Forschen in SchwerelosigkeitWeightlessness - PDF document

Forschen in SchwerelosigkeitWeightlessness Forschung in Schwerelosigkeit auffolgreiches TEXUS-Programm. Mehrals 30 Jahre sind vergangen, seit amRakete vom Polarkreis aus Forschungs-apparaturen in den Weltraum undschwedischen Kiruna aus wurde dererfolgreichen Wissenschaftsprogramm.Bestehens hat TEXUS (TechnologischeWissenschaft verloren. TEXUS ist eineetwa auf der Internationalen Raum-Auf bis zu zwei TEXUS-FlŸgen proUniversitŠten, anderen Forschungs-fŸr ausgewŠhlte Experimente bereit.In Deutschland wird das ProgrammfŸr Forschung und Technologie, seitf鼀r Wirtschaft und Technologie Ÿberdie DLR Raumfahrt-Agentur in Bonngefšrdert. that is what sums up GermanyÕs suc-carried research equipment from thecination for scientists. TEXUS offersas for the preparation of longer-termnomena in biology, physics, and ma-In Germany, the program was firstResearch and Technology, and fromtry of Economics and Technology, Forschen in Schwerelosigkeit Research in Weightlessness Vorbereitung der TEXUS 42-Nutzlast Prparation of the TEXUS 42 payload Saedtler) Das TEXUS-Pr�ogramm Forschen in Schwerelosigkeit �The TEXUS Program Research in Weightlessness der Wahrnehmung und Verarbeitung vonschen. Sie sind von gro§er Bedeutung fŸr das VerstŠndnis der Verarbeitung vondas bestimmter biotechnologischer Vor-Verbreitung und Entwicklung des Lebens Neue Diagnostikmethoden undTherapien fŸr die Medizin herausragendem Interesse fŸr die Me-dizin. Sie liefern neue Erkenntnisse Ÿberund Kreislaufs sowie des Immunsystems.Da die VerŠnderungen, die Astronautenin Schwerelosigkeit in wenigen Wochenoder Monaten erfahren, dem Alterungs-prozess des Menschen Šhneln, lassen siesich gewisserma§en im Zeitraffer studie-en. Im Gegensatz zum AlterungsprozesserŠnderungen beim Astronau-ten reversibel, so dass auch die RŸckan-passung an die Schwerkraft auf der Erdeuntersucht werden kann. Dieses Wissenkranker Menschen ein. So konnten durchentwickelt werden. fŸr die Medizin, werden auch eine ent- New methods of diagnosis and therapy in medicine Furthermore, such investigations are ofbody, such as muscles and bones, thehuman body, the time required for stud-ing their readaptation to EarthÕs gravity.instruments to measure intraocular pres-we prepare the ground for future long- ESRANGE KontrFoto: SSCFoto: SSC Photo: SSCPhoto: SSC 11 Das TEXUS-Pr�ogramm Forschen in Schwerelosigkeit �The TEXUS Program Research in Weightlessness Das Programm der DLR Raumfahrt- Im Programm ãForschung unter Welt-Raumfahrt-Agentur deutsche Wissen-dert hierbei Biologen, Mediziner, PhysikertŠten, Max-Planck-Instituten und anderenZudem werden im Auftrag des DLR spe-die Anwendung auf der Erde. So trugenErgebnisse aus Weltraumexperimentenfahren im Automobil-Wissenschaftlern die entsprechendenFŸr automatisch ablaufende Versucheder Fallturm in Bremen ochen) zur VerfŸgung. The program of the dustry for the development of equipmentNot infrequently, the resultant innovativeTo study the influence of gravity as a factor, you need to eliminate it entirelymodify its intensity. Depending on thethe Bremen Drop Tower (5 to 9 orbereitungen fŸr den Transport Last preparations for the transport of theTEXUS 43 payload into the launch tower 13 Das TEXUS-Pr�ogramm Forschen in Schwerelosigkeit �The TEXUS Program Research in WeightlessnessIn Germany, the TEXUS program wascreated to prepare for the utilization ofSPACELAB. The first flight of a two-stage13, 1977. Until the first SPACELAB mis- Research onTEXUS: Materialsscience