Nach fast sechs Monaten im Orbit an Bord der Internationalen Raumstation (ISS) sind die vier Astronauten der NASA- und SpaceX-Mission Crew-10 sicher zur Erde zurückgekehrt. Ihre Landung im Pazifischen Ozean vor der Küste Kaliforniens Mitte August 2025 markierte den erfolgreichen Abschluss einer langwierigen wissenschaftlichen Expedition, die Dutzende von Untersuchungen unter der Schirmherrschaft des ISS National Laboratory umfasste. Diese Mission, die fast ein halbes Jahr dauerte, brachte bedeutende Fortschritte in verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen, die revolutionäre Anwendungen auf der Erde versprechen und neue Horizonte für zukünftige Weltraumunternehmungen eröffnen.

Die NASA-Astronauten Anne McClain und Nichole Ayers, der Astronaut der Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) Takuya Onishi und der Roskosmos-Kosmonaut Kirill Peskov spielten eine Schlüsselrolle bei der Förderung der Wissenschaft im Weltraum. Ihre engagierte Arbeit umfasste ein breites Spektrum von Bereichen, darunter biomedizinische Forschung, Physik und Materialwissenschaften, Demonstrationen neuer Technologien sowie von Studenten entworfene Experimente. Durch ihre Aktivitäten trugen sie dazu bei, die Grenzen der Entdeckungen in der niedrigen Erdumlaufbahn (LEO) zu erweitern, mit dem Ziel, das Leben auf der Erde zu verbessern und eine nachhaltige und robuste Weltraumwirtschaft zu unterstützen. Die internationale Zusammenarbeit auf der ISS, die Experten aus verschiedenen Ländern zusammenbringt, hat sich als unschätzbares Modell zur Lösung globaler Herausforderungen und zur Förderung von Innovationen erwiesen.

Innovative Nanomaterialien für die Medizin: Janus-Basen in der Schwerelosigkeit

Eines der vielversprechendsten Projekte, an dem die Besatzung arbeitete, stammt von der University of Connecticut und dem Unternehmen Eascra Biotech in Partnerschaft mit Axiom Space. Ziel dieser Forschung ist es, die Bedingungen der Mikrogravitation zu nutzen, um die Herstellung von Janus-Basen-Nanomaterialien zu verbessern. Diese einzigartigen Materialien, benannt nach dem römischen Gott Janus mit zwei Gesichtern, besitzen eine asymmetrische Struktur mit zwei unterschiedlichen Oberflächen, die es ihnen ermöglicht, gleichzeitig verschiedene Funktionen auszuführen. Auf der Erde wird ihre Herstellung oft durch Gravitationskräfte behindert, die die Selbstorganisation beeinflussen und zu Defekten führen. In der Mikrogravitation, wo die Gravitationseinflüsse minimal sind, wird eine präzisere und kontrolliertere Synthese dieser Nanomaterialien erwartet, was zur Herstellung von Materialien mit verbesserten Eigenschaften und höherer Reinheit führen könnte.

Die potenzielle Anwendung von Janus-Basen-Nanomaterialien ist außerordentlich breit, mit einem besonderen Schwerpunkt auf der Behandlung von Krankheiten wie Osteoarthritis und Krebs. Im Kontext der Osteoarthritis könnten diese Nanomaterialien zur gezielten Verabreichung von Medikamenten direkt in die geschädigten Gelenke eingesetzt werden, um die Knorpelregeneration zu fördern und Entzündungen zu reduzieren. Bei der Krebsbehandlung könnten Janus-Partikel so konzipiert werden, dass sie Tumorzellen präzise erkennen und zerstören, während der Schaden am gesunden Gewebe minimiert wird. Ihre Fähigkeit, gleichzeitig verschiedene Moleküle zu tragen – eines zur Zielerkennung, ein anderes für die therapeutische Wirkung – macht sie zu idealen Kandidaten für fortschrittliche Therapien. Dieses Projekt baut auf früheren Forschungen auf der ISS auf und wird durch das In-Space Production Applications (InSPA)-Programm der NASA finanziert, das darauf abzielt, weltraumgestützte Produktionsaktivitäten zu demonstrieren und zu entwickeln, die einen erheblichen wirtschaftlichen Einfluss auf der Erde haben können.

