Anfang August kehrt die Besatzung der NASA SpaceX Crew-10 Mission nach einem mehrmonatigen Aufenthalt auf der Internationalen Raumstation (ISS) zur Erde zurück. Die NASA-Astronauten Anne McClain und Nichole Ayers, zusammen mit ihrem Kollegen von der Japanischen Agentur für Luft- und Raumfahrtforschung (JAXA), Takuya Onishi, und dem Roskosmos-Kosmonauten Kirill Peskov, beenden ihre lang andauernde wissenschaftliche Expedition. Während ihres Aufenthalts im Orbit führten McClain, Ayers und Onishi Dutzende von Schlüsselexperimenten und technologischen Demonstrationen durch und verschoben so die Grenzen des wissenschaftlichen Wissens in der einzigartigen Umgebung des orbitalen Labors. Ihre Arbeit umfasste ein breites Spektrum an Disziplinen, von Botanik und Medizin bis hin zu Physik und Astronomie, und die Ergebnisse ihrer Forschung werden einen langfristigen Einfluss auf zukünftige Weltraummissionen und das Leben auf der Erde haben.

Infrastrukturelle Verbesserungen für die Zukunft der Wissenschaft

Eine der Hauptaufgaben der Besatzung war die Modernisierung des Energiesystems der Station. Die Astronautin Anne McClain nahm an einem Weltraumspaziergang teil, bei dem sie Hardware zur Unterstützung neuer Solarpaneele, bekannt als IROSA (International Space Station Roll-Out Solar Array), installierte. Diese modernen, flexiblen Solarpaneele sind wesentlich kompakter und effizienter in der Stromerzeugung im Vergleich zu den ursprünglichen, älteren Paneelen. Ihre Installation ist entscheidend, um ausreichend Energie für die wachsende Zahl wissenschaftlicher Experimente und die betrieblichen Anforderungen der Station sicherzustellen. Die erste Demonstration der IROSA-Technologie auf der ISS fand bereits im Juni 2017 statt, und bis heute wurden acht solcher Systeme installiert, was die Forschungskapazität erheblich erhöht. Neben der Energieversorgung arbeitete die Besatzung auch an der Verbesserung des Lebenserhaltungssystems. Nichole Ayers und Anne McClain installierten gemeinsam Hardware für den Exploration Potable Water Dispenser, ein Gerät zur Verteilung von Trinkwasser. Wissenschaftler evaluieren derzeit die Technologie dieses Geräts zur Wasserdesinfektion und zur Reduzierung des mikrobiologischen Wachstums, was für Langzeitmissionen von entscheidender Bedeutung ist. Der Spender liefert sowohl Wasser mit Raumtemperatur als auch heißes Wasser für die Zubereitung von Speisen und Getränken, und diese Technologie könnte bei zukünftigen Missionen zum Mond und Mars zum Standard werden.

Biologische Forschung in der Mikrogravitation

Ein wesentlicher Teil der Mission war der Untersuchung der Auswirkungen der Weltraumumgebung auf lebende Organismen gewidmet. Im Rahmen des Experiments Rhodium Plant LIFE untersuchte die Besatzung das Pflanzenwachstum in der Schwerelosigkeit. In speziellen Kanistern innerhalb der Kuppel der Station wurden wilde und gentechnisch veränderte Pflanzen der Acker-Schmalwand (Arabidopsis thaliana) gezüchtet. Ziel der Forschung ist es zu verstehen, wie Strahlung und Mikrogravitation in verschiedenen orbitalen Höhen das Pflanzenwachstum beeinflussen. Die während der Crew-10-Mission gesammelten Daten werden mit den Daten der Polaris-Dawn-Mission verglichen, die tiefer ins All flog und stärkerer Strahlung ausgesetzt war. Ein besseres Verständnis dieser Mechanismen könnte die Techniken des Pflanzenanbaus im Weltraum verbessern, was für zukünftige Langzeitmissionen sowie für die Verbesserung der Landwirtschaft auf der Erde von entscheidender Bedeutung ist.

