cooperative ventures. As Germany´s space agency, DLR has been given responsibility for the forward planning and the implementation of the German space program by the German Federal Government as well as for the international representation of German interests. Furthermore, Germany‘s largest project-management agency is also part of DLR.

The DLR employs approximately 5,600 people at 13 locations in Germany and operates offices in Brussels, Paris, and Washington, D.C.

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