Raumlabor Columbus

Es soll die perfekte Kugel werden. Ohne den Einfluss der Schwerkraft, von elektromagnetischen Feldern aufgeheizt und in der Schwebe gehalten, wird der 1.500 Grad Celsius heiße Metalltropfen ein vollkommenes Rund bilden. Wenn ihn dieselben Felder in eine andere Form zwingen, so verrät die Abweichung vom Ideal etwas über die inneren Kräfte der Schmelze.

Der Materialforscher Professor Dr. Andreas Meyer vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Köln will es ganz genau wissen: wie sich die Legierung aus Titan und Aluminium ausdehnt, wenn sie erwärmt wird, welche Oberflächenspannung sie hat, wie zäh sie ist. Er will auch wissen, welchen Ein- fluss Strömungen und die Konzentration der einzelnen Elemente auf die Erstarrung von Schmelzen haben. All dies soll künftig helfen, exaktere Computermodelle für die Simulation von metallischen Gussverfahren zu erstellen. So kann die Entwicklung neuer Materialien und Gießprozesse, zum Beispiel für extrem belastete Turbinenschaufeln oder Motorblöcke, beschleunigt werden. „Wir untersuchen nicht den Einfluss der Schwerelosigkeit auf diese physikalischen Abläufe, sondern wollen die störende Wirkung auf den Materialfluss in der Schmelze unterdrücken“, erläutert Meyer. Er leitet beim DLR das Institut für Materialphysik im Weltraum. Weil es keine Maschine gibt, die die Schwerkraft ausschalten kann, brauchen die Forscher die Schwerelosigkeit des Alls. Dort steht ihnen seit Anfang diesen Jahres das Europäische Raumlabor Columbus zur Verfügung. Am 7. Februar 2008 hob Columbus mit dem Space Shuttle Atlantis zur Internationalen Raumstation ISS ab. Bereits vier Tage später wurde es dauerhaft an die ISS montiert und an die Stromversorgung, Klimaanlage und das Computersystem angeschlossen. In dem Modul mit einer Länge von fast sieben und einem Durchmesser von 4,5 Metern ist Platz für bis zu 16 Racks, so heißen die Schränke für die Versuchsaufbauten. Und an der Außenwand bieten Plattformen die Möglichkeit, direkt den Einfluss des freien Weltraums zu untersuchen. 880 Millionen Euro haben die Europäer investiert und damit einen Anspruch auf 51 Prozent der Laborkapazitäten. „Um Columbus in seinen geplanten zehn Lebensjahren möglichst ef- fizient zu nutzen, werden nur die allerwichtigsten Experimente für das Raumlabor ausgewählt“, sagt Andreas Meyer. In einem harten europäischen Wettbewerb. Ohne regen internationalen Austausch und intensive Kooperationen hätte da kein Projekt eine Chance, meint der Physiker.

130 Experimente sind bereits geplant. Schon wenige Tage nach Andocken an die ISS haben die ersten Versuche begonnen. Im Biolab wird beispielsweise mit molekularbiologischen Methoden untersucht, wie Mikroorganismen, Pflanzen und wirbellose Tiere Schwerkraft wahrnehmen und verarbeiten. Federführend bei der Analyse der Weltraumstrahlung und ihrer Auswirkung auf den Organismus des Menschen ist der DLR-Forscher Rupert Gerzer, der in Köln das Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin leitet. Physiker und Ingenieure interessieren sich dagegen für unbelebte Materie. Im Projekt Geoflow wollen sie zum Beispiel anhand eines kleinen Modells die Strömungen im flüssigen äußeren Erdkern besser verstehen. Noch nicht mit an Bord ist der Levitator, der die elektromagnetischen Felder für die perfekte Schmelzkugel erzeugen soll. Für den Materialforscher Meyer, dessen Institut an zehn Projekten beteiligt ist und fünf davon leitet, beginnen die Experimente im Weltraum erst 2009 und 2011. „Wir sind aber jetzt schon für Columbus im Einsatz, denn die Vorarbeiten laufen auf Hochtouren“, erzählt Meyer. Außerdem ist sein Institut im Auftrag der ESA für die Vorbereitung und Durchführung aller Experimente im Materials Science Lab des Raumlabors verantwortlich. Auf Parabelflügen und mit eins-zu-eins-Bodenmodellen werden alle Aufbauten akribisch getestet und automatisiert, um den Astronauten im All die Arbeit möglichst leicht zu machen. Denn deren Zeit ist knapp bemessen. Das meiste wird von der Bodenstation in Köln aus kontrolliert und durchgeführt. Vom europäischen Columbus-Kontrollzentrum in Oberpfaffenhofen aus leitet das DLR auch den Gesamtbetrieb des Weltraumlabors. Obwohl der gerade erst begonnen hat, müssen die Forscher schon weiter denken: „Unser Ziel ist es ja nicht, Wissenschaft im Weltraum zu machen“, betont Meyer. „Wir wollen die einzigartige, aber zeitlich und räumlich beschränkte Ressource Weltraum nutzen, um die Wissenschaft entscheidende Schritte voran zu bringen und für künftige Experimente auf der Erde zu lernen.“ Für die Zeit nach Columbus