and physics Pioneering work density, many melts tend to segregate.ever, the degree to which alloy compo-prompted researchers to investigate the mixing effect observed proved to be SPACELAB fŸr das amerikanische SpaceShuttle. EuropŠische Astronauten erhiel-ten somit die Chance, im Weltraum fŸrdie Erde zu forschen. HierfŸr hatten Wis-senschaftler eine Vielzahl von Experiment-vorschlŠgen unterbreitet, die sorgfŠltigvorbereitet werden mussten. Zur Vorbereitung der SPACELAB-Nutzungwurde das deutsche TEXUS-Programmder ersten SPACELAB-Mission 1983 bliebenTEXUS-FlŸge fŸr deutsche Wissenschaftlerdie einzige regelmŠ§ige Forschungsmšg-elosigkeit. WŠhrendschaftliche Experimente durchgefŸhrtwurden, gewann ab Mitte der 1980er-Jahre die biologische und biotechnologi- undPhysik Pionierarbeit Eine Aufgabe, die Werkstoffwissenschaftlerseit langem reizt, ist das Schmelzen undzur Entmischung. Wissenschaftler vermu-gestellt werden kšnnten. TatsŠchlich kamungsbestandteile. Die schwerereauf der Erde Ð ãuntenÒ ab, befand sichdafŸr aber innerhalb der anderen. Entmischung nicht-mischbarer Legierungs-schmelzen unter Schwerelosigkeit Demixing of immiscible alloy melts inweightlessness Dieses verblŸffende Ergebnis bewegte dieForscher, bis dahin unbeachtete UrsachenzŸchtung wurde ein unerwartet starkerMischungseffekt beobachtet, wenn einefreie OberflŠche der Schmelze, das hei§t unbedeckt von einer Tiegelwand,Schmelzen an, um mšglichst gro§e, bau-fehlerfreie Halbleiterkristalle mit gleich-mŠ§ig verteilten Dotierstoffen herzustel-len. Dotierstoffe sind Zusatzelemente, dieSchwerelosigkeit sollten auch die Dotier-stoffe gleichmŠ§iger eingelagert werden,da eine turbulente Durchmischung derSchmelze durch Auftriebskonvektionnicht zu erwarten war. Die Resultate warenallerdings auf den ersten Blick eher ent-rungen als auch der ãgestreiftenÒ Kristalleder von den Wissenschaftlern hšchstensvermutet worden, in irdischen Experi-war. Es handelt sich um die sogenannteMarangoni-Konvektion. Auf der Erdekraft-abhŠngige Transportmechanismenbelegt werden, dass der Marangoni-kommt dadurch zustande, dass die grš-§ere OberflŠchenspannung einer kŠlteren Crystal growers use crucible-free melts to produce semiconductor crystals thatare as large and as free as possible fromdesired electrical properties to the semi-conductor material. Theoretically, dopingformly in microgravity, as it was not to beglance, however, results were disappoint-geneity.that of the ÒstriatedÒ crystals revealed aogravity, it is the Marangonisurface tension and the surface of a warm-throughout their volume. Formerly, the Legierungen Metalle als Werkstoff besser nutzenzu kšnnen, wurden ihnen schon frŸhzugefŸgt, welche die Werkstoffeigen-te oder Korrosions-gewŸnschte Weise Šndern sollten.Fremdstoffe, die bereits durch dieauf die Werkstoffeigenschaften aus-die Bronze aus Kupfer und Zinn. Alloys In metallurgy, the term alloy desig-enhance the serviceability 14 17 Das TEXUS-Pr�ogramm Forschen in Schwerelosigkeit �The TEXUS Program Research in Weightlessness Physikalische Forschungkeiten und Gasen Seit Beginn der TEXUS-FlŸge interessier-ten sich die Forscher fŸr das VerhaltenSchwerelosigkeit. Fast 40 Prozent allerFluidphysik. Die Wissenschaftler unter-und Kanten benetzen oder durch einekapillare Anordnung stršmen. Die bis Ende der 1970er-Jahre gŠngigengŠnge beruhten im Wesentlichen darauf,zur FlŸssigkeit durch Auftriebskonvektionund abrei§ende Dampfblasen erfolgt. Daunter Schwerelosigkeit keine KonvektionlŠngeres Sieden ohne Schwerkraft Ÿber-haupt