Herausforderungen in der pharmazeutischen Produktion lösen: Proteinaggregation

Mehrere Projekte wurden von der US-amerikanischen National Science Foundation (NSF) finanziert, die eine langjährige Partnerschaft mit dem ISS National Laboratory unterhält, um die Grundlagenforschung im orbitalen Labor voranzutreiben. Eines dieser Projekte, das vom Rensselaer Polytechnic Institute in Zusammenarbeit mit Tec-Masters durchgeführt wird, baut auf früheren Forschungen auf, um besser zu verstehen, warum es während der pharmazeutischen Herstellung zur Proteinaggregation kommt. Die Proteinaggregation stellt eine erhebliche Herausforderung in der Industrie dar, da sie die Wirksamkeit von Medikamenten verringern, unerwünschte Immunreaktionen bei Patienten hervorrufen und die Lagerung und den Transport von pharmazeutischen Produkten erschweren kann.

Auf der Erde erschweren Schwerkraft und Konvektionsströme die genaue Beobachtung der Anfangsstadien der Proteinaggregation. In der mikrogravitativen Umgebung der ISS können Wissenschaftler diese Störungen eliminieren und die Prozesse der Proteinfaltung und -aggregation auf molekularer Ebene genauer untersuchen. Das Verständnis dieser Mechanismen ist entscheidend für die Entwicklung stabilerer und wirksamerer Medikamente, insbesondere biologischer Medikamente, die bei der Behandlung verschiedener Krankheiten, von Autoimmunerkrankungen bis hin zu Krebs, immer wichtiger werden. Die auf der ISS gesammelten Daten werden es Pharmaunternehmen ermöglichen, Medikamentenformulierungen zu optimieren, ihre Haltbarkeit zu verlängern und eine größere Sicherheit für die Patienten zu gewährleisten.

Materialien für die Robotik der Zukunft: Das Phänomen der Flüssigkeitstrennung

Forscher der University of California, Santa Barbara, untersuchen in Zusammenarbeit mit Redwire Space Technologies das Phänomen der Flüssigkeitstrennung, das zur Herstellung von Materialien für eine realistischere Robotik genutzt werden könnte. In der Schwerelosigkeit ändert sich das Verhalten von Flüssigkeiten drastisch; die Oberflächenspannung wird zur dominanten Kraft, und Effekte wie der Marangoni-Effekt (bei dem sich Flüssigkeiten aufgrund von Unterschieden in der Oberflächenspannung bewegen) treten in den Vordergrund. Durch die Kontrolle dieser Phänomene können Wissenschaftler Flüssigkeiten auf eine Weise manipulieren, die auf der Erde unmöglich ist.

Diese Forschung öffnet die Tür zur Entwicklung neuer Verbundwerkstoffe mit einzigartigen Eigenschaften, wie der Fähigkeit zur Selbstheilung, variabler Steifigkeit oder anpassungsfähiger Textur. Solche Materialien sind der Schlüssel für die nächste Generation der „weichen Robotik“ (Soft Robotics), die darauf abzielt, Roboter zu schaffen, die flexibel, anpassungsfähig und sicher für die Interaktion mit Menschen sind. Stellen Sie sich Roboter mit einer Haut vor, die ihre Textur ändern kann, oder Gliedmaßen, die sich der Form der von ihnen ergriffenen Objekte anpassen können. Diese Innovationen könnten in der Medizin (z. B. fortschrittliche Prothetik), der Forschung (flexible Roboter zur Erkundung unzugänglicher Gebiete) und der Industrie (Roboter für filigrane Manipulationen) Anwendung finden. Das Verständnis und die Kontrolle der Flüssigkeitstrennung im Weltraum liefern unschätzbare Einblicke in die fundamentalen Prinzipien der Fluidphysik mit weitreichenden Auswirkungen auf die Werkstofftechnik.

ELVIS: Ein holographisches Mikroskop auf der Suche nach Leben außerhalb der Erde

Auf der Suche nach Leben außerhalb der Erde spielt die Technologie eine entscheidende Rolle. Das ELVIS-System (Extant Life Volumetric Imaging System) könnte diese Suche erheblich verbessern. Wissenschaftler der Portland State University haben in Zusammenarbeit mit dem Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Südkalifornien und dem Unternehmen Teledyne Brown Engineering, Inc. ein neues holographisches Mikroskop getestet – ELVIS –, das es Wissenschaftlern ermöglichen würde, die Anpassungsfähigkeit des Lebens unter extremen Bedingungen zu untersuchen. Die holographische Mikroskopie ermöglicht die dreidimensionale Abbildung von Mikroorganismen, ohne dass Proben physisch geschnitten werden müssen, was für die Erhaltung der Integrität empfindlicher biologischer Proben entscheidend ist.

