Physikalische und Technologische Experimente

Unsere physikalischen Erfahrungen wurden unter Einfluss der Erdgravitation gewonnen, die jedoch viele andere Effekte zu einem großen Teil überdeckt.

In der Schwerelosigkeit auf der ISS werden die gravitationsbedingten Prozesse weitgehend ausgeschlossen, sodass sich z.B. ohne Sedimentation hochreine Kristalle züchten und sich grundlegende Vorgänge in Flüssigkeiten beobachten lassen.

Kristallzüchtung

Ein sehr wichtiges Versuchsfeld auf der ISS ist die Züchtung hochreiner Proteinkristalle, die dann auf der Erde untersucht werden. Daraus kann man Erkenntnisse über die DNA und RNA der Proteine gewinnen, was wiederum Rückschlüsse auf deren Funktionsweise zulässt.

Bereits während der ISS Expedition 3 im Jahre 2001/2002 konnten solche Kristalle hergestellt werden, die später zur Erde gebracht und radiologisch untersucht wurde. Bei diesem und ähnlichen beispielhaften Versuchen hat man herausgefunden, dass diese eine feinere Struktur haben und optimalere physikalische Eigenschaften haben und größer sind als auf der Erde gewachsene Kristalle.

Seit dem werden auf der ISS verschiedene Proteine kristallisiert, um den Wachsprozess in der Schwerelosigkeit zu beobachten und die entstanden Kristalle später auf der Erde radiologisch zu untersuchen.

Während der ISS Expeditionen 2 und 4 wurden vor allem Kristalle aus Proteinen gezüchtet, die die im Körper die Produktion anderer Proteine hemmen und in Medikamenten gegen Krebs eingesetzt werden. Eines davon, das Thermus flavus5S RNA, wird seit über 30 Jahren erforscht, dennoch konnte seine genaue Funktionsweise bisher nicht aufgeklärt werden. Auch die Proteine BARS und Mb-YQR, die Rollen innerhalb von Zellen und Medikamenten spielen, wurden untersucht. Die entstandenen Kristalle wurden auf der Erde radiologisch untersucht , um auf ihre dreidimensionale Struktur zu schließen. Mit den Versuchen wurde auch eine neue Hardware auf der ISS erfolgreich getestet: ca. 65% der Proben haben Kristalle mit einer sehr feinen Struktur erbracht, besser, als es auf der Erde möglich wäre. Durch de Kristalle von Thermus flavus5S RNA konnte ein sehr genaues Bild der Struktur dieses Proteins erstellt werden.

Durch Kristalle, die bei früheren Shuttleflügen gezüchtet wurden, konnten Proteine untersucht werden, die zur Entwicklung neuer Antibiotikas verwendet wurden. So kann man auch davon ausgehen, dass durch die Untersuchungen der Kristalle von der ISS die Entwicklung neuer Medikamente möglich wird.



Fluidphysik

In Fluiden (also Flüssigkeiten, Gasen und Plasmen ) treten unter Einfluss der Erdgravitation viele Effekte wie Sedimentation und Konvektion auf, die andere, z.B. magnetische Effekte überdecken.

Mit dem Binary Colloidal Alloy Test wurden verschiedene Proben untersucht, mit denen das verhalten kleiner Partikel in Flüssigkeiten untersucht wurde.

Mit der Probe „Weitz“ wurden superkritische Fluide untersucht. Lässt man in einer Flüssgkeit den Druck (und damit die Siedetemperatur)ansteigen. überschreitet die Flüssigkeit irgendwannden kritischen Punkt und wird zum superkritischen Fluid, dass sich entweder trennt, oder nicht.

Auf der Erde sammeln sich in einem Topf kochendem Wasser die Luftblasen zunächst am Boden des Topfs, bis sie eine bestimmte Größe erreicht haben und aufsteigen. Ohne Schwerkraft steigt der Dampf nun nicht mehr nach oben, deshalb hat man hier ein anderes Trennverhalten superkritischer Fluide als auf der Erde vermutet.

Superkritische Fluide sind technologisch wichtig, das sie die postiven Eigenschaften von Gasen (einfach strömen) und Flüssigkeiten (gute Wärmespeichereigenschaften) vereinen.

Durch die Modelle von der „Weitz“ Probe sollte auch besseres Verständnis von komplexen Fluiden, die in vielen technologischen Produkten verwendet werden, erreicht werden.

Bei dem All-Experiment wurde herausgefunden, dass Proben, die sich auf der Erde trennen, sich auch im All trennen, und dass Proben, die auf der Erde zusammenhalten, auch auf der Erde zusammenhalten. Daraus läst sich schließen, dass die Tendenz von superkritischen Fluiden, sich zu trennen nicht von der Schwerkraft abhängt. Dennoch verblieben die Proben im All deutlich länger am kritischen Punkt als die auf der Erde.

us diesen Erkenntnissen und den Beobachtungen lassen sich nun bessere Modelle für Fluide am und um den kritischen Punkt erstellen.


Mit den Capilary Flow Experiments wurden Kapilarkräfte unter Schwerelosigkeit untersucht. Dieses ist wichtig, da Kapilarkräfte eine Rolle in Treibstofftanks- und Leitungen sowie in Wasseraufbereitungssystemen spielen. Beides wird für das Constellation Programm und die Erkundung von Mond und Mars benötigt. Bei den Experimenten ließ ein Astronaut Selikonöle durch Kapilaren strömen. Dabei wurden sie gefilmt und Daten wie Verdampfungs – Strömungs, und Stabilitätsraten wurden gemessen. Diese Experimente wurden während Expedition 9, 12, 13 und 16 durchgeführt, momentan werden mit den Daten Modelle berechnet. Mit den Experimenten wurden auch die Strömungen in Tanks gemessen, um Verfahren an Raumschiff- und Sattelitentanks zu verbessern. Die Expeimente besttigten alte nummerische Modelle und lieferten Daten für neue. Auch fand man durch die Capilary Flow Experiments heraus, dass die Strömung von Treibstoff durch die Geometrie des Tanks beeinflusst werden kann. Auch sehr kleine Änderungen in der Tankgeometrie, die durch rotierende Teile hervorgerufen werden können, können deutliche Änderungen in der Strömung des Treibstoffes hervorrufen.





Fortsetzung folgt!

Informationen hauptsächlich aus: „International Space Station Science Research Accomplishments During the Assembly Years: An Analys of Results from 2000-2008“, NASA Johnson Space Center, Texas (offene NASA Publikation)