Die Forschung beschränkte sich nicht auf höhere Pflanzen. Die Astronautin Nichole Ayers arbeitete am Projekt SOPHONSTER, das die Auswirkungen der Mikrogravitation auf den Proteinertrag von Mikroalgen untersucht. Diese einzelligen Organismen sind äußerst nahrhaft; sie sind reich an Aminosäuren, Fettsäuren, B-Vitaminen, Eisen und Ballaststoffen. Mikroalgen könnten während langer Weltraumreisen eine nachhaltige Alternative zu Fleisch und Milchprodukten werden. Neben ihrer Verwendung als Nahrungsquelle könnten sie auch zur Herstellung von Biokraftstoffen und bioaktiven Verbindungen für Medikamente genutzt werden, sowohl im Weltraum als auch auf der Erde.

Die menschliche Gesundheit unter der Lupe

Das Verständnis der Anpassung des menschlichen Körpers an die Bedingungen im Weltraum bleibt eine Priorität. Die Besatzung nahm an einer Reihe von medizinischen Untersuchungen teil. Anne McClain half Takuya Onishi bei der Entnahme von Blutproben. Die Blutanalyse ist ein Standardinstrument, mit dem die NASA kontinuierlich die Gesundheit der Astronauten überwacht, einschließlich der Funktionen des Herz-Kreislauf- und Immunsystems, Veränderungen der Muskel- und Knochenmasse, des Ernährungs- und Stoffwechselstatus sowie des mentalen Zustands. Die Raumfahrtagentur JAXA führte auch die Forschung Cell Gravisensing durch. Obwohl wir wissen, dass einzelne Zellen in unserem Körper auf die Schwerkraft reagieren, ist der Mechanismus dieser Empfindlichkeit noch weitgehend unbekannt. Diese Forschung, an der Takuya Onishi im Labormodul Kibo arbeitete, zielt darauf ab, diesen Mechanismus zu beobachten und zu entdecken. Die Erkenntnisse könnten zu neuen Therapien zur Behandlung von Zuständen wie Muskelatrophie während Raumflügen und Osteoporose auf der Erde führen.

Besondere Aufmerksamkeit wurde auch der Augengesundheit gewidmet. Es ist bekannt, dass ein Aufenthalt im Weltraum zu Veränderungen in der Augenstruktur und Sehkraft führen kann, daher überwachen die Astronauten regelmäßig den Zustand ihrer Augen. Takuya Onishi führte mit Hilfe von Nichole Ayers eine ophthalmologische Untersuchung mittels optischer Kohärenztomographie (OCT) durch. Diese Technologie verwendet reflektiertes Licht, um detaillierte 3D-Bilder der Netzhaut, der Nervenfasern und anderer Augenstrukturen zu erstellen, was eine frühzeitige Erkennung potenzieller Probleme ermöglicht.

Genetik und Alterung auf zellulärer Ebene

Eines der faszinierendsten Experimente war APEX-12, bei dem Takuya Onishi und Nichole Ayers Proben der Acker-Schmalwand sammelten, um die Auswirkungen der Weltraumstrahlung auf die Telomeraktivität zu untersuchen. Telomere sind Schutzkappen an den Enden der Chromosomen, die sich mit jeder Zellteilung verkürzen, was ein Indikator für die zelluläre Alterung ist. Die APEX-12-Forschung könnte die Rolle der Telomere im Alterungsprozess und bei der Krankheitsentwicklung klären und Wissenschaftlern helfen, Pflanzen und andere Organismen auf den Stress von Langzeit-Raumflügen vorzubereiten.

Fortschrittliche Material- und Pharmaforschung

Die Mikrogravitation bietet einzigartige Bedingungen für die Kristallisationsforschung. Anne McClain arbeitete am Advanced Space Experiment Processor-4, einem Gerät, das Forschungen im Bereich der physikalischen Wissenschaften und der Kristallisation ermöglicht. Eine der aktuellen Studien demonstriert eine Technologie, die die Herstellung von Medikamenten während Missionen im tiefen Weltraum ermöglichen und die pharmazeutische Produktion auf der Erde verbessern könnte. Daran knüpft das Experiment ADSEP-Industrial Crystallization Cassette an, an dem Takuya Onishi arbeitete. Dieses Projekt testet neue Hardware, die eine massenhaftere Produktion ermöglicht und die Tür zur kommerziellen Herstellung von Medikamenten und anderen Materialien im Weltraum öffnet.

