Nach einem mehrmonatigen, wissenschaftlich intensiven Aufenthalt auf der Internationalen Raumstation (ISS) bereitet sich die Mission NASA SpaceX Crew-10 auf ihre Rückkehr zur Erde vor. Die Besatzung, bestehend aus den erfahrenen NASA-Astronauten Anne McClain und Nichole Ayers, dem japanischen Astronauten Takuya Onishi von der JAXA und dem Roskosmos-Kosmonauten Kirill Peskov, soll Anfang August zurückkehren und damit eine der produktivsten wissenschaftlichen Expeditionen der jüngeren Geschichte abschließen. Während ihrer Langzeitmission führten die Astronauten Dutzende von entscheidenden Experimenten und Technologiedemonstrationen durch, verschoben die Grenzen des menschlichen Wissens und bereiteten die Menschheit auf zukünftige, noch ehrgeizigere Weltraumunternehmungen wie eine Reise zum Mars vor. Ihre Arbeit umfasste ein breites Spektrum an Disziplinen, von Biotechnologie und Agrarwissenschaft bis hin zu Physik und Medizin, und die Ergebnisse ihrer Forschung werden weitreichende Konsequenzen nicht nur für zukünftige Astronauten, sondern auch für das Leben auf der Erde haben.

Revolution in der Weltraumlandwirtschaft und Ernährung

Einer der Hauptschwerpunkte der Crew-10-Mission war die Suche nach nachhaltigen Wegen zum Anbau von Nahrungsmitteln im Weltraum, was eine Voraussetzung für Langzeitmissionen jenseits der erdnahen Umlaufbahn ist. Im Rahmen des Experiments Rhodium Plant LIFE beobachteten die Astronauten das Wachstum der Pflanze Arabidopsis thaliana, bekannt als Acker-Schmalwand, um die kombinierten Auswirkungen von Weltraumstrahlung und Mikrogravitation auf die Pflanzenentwicklung zu untersuchen. Durch den Vergleich der Daten mit Pflanzen, die auf der Polaris Dawn-Mission geflogen sind, die wesentlich höhere Umlaufbahnen erreichte und stärkerer Strahlung ausgesetzt war, hoffen die Wissenschaftler, die grundlegenden Mechanismen zu entdecken, die das Pflanzenwachstum unter extremen Bedingungen steuern. Das Verständnis dieser Prozesse könnte zur Entwicklung gentechnisch veränderter Nutzpflanzen führen, die widerstandsfähiger gegen Stress sind, sowohl im Weltraum als auch auf der Erde in von Klimawandel betroffenen Gebieten.

In eine ähnliche Richtung ging das Experiment APEX-12, bei dem Takuya Onishi und Nichole Ayers die Auswirkungen der Weltraumstrahlung auf Telomere, die Schutzkappen an den Enden der Chromosomen, analysierten. Telomere verkürzen sich bei jeder Zellteilung auf natürliche Weise, was einer der Hauptindikatoren für die zelluläre Alterung ist. Die Forschung an der Acker-Schmalwand könnte Aufschluss darüber geben, wie Weltraumbedingungen den Alterungsprozess auf molekularer Ebene beschleunigen, und somit wichtige Erkenntnisse für die Entwicklung von Therapien gegen altersbedingte Krankheiten und Methoden zum Schutz der Gesundheit von Astronauten liefern. Im Rahmen der Mission wurde auch ein Studentenexperiment, Nanoracks Module-9, durchgeführt, das die Keimung von Mangoldsamen im Weltraum untersuchte und deren Form, Größe und Nährstoffzusammensetzung mit auf der Erde gezüchteten verglich. Solche Projekte liefern nicht nur wertvolle Daten, sondern inspirieren auch eine neue Generation von Wissenschaftlern.