mšglich ist. Brennt der Heizerdurch, sobald er mit Blasen bedeckt ist? auch in Schwerelosigkeit durchaus effek-tiv und ein stationŠres Sieden mšglichauf der Erde nur wenig geringer. Haupt-irdisch dominierende Auftriebskonvektiondurch die Konvektion an der GrenzflŠchekalischen AblŠufen in der Schwerelosigkeit.VorgŠnge jedoch noch nicht endgŸltig Physical researchand gases of liquids and gases in microgravity. Almostthrough a capillary arrangement.all. Will the heating element burn out asVery early on, TEXUS research results sho-ocess even in microgravity, and thatstationary boiling is possible. Although lasensieden unter Schwerelosigkeit (links,Erde (rechts) Pool boiling in weightlessness (left, TEXUSexperiment) and in a terrestrial lab (right) 21 Das TEXUS-Pr�ogramm Forschen in Schwerelosigkeit �The TEXUS Program Research in Weightlessness unter verŠnderbaren Schwerkraftbedingungench eine TEXUS-Probenkammer Part of a TEXUS module for videomicroscopytoptopough a TEXUS growth chamber foralgae cells, with the TEXUS launch tower inthe backgrbottombottom Forschung aufTEXUS: Biologie 3,5 Milliarden Jahren hat die Schwerkraft,Auch heute lŠuft das Leben auf der ErdeIhre Bedeutung fŸr viele Funktionen desalso Experimente in SchwerelosigkeitdurchfŸhrt. Auf Forschungsraketen wiesuchungen auf zwei Themenbereiche der Biotechnologie PhŠnomenen kann man aus theoretischenDiese †berlegungen haben in den 1970er-Jahren dazu gefŸhrt, biotechnologischekrogravitation zur Verbesserung bestimm-Wesentlichen betraf dies drei PhŠnomene:ein Verfahren zur Trennung von Mole-kŸlen oder Zellen aufgrund ihrer elektri-die Verschmelzung von Zellen unter-scher Impulse (Elektrozellfusion) Research onTEXUS: Biology about 3.5 billion years ago. Even today,life is permanently influenced by gravity.We can explore its significance for manyinate it entirely, i.e. when we conducttechnology and gravitational biology. Biotechnology biological processes. Essentially, threeand proteins to produce larger and moreuniform crystals. 23 Das TEXUS-Pr�ogramm Forschen in Schwerelosigkeit �The TEXUS Program Research in Weightlessness grundlage fŸr weitere Organismen ein-kraft erwies sich als treibende Kraft fŸrwebe wurden entwickelt, um sich gegentungsfŠhige Wahrnehmungs- und Reak-unten in die Erde und die der Sprossenach oben zum Licht erfordert hochemp-plexe Signalverarbeitung. Diese wurde inden letzten Jahren nicht zuletzt durchWeltraumexperimente deutscher Wissen-aufgeklŠrt. Die als Gravitropismus bezeich-nach der Schwerkraft wird durch wenigeZellen kontrolliert, die einen speziellenApparat fŸr die Schwerkraftwahrnehmungbesitzen. So etwa richten sich Getreide-zu Boden gedrŸckt wurden. Einzellige wurzelŠhnliche Strukturendenen die zugrunde liegenden zellulŠrendass schwere zellinterne Partikel, soge-gewichtsposition gehalten werden. Jedewirkt eine Verlagerung dieser Partikel,wodurch SensormolekŸle in der Zell-membran, die Gravirezeptoren, aktiviertŠhnlicher Wahrnehmungsmechanismus mechanism for detecting gravity. Thus,automatically. It was found that themonocellular root-like structures (rhizo-respect to the direction of gravity. ie Videomikroskopie von Algenzellen wirdwŠhrend des TEXUS 43-Fluges vom Wissen- During the TEXUS 43 mission videomicroscopyof algae cells is controlled by the scientist viatelecommand Das TEXUS-Pr�ogramm Forschen in Schwerelosigkeit �The TEXUS Program Research in Weightlessness Nr.Startdatumkmkm딀minminExperimenteTrŠgerrakete Material-Wissenschaften u. PhysikBiowissenschaften No.Launch