Nichole Ayers installierte das Gerät Ring Sheared Drop, das die Oberflächenspannung nutzt, um einen Flüssigkeitstropfen zwischen zwei Ringen "einzufangen". Dies ermöglicht die Untersuchung von flüssigen Proteinen ohne Kontakt mit den Behälterwänden, wodurch Wechselwirkungen, die die Ergebnisse beeinflussen könnten, eliminiert werden. Das Experiment Ring Sheared Drop-IBP-2 untersucht das Verhalten von Proteinflüssigkeiten in der Mikrogravitation und testet Computermodelle. Bessere Modelle könnten die Produktionsprozesse für eine neue Generation von Medikamenten zur Behandlung von Krebs und anderen schweren Krankheiten wie Alzheimer verbessern, deren Entwicklung mit der Ansammlung von Proteinplaques in Verbindung gebracht wird.

Neue Technologien und Weltraumbeobachtung

Die Besatzung testete auch neue Technologien, die die Arbeit zukünftiger Astronauten erleichtern werden. Takuya Onishi überwachte die JEM Internal Ball Camera 2, eine frei schwebende, wiederaufladbare Kamera, die Ansichten jenseits der Reichweite der fest installierten Kameras der Station ermöglicht. Die JAXA testet die Fähigkeit dieses kleinen Roboters, Videos und Fotos von wissenschaftlichen Experimenten aufzunehmen, was die wertvolle Zeit der Besatzung für andere Aufgaben freisetzen würde. Im Weltraum debütierte auch eine neue Technologie zur Beobachtung der mikroskopischen Welt. Ein Fluoreszenzmikroskop, bekannt als ELVIS, ermöglichte erstmals die Aufnahme der Bewegung mikroskopischer Algen und Bakterien in 3D. Diese Fähigkeit könnte in verschiedenen Anwendungen nützlich sein, wie z. B. bei der Überwachung der Wasserqualität und der Echtzeit-Erkennung potenziell infektiöser Organismen.

Neben dem Blick durch das Mikroskop hatten die Astronauten einen einzigartigen Blick auf die Erde und die Sonne. Aus einer Höhe von über 400 Kilometern nahm Nichole Ayers ein spektakuläres Foto von gleichzeitigen Blitzen an den Spitzen zweier Gewitterwolken auf. Wissenschaftler verwenden Instrumente auf der ISS, um Blitze und andere Wetterphänomene in der oberen Atmosphäre zu untersuchen, was zum Schutz von Kommunikationssystemen und Flugzeugen beiträgt. Die Besatzung sammelte auch Daten mit dem Instrument CODEX, das die Sonnenkorona beobachtet. Indem es direktes Sonnenlicht blockiert, enthüllt dieser Koronagraph Details in der äußeren Atmosphäre der Sonne. Die Daten helfen Wissenschaftlern, die Quelle des Sonnenwinds zu verstehen – ein ständiger Strom geladener Teilchen von der Sonne, die die Erde bombardieren und Satelliten sowie Stromnetze beeinflussen können.

Bildung und Inspiration

Auf der Station gab es auch Platz für Studentenprojekte. Im Rahmen des von Studenten konzipierten Experiments Nanoracks Module-9 Swiss Chard bereitete Nichole Ayers Reagenzgläser mit Mangoldproben vor. Ziel ist es zu untersuchen, ob sich Größe, Form, Farbe und Nährstoffgehalt von im Weltraum gekeimten Mangoldsamen von denen unterscheiden, die auf der Erde angebaut wurden. Solche Projekte liefern nicht nur wertvolle wissenschaftliche Daten, sondern inspirieren auch eine neue Generation von Wissenschaftlern und Forschern und zeigen, dass der Weltraum für jeden mit einer guten Idee zugänglich ist.