Besondere Aufmerksamkeit widmete die Besatzung den Mikroalgen als potenzielle Nahrungsquelle der Zukunft. Im Rahmen der SOPHONSTER-Studie verarbeitete die Astronautin Nichole Ayers Mikroalgenproben im Space Automated Bioproduct Laboratory. Diese mikroskopisch kleinen Pflanzen sind äußerst nahrhaft, reich an Proteinen, Aminosäuren, Vitaminen der B-Gruppe und Eisen. Ihr Anbau erfordert nicht viel Platz und Ressourcen, und sie könnten bei mehrjährigen Reisen zu einem nachhaltigen Ersatz für Fleisch und Milchprodukte werden. Neben der Nahrung haben Mikroalgen das Potenzial zur Herstellung von Biokraftstoffen und bioaktiven Verbindungen für Medikamente, wodurch ein geschlossenes, sich selbst erhaltendes System für das Leben im Weltraum geschaffen würde.

Erforschung des menschlichen Körpers unter extremen Bedingungen

Ein längerer Aufenthalt in der Mikrogravitation hat erhebliche Auswirkungen auf den menschlichen Körper, und das Verstehen und Abmildern dieser Effekte ist eine Priorität der NASA. Die Besatzung von Crew-10 nahm an einer Reihe von fortlaufenden Studien zur Gesundheitsüberwachung teil. Anne McClain und Takuya Onishi sammelten regelmäßig Blutproben, die analysiert werden, um Veränderungen im Herz-Kreislauf- und Immunsystem, den Verlust von Knochen- und Muskelmasse sowie den Ernährungs- und Stoffwechselstatus zu verfolgen. Diese Daten sind entscheidend für die Entwicklung von Gegenmaßnahmen, die es den Astronauten ermöglichen, während einer Reise zum Mars und zurück gesund und funktionstüchtig zu bleiben.

Besonderer Wert wurde auf den Schutz des Sehvermögens gelegt. Es ist bekannt, dass Raumflüge Veränderungen in der Augenstruktur und der Sehschärfe verursachen können, ein Zustand, der als SANS (Space-Associated Neuro-ocular Syndrome) bekannt ist. Takuya Onishi führte mit Hilfe von Nichole Ayers regelmäßige Augenuntersuchungen mit der Technologie der optischen Kohärenztomographie (OCT) durch. Dieses Gerät verwendet reflektiertes Licht, um detaillierte, dreidimensionale Bilder der Netzhaut und des Sehnervs zu erstellen, was die Früherkennung und Überwachung subtiler Veränderungen ermöglicht. Die Erkenntnisse aus dieser Forschung helfen, das Sehvermögen der Astronauten zu schützen, aber auch bei der Diagnose von Augenkrankheiten auf der Erde.

Auf der fundamentalsten Ebene versuchte das JAXA-Experiment Cell Gravisensing zu entschlüsseln, wie einzelne Zellen in unserem Körper überhaupt die Schwerkraft wahrnehmen. Obwohl bekannt ist, dass Zellen auf Veränderungen der Gravitationskräfte reagieren, ist der genaue Mechanismus immer noch ein Rätsel. Takuya Onishi verarbeitete Proben im japanischen Kibo-Modul, mit dem Ziel, Veränderungen im zellulären Zytoskelett zu beobachten. Die Entdeckung dieses Mechanismus könnte zu revolutionären Therapien zur Behandlung von Zuständen wie Muskelatrophie und Osteoporose führen, Krankheiten, die nicht nur Astronauten, sondern auch Millionen von Menschen auf der Erde betreffen, insbesondere die ältere Bevölkerung.

Modernisierung der Station und Technologie für die Zukunft

Damit die Internationale Raumstation ein erstklassiges wissenschaftliches Labor bleibt, sind ständige Modernisierungen erforderlich. Eine der wichtigsten Aufgaben der Crew-10-Mission war ein Weltraumausstieg der Astronautin Anne McClain zur Installation neuer Solarmodule, bekannt als IROSA (International Space Station Roll-Out Solar Array). Diese neuen, flexiblen Solarmodule sind kompakter und wesentlich effizienter als die ursprünglichen, und ihre Installation erhöht die verfügbare elektrische Energie um 20-30%. Mehr Energie bedeutet mehr Raum für komplexe wissenschaftliche Forschung und Unterstützung für zukünftige kommerzielle Module auf der Station.

