ISS-Mission von Alexander Gerst

DLR-Maßnahmen für Schulen lösen große Resonanz aus

Ab Juni 2018 wird der deutsche ESA-Astronaut Alexander Gerst
mehrere Monate auf der Internationalen Raumstation ISS leben und
arbeiten und dabei zahlreiche Experimente in Schwerelosigkeit
durchführen - oftmals mit Bezug zur Physik wie auch zu anderen
Naturwissenschaften.

Mit dieser Horizons-Mission steht in der Raumfahrt ein besonderes
"Highlight" bevor, das sich hervorragend eignet, um Kinder und
Jugendliche für Forschung und Technik zu begeistern.

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat daher - wie
bei Gersts erstem Flug ins All - rund um diese ISS-Mission ein
umfangreiches "Education-Paket" mit einer Vielzahl von Angeboten für
Schulen entwickelt, die schon lange vor dem Start auf eine ganz
außergewöhnlich große Resonanz treffen.

So hat das DLR in Kooperation mit renommierten Partnern - dem
Klett-MINT-Verlag, der Deutschen Physikalischen Gesellschaft und der
Stiftung Jugend forscht - ein Unterrichtsheft für Grundschulen
veröffentlicht, das zahlreiche Anregungen für leicht umsetzbare
Mitmach-Experimente enthält und seitens der Lehrkräfte äußerst
stark nachgefragt wird: Nur drei Monate nach Erscheinen war die
Erstauflage von immerhin 6000 Exemplaren bereits komplett vergriffen,
sodass ein Neudruck nötig wurde, der sich inzwischen ebenfalls in der
Auslieferung befindet.

Auch Lehrer-Workshops, die das DLR aus Anlass der Gerst-Mission an
verschiedenen Standorten durchführt, erfreuen sich einer großen
Resonanz und sind in aller Regel schon kurz nach der Ankündigung
ausgebucht: Bis zum Ende der Mission im Dezember 2018 werden hunderte
Lehrerinnen und Lehrer diese Veranstaltungen besucht haben, um neue
Ideen und Impulse für einen abwechslungsreichen Unterricht in die
schulische Praxis mitzunehmen.

Weit über alle Erwartungen hinaus geht auch das Echo, das ein anderes
Informationsangebot des DLR bei Schulen ausgelöst hat: Dabei handelt
es sich um eine "Raumfahrt-Show", mit der das DLR quer durch
Deutschland auf Tour gehen wird. Die unterhaltsame und zugleich
lehrreiche Wissenschafts-Präsentation behandelt alle wichtigen
Aspekte eines Raumfluges von Start bis Landung - immer eng an die
Mission von Alexander Gerst angelehnt. Dabei wechseln Experimente, die
unter Anleitung der Moderatoren von Schülerinnen und Schülern auf
der Bühne durchgeführt werden, mit faszinierenden Videos und Fotos
auf Großbildleinwand ab. Ursprünglich hatte das DLR mehrere
Aufführungen - immer in der Aula interessierter Schulen - in
insgesamt zehn Metropolregionen geplant.

Tatsächlich aber haben sich rund 500 Schulen als Spielstätten
beworben. Um dieser Nachfrage auch nur annähernd nachzukommen, werden
nun zusätzliche Großveranstaltungen geplant - teils in Stadthallen
oder in den großen Hörsälen von Hochschulen.

Während Alexander Gerst auf der ISS viele Male die Erde umrunden
wird, wird ihn auch ein ganz besonderes Objekt begleiten: eine
Zeitkapsel. Die kleine Aluminium-Hohlkugel, die von DLR-Auszubildenden
gefertigt wurde, wird nach der Rückkehr zur Erde dem Haus der
Geschichte in Bonn übergeben - unter der Maßgabe, erst am 50.
Jahrestag des Starts wieder geöffnet zu werden. Sie enthält unter
anderem einen speziellen Datenträger mit den Botschaften von Kindern
und Jugendlichen für die Welt von morgen. Dem Aufruf des DLR, ihre
Wünsche für die Zukunft zu formulieren und einzureichen, sind rund
8000 Schülerinnen und Schüler aller Altersstufen gefolgt - auch dies
eine ungewöhnlich hohe Beteiligung für eine solche Schulaktion.

"Wir sind von der enormen Resonanz, die all diese Maßnahmen für
Kinder und Jugendliche schon heute auslösen, geradezu überwältigt",
sagt die DLR-Vorstandsvorsitzende Prof. Pascale Ehrenfreund. "Und wir
sind davon überzeugt, auf diese Weise in der jungen Generation das
Interesse und die Begeisterung für Naturwissenschaften und Technik
weiter zu steigern. Alexander Gerst ist dafür der ideale Botschafter
und ein großartiges Vorbild für junge Menschen."