datekmkmminminExperimentsLauncher Materials science and physicsLife sciences eplant / lanned 4507.02.200825006:0021VSB-304421.01.200825006:0022VSB-30durchgefŸhrt / completed 4311.05.200624805:4712VSB-304201.12.200526406:2030VSB-304102.12.200423005:2822Skylark 74008.04.200324605:5713Skylark 73Skylark 73802.04.200025005:5221Skylark 73607.02.199823805:4531Skylark 73524.11.199627006:1923Skylark 73330.11.199426706:1040Skylark 73205.05.199423506:0042Skylark 73001.05.199322405:5024Skylark 72922.11.199222905:3462Skylark 72823.11.199123905:4715Skylark 72715.11.199024906:0742Skylark 723505:4162Skylark 713.05.199024405:4333Skylark 706.12.198924405:5621Skylark 72325.11.198925006:0532Skylark 71Skylark 72130.04.198926806:3032Skylark 72002.12.198823705:5271Skylark 71928.11.198824406:0092Skylark 714Nike-Black Brant1702.05.198828506:4332Nike-Black Brant1623.11.1987Fehler in der 2. RaketenstufeSkylark 71509.05.1987 Malfunction in the 2nd stage 14B03.05.198725206:0482Skylark 71330.04.198624605:5972Skylark 71127.04.198526606:2261Skylark 71015.05.198424206:0860Skylark 7903.05.198425806:1990Skylark 7813.05.198326406:1770Skylark 705.05.198322705:3080Skylark 7608.05.198225605:59110Skylark 7529.04.198225605:5591Skylark 7408.05.198125806:1471Skylark 725306:1491Skylark 7216.11.197826506:2180Skylark 706:0490Skylark 7 Mittel: 250Mittel: 6:00Summe: 202Summe: 64 TotalTotal Die TEXUS-Missionen 1977-2007 / TEXUS missions 1977-2007 ESRANGE (European Space Range) imnordschwedischen Lappland ist derwichtigste zivile Startplatz fŸr euro-tosphŠrenballone sowie die Erdfunk-stelle fŸr etwa 25 geostationŠre undpolar-umlaufende Satelliten. DasWeltraumzentrum liegt etwa 150Kilometer nšrdlich des PolarkreisesQuadratkilometer gro§en GelŠndeam Fluss Vittangi die gesamte Boden-stationen zur DurchfŸhrung derMissionen. Nšrdlich von ESRANGEmeter gro§es menschenleeres Gebietin der schwedischen Tundra an, ingeborgen werden kšnnen. ESRANGE wurde 1966 von der EuropeanSpace ResearESROESROeiner der VorlŠuferorganisationen derEigentum Ÿber und wird seitdem von Deutschland, Frankreich, Schweden,Sonderkonditionen. Zu den Nutzern vonESRANGE gehšren zudem zahlreiche on the Vittangi River accommodatesthe entire ground infrastructure need- ESROESRO픀s pre-To secure the ongoing maintenance ofland, which form a solidary communityspecial terms in return for their pay-More than 450 research rockets have 28 ESRANGE ESRANGE HauptgebŠude ESRANGE main building tartbereich (rechts) leftleft 29 Das TEXUS-Pr�ogramm ESRANGE �The TEXUS Program ESRANGE Seit 1966 wurden von ESRANGE ausdem deutsch-europŠischen TEXUS-Programm. Bei dem pyramidenfšrmigenmilitŠrische TrŠgersysteme ist dies derind und den arktischen Temperaturenim Winter, durchgefŸhrt werden. Erstwenige Sekunden vor dem Start werdender ãSchornsteinÒ an der Spitze des Ge-bŠudes fŸr die Rakete sowie andere Klap-pen zum Freisetzen der Abgase gešffnet. Partner und betei t-Agentur, Bonn unter WeltraumbedingungenÒ. Das deut-sche Raumfahrtprogramm wird im Auf-einzelnen Missionen aus, fšrdert deutscheWissenschaftler, stellt die benštigtenGelder bereit und vergibt die AuftrŠgeund steuert die DurchfŸhrung dieser www.dlr.de/rd tower from which these rockets are firedfrom the silos for military missiles, this iswinter. The tube that permits the rocket Partners and participating organizations DLR Space AgencyBonn minutes of microgravity, TEXUS forms aspace program. Consequently, it is DLR www.dlr.de/rd/en/ ESRANGE Hotel: Die Flaggen der teilnehmen- SRANGE Hotel: Flags of participating countries and