Die Besatzung arbeitete auch an der Installation eines neuen Systems zur Reinigung und Verteilung von Trinkwasser, dem Exploration Potable Water Dispenser. Dieses Gerät testet eine fortschrittliche Technologie zur Wasserdesinfektion und zur Reduzierung des mikrobiellen Wachstums und stellt heißes und kaltes Wasser zum Trinken und zur Zubereitung von Speisen bereit. Die für dieses System entwickelte Technologie wird für zukünftige Missionen im tiefen Weltraum von entscheidender Bedeutung sein, wo die Wasserwiederverwertung von vitaler Bedeutung ist.

Im Inneren der Station testeten die Astronauten auch neue technologische Assistenten. Takuya Onishi überwachte den Betrieb einer frei schwebenden, kugelförmigen Kamera, der JEM Internal Ball Camera 2. Dieser kleine, autonome Roboter kann Videos und Fotos von wissenschaftlichen Experimenten aus einzigartigen Blickwinkeln aufnehmen und so die Zeit der Besatzung für andere, wichtigere Aufgaben freimachen. Andererseits brachte das Fluoreszenzmikroskop ELVIS eine neue Fähigkeit zur Beobachtung der Bewegung von mikroskopischen Algen und Bakterien in 3D. Diese Technologie könnte zur Echtzeit-Überwachung der Wasserqualität oder zur schnellen Erkennung potenziell infektiöser Organismen eingesetzt werden.

Vom Mikrokosmos zur Sonnenkorona: Wissenschaftliche Durchbrüche

Die Mikrogravitation bietet einzigartige Bedingungen für Forschungen, die auf der Erde unmöglich sind. Das Experiment Ring Sheared Drop-IBP-2 verwendete ein spezielles Gerät, das mithilfe der Oberflächenspannung einen Flüssigkeitstropfen zwischen zwei Ringen festhält. Dadurch wird der Kontakt mit den festen Behälterwänden vermieden, was die Untersuchung des Verhaltens von flüssigen Proteinen in ihrer reinen Form ermöglicht. Diese Forschung konzentriert sich auf die Bildung von Amyloid-Fasern, Proteinablagerungen, die mit neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer in Verbindung gebracht werden. Ein besseres Verständnis dieses Prozesses könnte die Entwicklung neuer Medikamente beschleunigen.

In eine ähnliche Richtung gehen die Kristallisationsexperimente im Advanced Space Experiment Processor-4. Anne McClain arbeitete an einer Forschung, die eine Technologie für die mögliche Herstellung von Arzneimitteln während Missionen im tiefen Weltraum demonstriert. Ein Upgrade dieses Systems, die ADSEP-Industrial Crystallization Cassette, testet Hardware, die eine massenhaftere Produktion ermöglicht und so die Tür zur kommerziellen Produktion perfekter Kristalle für die Pharma- und Materialindustrie im Weltraum öffnet.

Aus einer einzigartigen Perspektive, mehr als 400 Kilometer über der Erde, beobachteten die Astronauten auch unseren Planeten und unseren Stern. Nichole Ayers machte spektakuläre Fotos von Blitzen an den Spitzen von Gewitterwolken und lieferte Daten, die Wissenschaftlern helfen, Phänomene in der oberen Atmosphäre zu verstehen. Gleichzeitig sammelte das Instrument CODEX, das einen Koronographen zur Blockierung des direkten Sonnenlichts verwendet, Daten über die Temperatur der äußeren Atmosphäre der Sonne, der Korona. Das Verständnis der Dynamik der Korona ist entscheidend für die Vorhersage des Sonnenwinds und des Weltraumwetters, das Satelliten, Kommunikationssysteme und Stromnetze auf der Erde gefährden kann.