Viele weitere Maßnahmen sind zurzeit in Vorbereitung. Das betrifft
unter anderem einen großen Schulwettbewerb zu Umweltfragen sowie
einfache Demo-Experimente, mit denen Gerst an Bord der ISS die Physik
in Schwerelosigkeit und die Bedeutung dieser Forschungsarbeiten für
das Leben auf der Erde erklären soll. Auch ein Experiment für die
Jüngsten ist dabei vorgesehen:

Das DLR hatte zusammen mit dem WDR die Zuschauer der "Sendung mit der
Maus" eingeladen, eigene Ideen für ein Weltraum-Experiment zu
entwickeln - und wenn alles nach Plan verläuft, sollen einige dieser
Vorschläge von Gerst auf der Raumstation realisiert werden.

Die Education-Aktionen zur Gerst-Mission reihen sich in die seit
Jahren vom DLR vorangetriebene Initiative zur Nachwuchsförderung ein.
Dazu gehören beispielsweise die Schülerlabore des DLR: Diese 13
DLR_School_Labs - teils an DLR-Standorten, teils an befreundeten
Hochschulen angesiedelt - haben insgesamt pro Jahr rund 40.000
Schülerinnen und Schüler zu Gast, die hier mittels
Hands-on-Experimenten die "Faszination Forschung" kennenlernen.

Unterrichtsmaterialien, ein eigens Jugendportal im Web namens DLR_next
samt dazugehöriger Social-Media-Accounts und andere Aktionen
ergänzen das Angebot für Kinder und Jugendliche. Im akademischen
Bereich kommen alljährlich Sommerschulen, Ideenwettbewerbe für
Studierende sowie studentische Praktika in den DLR-Instituten hinzu.
Und schließlich sind etwa 900 Doktorandinnen und Doktoranden im DLR
tätig, wo sie fachlich betreut werden und zudem ein überfachliches
Qualifizierungsangebot namens DLR_Graduate_Program wahrnehmen können.

Ein Maus-Experiment für Astro-Alex

Weltraumforschung mit der Maus: Dieses und weitere Experimente für
die horizons-Mission des deutschen ESA-Astronauten Alexander Gerst
sind nun auf dem Weg zur Internationalen Raumstation ISS.

Die Experimente befinden sich in einem Cygnus-Transporter, der an Bord
einer Antares-Rakete am 21. Mai 2018 um 10.44 Uhr mitteleuropäischer
Sommerzeit (4.44 Uhr Ortszeit) von Wallops Island, Virginia (USA) zur
ISS gestartet ist, wo er am 24. Mai andocken wird.

Gerst soll am 6. Juni 2018 mit einer Sojus-Rakete vom Startplatz
Baikonur zur horizons-Mission auf der ISS starten und bis zum 13.
Dezember auf der Raumstation stationiert sein. "Alexander Gerst hat
bei dieser Mission eine ganz besondere Aufgabe", erklärt Volker
Schmid, horizons-Missionsmanager im Deutschen Zentrum für Luft- und
Raumfahrt (DLR). "Er wird als erster Deutscher und zweiter Europäer
von Anfang Oktober bis Mitte Dezember als Kommandant für die
Raumstation und ihre Besatzung verantwortlich sein."

Mit der Maus ins Weltall

Eine Experiment-Idee einzureichen für die Forschungen an Bord der
Internationalen Raumstation - dazu hatte Alexander Gerst gemeinsam mit
dem DLR die Maus-Zuschauer aufgerufen. Von den vielen spannenden
Vorschlägen, die von den Kindern eingereicht wurden, soll nun
folgende Experimentfrage beantwortet werden: Kann man auf der ISS eine
mit Luft angetriebene Mini-Rakete fliegen lassen? Um zu klären, ob
das Experiment auch im Weltraum durchgeführt werden kann, wurde es
vorab beim DLR getestet. Als Materialien sollen nur Dinge verwendet
werden, die ohnehin auf der ISS vorhanden sind.

Als "Rakete" wird daher eine der Plastikspritzen verwendet, welche die
Astronauten für Experimente verwenden. Diese wird mit einer
zerkleinerten Brausetablette und Wasser gefüllt, so dass sich Sprudel
bildet und sich ein Gasdruck aufbaut. Ist dieser Druck hoch genug,
kann die Rakete starten. Damit dieses Mini-Geschoss kontrolliert durch
den Raum fliegt, wird an der Spritze ein Kunststoff-Röhrchen
befestigt, durch das eine Schnur geführt wird. Entlang der
aufgespannten Schnur kann die Rakete dann sicher durch die Raumstation
gleiten. Als zusätzliches Mini-Experiment will Alexander Gerst
testen, ob man sich mit Schwimmbewegungen in der Schwerelosigkeit
vorwärtsbewegen kann.