ELVIS wurde entwickelt, um Mikroorganismen in flüssigen Proben auch bei sehr geringen Konzentrationen zu detektieren und zu charakterisieren. Seine Fähigkeit, detaillierte 3D-Bilder zu erstellen, ermöglicht es Forschern, die Morphologie, Bewegung und Interaktionen von Mikroben in Echtzeit zu untersuchen. Diese Technologie ist besonders relevant für zukünftige Missionen zu Monden mit unterirdischen Ozeanen wie Europa (ein Jupitermond) oder Enceladus (ein Saturnmond), wo Leben in aquatischen Umgebungen existieren könnte. Das Testen von ELVIS auf der ISS, wo extreme Bedingungen wie Strahlung und Mikrogravitation herrschen, liefert wertvolle Daten über seine Leistung und Zuverlässigkeit in einer Weltraumumgebung. Die Untersuchung von Extremophilen (Organismen, die unter extremen Bedingungen leben) auf der ISS dient auch als Analogon zum Verständnis potenziellen Lebens außerhalb der Erde und bereitet uns auf Entdeckungen vor, die unser Verständnis des Universums verändern könnten.

Das REACCH-System: Kampf gegen den Weltraummüll

Das Problem des Weltraummülls oder „Weltraumschrotts“ wird immer ernster. Tausende inaktive Satelliten, verbrauchte Raketenstufen und Kollisionsfragmente umkreisen die Erde und stellen eine Bedrohung für aktive Satelliten und zukünftige Weltraummissionen dar. In diesem Zusammenhang nutzte das Unternehmen Kall Morris Inc in Partnerschaft mit Voyager Technologies die frei fliegenden Astrobee-Roboter auf der Raumstation, um ihr REACCH-System zu validieren. REACCH verwendet tentakelartige „Arme“ mit Haftpolstern, die denen von Geckos ähneln, um schwebenden Weltraummüll einzufangen. Diese Polster funktionieren nach dem Prinzip der Van-der-Waals-Kräfte und ermöglichen eine sichere und nicht-invasive Haftung auf verschiedenen Oberflächen, ohne Rückstände zu hinterlassen oder Schäden zu verursachen.

Die Astrobee-Roboter, autonome Systeme, die sich frei innerhalb der ISS bewegen, boten eine ideale Plattform, um das REACCH-System in einer kontrollierten Umgebung der Mikrogravitation zu testen. Die Fähigkeit von REACCH, Objekte sanft, aber fest zu ergreifen, ohne mechanische Greifer zu verwenden, die den Schrott beschädigen oder neue Fragmente erzeugen könnten, stellt einen bedeutenden Fortschritt dar. Eine erfolgreiche Demonstration von REACCH auf der ISS ebnet den Weg für die Entwicklung operativer Systeme zur aktiven Beseitigung von Weltraummüll. Der Schutz kritischer Infrastrukturen im Orbit – einschließlich Satelliten für Internetkommunikation, Wettervorhersage, GPS-Navigation und Verteidigung – ist für das moderne Leben und die globale Sicherheit von entscheidender Bedeutung. Ohne wirksame Lösungen für die Bewältigung des Weltraummülls wächst das Risiko von Kaskadenkollisionen (Kessler-Syndrom), die bestimmte Umlaufbahnen für zukünftige Generationen unbrauchbar machen könnten.

Die Zukunft der Forschung in niedrigen Erdumlaufbahnen

Das ISS National Laboratory ist stolz auf die Partnerschaft mit der NASA und internationalen Mitarbeitern, die diese bedeutende Weltraumforschung zum Wohle der Menschheit ermöglicht hat. Die Rückkehr der NASA- und SpaceX-Mission Crew-10 markiert den erfolgreichen Abschluss einer weiteren wissenschaftlichen Expedition im kontinuierlichen Bestreben, den Weltraum als Plattform für Innovationen zu nutzen. Die auf der ISS durchgeführten Forschungen bringen nicht nur unmittelbare Vorteile für das Leben auf der Erde, sondern legen auch den Grundstein für eine langfristige menschliche Präsenz im Weltraum, einschließlich zukünftiger Missionen zum Mond und Mars. Durch solche Missionen dient die ISS weiterhin als unschätzbare Ressource für wissenschaftliche Entdeckungen, technologische Entwicklung und internationale Zusammenarbeit und gestaltet die Zukunft von Forschung und Innovation.

Für weitere Informationen über die Wissenschaft, die die Astronauten während dieser Mission unterstützt haben, besuchen Sie die Startseite des ISS National Laboratory.