Columbus: Europas Forschungszentrale auf der ISS
Am 11. Februar 2008 dockte das in Bremen gebaute universelle Mehrzwecklabor Columbus an die ISS an. Seitdem besteht für Europas Wissenschaft und Industrie ein direkter Zugang zum Vorposten der Menschheit im All.
Columbus ist nicht nur Europas Hauptbeitrag zum internationalen Forschungsprojekt ISS. Es ist das erste europäische Weltraumlabor für eine dauerhafte, multidisziplinäre Forschung im All. Die Abmessungen der europäischen Forschungszentrale sind beachtlich. Columbus ist 6,87 Meter lang, hat einen Durchmesser von 4,47 Metern und eine Masse von 19,3 Tonnen.
Bis zu drei Astronauten können gleichzeitig hier arbeiten. In die zylindrische Form sind standardisierte Nutzlastschränke eingepasst, sogenannte Racks, in denen wie bei Einbauschränken Laborausrüstungen und technische Systeme untergebracht sind. Jedes Rack ist etwa so groß wie eine Telefonzelle, bis zu 500 Kilogramm schwer und besitzt eine eigene Stromversorgung, eigene Kühlsysteme sowie je nach Aufgabe Video- und Datenleitungen. Da die Racks in den amerikanischen und japanischen Modulen nach den gleichen Standards aufgebaut sind, können sie problemlos umgesetzt oder gegen neue ausgetauscht werden.
Im Columbus-Labor gibt es insgesamt 16 Racks. Zehn stehen für die Unterbringung von wissenschaftlichem Gerät zur Verfügung, drei dienen als Stauraum. Drei weitere werden für die Infrastruktur, vornehmlich für die Strom- und Wasserversorgung, die Klimaanlage sowie das „Feuerlöschsystem“ benötigt. Des Weiteren ist an der Außenseite von Columbus eine Vorrichtung mit vier Plattformen zur Aufnahme externer Nutzlasten angebracht, die direkt den Umgebungsbedingungen des Weltraums ausgesetzt sind und eine freie Sicht auf die Erde oder das Weltall bieten.
Vielfältige Forschungen möglich
Die gerätetechnische Ausstattung von Columbus wurde bewusst so ausgewählt, dass eine breite Palette verschiedener Wissenschaftsrichtungen sowohl in der Grundlagen- als auch in der Anwendungsforschung unterstützt werden kann. Arbeitsschwerpunkte sind Materialwissenschaften, Fluidphysik, Chemie, Fernerkundung, Biologie, Biotechnologie, Medizin und Humanphysiologie sowie Technologieexperimente.
Die Experimentanlagen im Columbus-Labor arbeiten weitgehend automatisch oder werden von der Erde aus ferngesteuert. Per Tele-Operation können die Wissenschaftler auch teilweise direkt in den Versuchsablauf eingreifen.
Als Leitstelle für den Betrieb und die Überwachung sämtlicher Systeme des Raumlabors dient das ESA Columbus-Kontrollzentrum in Oberpfaffenhofen bei München. Für die Leitung und Unterstützung bei der Experimentdurchführung gibt es spezielle Nutzerunterstützungs- und Betriebszentren, so genannte USOCs (User Support Operations Centres), von denen sich jedes auf eine bestimmte Forschungsdisziplin spezialisiert hat und in einem anderen ESA-Mitgliedsstaat angesiedelt ist.
Die Ausstattung von Columbus
Die Racks mit dem wissenschaftlichen Equipment sind für je eine Forschungsrichtung ausgelegt. Sie haben einen modularen Aufbau mit Einschüben, so dass außer der Grundausstattung Experimente oder Ausrüstungen wie beispielsweise Öfen schnell ausgetauscht werden können. Die wichtigsten Racks an Bord von Columbus sind:
Das Fluidlabor (FSL)
Das Fluidlabor (Fluid Science Laboratory) unterstützt Untersuchungen zum Verhalten von Fluiden, also Flüssigkeiten und Gasen, in der Schwerelosigkeit. Es können Effekte wie die Blasenbildung beim Sieden, Verdampfen und bei der Kondensation untersucht werden, aber auch Schäume oder Emulsionen und viele weitere Prozesse, die teilweise auch mit der Materialforschung verknüpft sind.
Das biologische Labor (Biolab)
Biolab ermöglicht Versuche mit Zellen, Gewebekulturen, Mikroorganismen, kleinen Pflanzen und wirbellosen Tieren. Für die Versuche ist Biolab mit Inkubatoren, zwei Zentrifugen und einem isolierten Arbeitsbereich, der BioGlovebox, ausgestattet.
Labor für biomedizinische Forschung (EPM)
Das Physiologielabor EPM (European Physiology Modules) unterstützt die Untersuchung verschiedener Effekte im menschlichen Organismus bei dessen Aufenthalten unterschiedlicher Dauer in der ISS. Dazu gehören Auswirkungen auf das Herz-Kreislauf- und Atmungssystem, das Nervensystem, auf den Muskel- und Knochenschwund, den Salzhaushalt sowie das Immunsystem.
European Drawer Rack (EDR)
Das EDR ist ein Universalschrank, in dem bis zu vier Einschübe mit Experimenten unterschiedlicher Disziplinen kontrolliert werden können. Dazu zählen die „Protein Crystallisation Diagnostics Facility“ PCDF und in Zukunft der Elektromagnetische Levitator EML für die Materialforschung.
Microgravity Science Glovebox (MSG)
Die gegenwärtig im Destiny-Labor untergebrachte Microgravity Science Glovebox ist ein Alroundlabor für Experimente in vielen Fachgebieten, angefangen von der Fluidphysik über die Biologie, Chemie, Verbrennung, Materialwissenschaften bis hin zur Kristallzüchtung. Der abgeschottete Arbeitsraum ist besonders für das Hantieren mit gefährlichen Materialien ausgelegt.
Muscle Atrophy Resistive Exercise System (MARES)
In Columbus befindet sich auch das Experimentrack MARES. Dahinter verbirgt sich eine vielfältige Einrichtung für die Wissenschaft und zum Training. MARES dient der Erforschung des menschlichen Bewegungsapparates und seiner biomechanischen Abläufe. Im Mittelpunkt steht die Erkundung negativer Effekte von Langzeitmissionen und die Eindämmung von Muskelschwund.
EXPRESS-Rack-3
EXPRESS-Rack steht für EXpedite the PRocessing of Experiments to the Space Station und ist für die schnelle Durchführung kleinerer Experimente gedacht. So befindet sich EMCS, das European Modular Cultivation System in dem Rack, das der biologischen Grundlagenforschung – vor allem im Bereich der Pflanzenphysiologie – dient, und dessen Inkubator mit zwei Zentrifugen ausgestattet ist.
Außenplattformen
Die „Columbus External Payload Facility“ (CEPF) kann gleichzeitig bis zu vier Plattformen mit Experimenten aufnehmen. Bisher wurden von der ESA zwei Projekte realisiert: die European Technology Exposure Facility EuTEF und das Solar Monitoring Observatory SOLAR. Hier ist auch die materialwissenschaftliche Plattform MISSE (Materials International Space Station Experiment) der NASA untergebracht.
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