organizations in front of theguest house ESA/ESTEC, Noordwijk DLR und ESA treten auch im TEXUS-Pro-werden in enger Kooperation zwischenbeiden Agenturen abgestimmt. So wurdenund werden ãreineÒ DLR- oder ESA-Mis-Experimenten als ãTeilbeitragÒ der jeweilsanderen Agentur realisiert. Bei der Durch-ger Tage ergeben sich fŸr beide AgenturenSynergieeffekte, die zu wesentlichenKosteneinsparungen fŸhren. http://spaceflight.esa.int/SNSB & SSC Das Swedish National Space BoardSNSBSNSB,die das schwedische Raumfahrtprogrammformuliert und koordiniert. ein staatliches Unternehmen, das mit derUmsetzung des Raumfahrtprogrammsbeauftragt ist. SSC betreibt den Start-eil der erforderlichen BodeninfrastrukturfŸr die TEXUS-Missionen zur VerfŸgung.gesamte MissionsdurchfŸhrung von derVorbereitung bis zur Bergung der Nutzlast. www.snsb.se ESA/ESTEC, Noordwijk DLR and ESA appear as partners in theTEXUS program. Flight experiments areÒpurelyÒ DLR or ESA may be realized aswell as flights to which individual experi-paignsÒ, in which two missions arcon-ducted within a few days, yield synergyeffects for both agencies that result in http://spaceflight.esa.int/SNSB and SSC ound infrastructure required for thepreparatory stage to the recovery of the www.snsb.sewww.ssc.se 30 35 Impressum Imprint Herausgeber Published by und Raumfahrt e.V. German Aerospace Center Raumfahrt-AgenturSpace Agency Anschrift Address Kšnigswinterer Stra§e 522-524 Redaktion Editorial office DrOtfried Joop, Dr Autoren Authors Dr. Peter Preu, Dr. Rainer Kuhl, Prof. Dr. GŸnter Ruyters, Dr. Markus Braun,Dr. Rainer Forke Bilder Images -Threde, SSC, Engler, W. Saedtler Gestaltung Design CD Werbeagentur GmbH,Troisdorf Druck Printing Druckerei Thierbach KG, Drucklegung Press date Abdruck (auch von Teilen) oder sonstige Reproduction in whole or in part or any other use is subject to prior permission from the German Aerospace Center DLRDLR www.DLR.de Das TEXUS-Pr�ogramm Forschen in Schwerelosigkeit �The TEXUS Program Research in Weightlessness Nr.Startdatumkmkm딀minminExperimenteTrŠgerrakete Material-Wissenschaften u. PhysikBiowissenschaften No.Launch datekmkmminminExperimentsLauncher Materials science and physicsLife sciences eplant / lanned 4507.02.200825006:0021VSB-304431.01.200825006:0022VSB-30durchgefŸhrt / completed 4311.05.200624805:4712VSB-304201.12.200526406:2030VSB-304102.12.200423005:2822Skylark 74008.04.200324605:5713Skylark 73Skylark 73802.04.200025005:5221Skylark 73607.02.199823805:4531Skylark 73524.11.199627006:1923Skylark 73330.11.199426706:1040Skylark 73205.05.199423506:0042Skylark 73001.05.199322405:5024Skylark 72922.11.199222905:3462Skylark 72823.11.199123905:4715Skylark 72715.11.199024906:0742Skylark 723505:4162Skylark 713.05.199024405:4333Skylark 706.12.198924405:5621Skylark 72325.11.198925006:0532Skylark 71Skylark 72130.04.198926806:3032Skylark 72002.12.198823705:5271Skylark 71928.11.198824406:0092Skylark 714Nike-Black Brant1702.05.198828506:4332Nike-Black Brant1623.11.1987Fehler in der 2. RaketenstufeSkylark 71509.05.1987 Malfunction in the 2nd stage 14B03.05.198725206:0482Skylark 71330.04.198624605:5972Skylark 71127.04.198526606:2261Skylark 71015.05.198424206:0860Skylark 7903.05.198425806:1990Skylark 7813.05.198326406:1770Skylark 705.05.198322705:3080Skylark 7608.05.198225605:59110Skylark 7529.04.198225605:5591Skylark 7408.05.198125806:1471Skylark 725306:1491Skylark 7216.11.197826506:2180Skylark 706:0490Skylark 7 Mittel: 250Mittel: 6:00Summe: 202Summe: 64 TotalTotal Die TEXUS-Missionen 1977-2007 / TEXUS missions 1977-2007