Ein Planetensimulator auf der ISS

Das Exerpiment MagVector/MFX untersucht die Wechselwirkungen des
Erdmagnetfeldes mit einem variablen elektrischen Leiter. Die Anlage
wurde im Rahmen der Blue-Dot-Mission im Jahr 2014 im COLUMBUS-Labor
installiert und hat seither über 2000 Betriebsstunden erfolgreich
absolviert. Nun werden mit dem Experiment MFX-2 zwei neuen Sensorboxen
mit jeweils 16 Sensoren eingebaut. In diese Boxen werden anschließend
elf neue Materialproben eingesetzt werden, wie etwa Meteoritenstücke,
die von verschiedenen Fundorten in Europa stammen. So wird MagVector
zum ersten Planetensimulator auf der ISS. Mit ihm können die
Wissenschaftler modellhaft Himmelskörper und deren Effekte beim
Durchfliegen des Sonnenmagnetfelds simulieren. Die Proben werden vom
DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof
wissenschaftlich betreut.

Hilfe für den weltweiten Funkverkehr: das Experiment
MacronISSta

Das Experiment MarconISSta von Wissenschaftlern am Institut für Luft-
und Raumfahrt der TU Berlin analysiert die Auslastung von
Funkfrequenzen weltweit. Diese Frequenzen werden benötigt, um
Satelliten zu steuern oder deren Daten herunterzuladen. Die Auslastung
einiger Frequenzbänder ist bereits heute so hoch, dass der
Funkverkehr zunehmend gestört wird.

Für die Messungen nutzt das Experiment die ARISS-Antenne auf der
Raumstation, die dort im Oktober 2007 installiert wurde. Die Daten
werden in regelmäßigen Abständen an die Bodenstation der TU Berlin
gesendet, wo dann erstmalig eine detaillierte Analyse der
Funkfrequenzbänder schnell und aktuell erfolgen kann. So können die
Wissenschaftler nicht nur ermitteln, welche Frequenzen tatsächlich
belegt sind, sondern auch mögliche Störquellen erkennen. Dadurch
können sowohl die Wahrscheinlichkeit von Funkstörungen besser
vorhergesagt als auch ungenutzte Frequenzbänder besser eingebunden
werden.

In der Raumfahrt wird es dann zukünftig möglich sein,
Satellitenmissionen besser zu koordinieren, während auf der Erde der
Funkverkehr - etwa in Luft- und Seefahrt - verbessert werden kann.

Drahtlose Kommunikation auf Raumfahrtmissionen

Wie kann die drahtlose Kommunikation auf Weltraummissionen verbessert
werden? Diese Frage wollen Wissenschaftler mit dem
Technologie-Experiment Wireless Compose (Wireless Communication and
Positioning Experiment) beantworten.

Das Netzwerk besteht aus fünf fest installierten Sensoren, einer
Basisstation, sowie zwei mobilen Sensoren für die
Bewegungsverfolgung. Ab Anfang Juni soll das System im Columbus-Modul
der ISS getestet werden. Während der Testphase wird auf der Erde ein
Referenzsystem im DLR EDEN-ISS Gewächshaus, einem Experimentallabor
in der Antarktis, betrieben werden. Entwickelt und gebaut wurde die
Anlage vom DLR-Institut für Raumfahrtsysteme in Bremen.

EML: Verbesserte Materialien und Bauteile für die Industrie

Mit an Bord ist außerdem ein wichtiges technisches Upgrade für den
Elektromagnetischen Levitator EML. Dieser wurde von Alexander Gerst
während seiner Blue Dot-Mission im Oktober 2014 erfolgreich im
Columbus-Modul installiert und in Betrieb genommen.

Mit EML werden metallische Proben in der Schwebe gehalten
(elektromagnetisch levitiert), so dass sie nicht in Kontakt mit
anderen Materialen kommen, und auf ihre Eigenschaften untersucht. Man
vermeidet so Verunreinigungen der Schmelze, die im irdischen Labor
beim Kontakt mit einem Behälter entstehen würden. Diese
einzigartigen Bedingungen ermöglichen hochgenaue Untersuchungen zum
flüssigen Zustand und der Erstarrung von Metallen.

Mit dem jetzt zur ISS geschickten Upgrade, das Austauschkomponenten
für die Elektronik sowie ein Software-Update beinhaltet, soll die
Hochgeschwindigkeitskamera von EML effizienter genutzt werden und
dadurch zukünftig bis zu fünfmal mehr Experimentdurchläufe in
gleicher Zeit ermöglichen. Somit erhoffen sich die Wissenschaftler
noch mehr der offenen Fragestellungen zu den grundlegenden
physikalischen Eigenschaften metallischer Legierungen klären zu
können. Langfristig sollen diese Erkenntnisse dazu führen, neue
Materialien und Bauteile für die Industrie fertigen zu können,
welche leichter und stabiler sind oder gänzlich neue Eigenschaften
aufweisen.