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ISS und Horizons
Die ISS und die Mission Horizons von Alexander Gerst
Freya Scheffler-Kayser DLR RD-RM
DLR.de • Folie 1 ISS und Horizons • Freya Scheffler-Kayser • 26. Februar 2018
ISS-Historie
• Anfang der 1980er Jahre planten die Supermächte USA und UdSSR je eine große Raumstation:
• Freedom (USA) • Mir 2 (UdSSR)
• Finanzielle Zwänge führten in den USA zur Kooperation mit Japan und Europa. • Der Fall des Eisernen Vorhangs ermöglichte die Kooperation auch im Weltall: 1993 Verschmelzung der beiden Projekte zur International Space Station ISS
• ISS-Aufbau startete im November 1998 und dauerte bis Juni 2011. • Auch jetzt kamen/kommen noch neue Elemente dazu:
• entfaltbares Modul der US-Firma Bigelow (Frühjahr 2016) • zusätzlicher US-Dockingport (Sommer 2016) • neues russisches Forschungsmodul MLM (Ende 2018) • zwei weitere russische Module (2018)
• Die technischen Systeme der ISS sind derzeit für einen Betrieb bis 2028 zertifiziert.
DLR.de • Folie 2 ISS - Exploration • Scheffler-Kayser • 26. April 2016
• 17 Länder im ISS-Programm: • USA, Russland, Japan, Kanada, Europa
(Belgien, Dänemark, Deutschland, Frankreich, Italien, Niederlande, Norwegen, Schweden, Schweiz, Spanien, Großbritannien, Portugal, Rumänien)
• über 160 Flüge zur ISS • 260 Astronauten aus 18 Ländern (~12/Jahr):
• USA, Russland, Japan, Kanada, Italien, Frankreich, Deutschland, Belgien, Niederlande, Schweden, Vereinigte Königreich, Brasilien, Dänemark, Kasachstan, Malaysia, Südafrika, Südkorea, Spanien
• Ca. 2.460 Experimente von >3.300 Wissenschaftlern aus 101 Ländern! davon ca. 600 ESA Experimente, ~ 50% mit D
(Quelle Nasa: ISS Utilisation Statistics Increment 0 bis 54; April 2017) ;
Die ISS als internationales Kooperationsprojekt DLR.de • Folie 3 ISS - Exploration • Scheffler-Kayser •26. April 2016
> Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum
www.DLR.de • Folie 4
Folie 5 > ISS – Exploration > Scheffler-Kayser > 30. April 2015
ISS - eine einzigartige Umgebung - größtes Kooperationsprojekt der Menschheit
Umlaufbahn • ~ 400 km Bahnhöhe • 28.000 km/h – 90 Minuten pro Orbit • überfliegt 85% der Erdoberfläche • mit 95% der Erdbevölkerung
Weltraumumgebung • Mikrogravitation (Schwerelos) • Kosmische Strahlung • Vakuum • Extreme Temperaturunterschiede
ISS-Nutzungskonzept • 6 Astronauten permanent seit 2009 +
1 ab 2018 • Multidisziplinär einsetzbare Labore • Externe Plattformen • Austausch- und rückführbare
Nutzlasten
@ESA
-COLUMB
US
-KIB
O
-DESTI
NY -Japanes
e
Exposure
Facility
-RUSSIA
-EXTERN
AL
PAYLOA
D
FACILITY
-US Starboard
Truss
-Attachment
Sites
-US PORT
Truss
-Attachment
Sites
COLUMBUS
KIBO
DESTINY
Japanese Exposure Facility
RUSSIA
EXTERNAL PAYLOAD FACILITY
US Starboard Truss Attachment Sites
US PORT Truss Attachment Sites
2014: Preis Westfälischer Frieden an die Astronauten der ISS
Crew • Sojus (RUS) • Space Shuttle (USA) (außer Dienst) • Boeing CST-100 • SpaceX Dragon V2
Fracht • Progress (RUS) • ATV (ESA) (außer Dienst) • HTV (JPN) • SpaceX Dragon (USA) • OrbitalATK Cygnus (USA)
Die ISS-Logistikflotte
kommerziell
kommerziell (in Vorbereitung)
DLR.de • Folie 6 • Die Mission Blue Dot – Leben und Forschen auf der ISS • Johannes Weppler • 20. Oktober 2014
• Deutsche Forschung auf der ISS seit März 2001
• Columbus-Labor (seit Februar 2008 im Orbit) • Columbus-Kontrollzentrum in
Oberpfaffenhofen • MUSC (DLR Köln-Porz): Eins von acht
Nutzer-Zentren zur Unterstützung der Experimentatoren
• ATV = Automated Transfer Vehicle • Jules Verne 2008 • Johannes Kepler 2011 • Eduardo Amaldi 2012 • Albert Einstein 2013 • George Lemaître 2014
• ATV-Weiterentwicklung zum MPCV-ESM
(Europäisches Service Module für das amerikanische Mehrzweck-Mannschaftsfahrzeug Orion) Start in 2019/20 geplant
Deutschlands Beteiligung an der ISS
ATV im Anflug auf die ISS
Hans Schlegel in Columbus
Columbus-Kontrollzentrum
MUSC-Kontrollzentrum
ORION mit MPCV-ESM
DLR.de • Folie 7 ISS - Exploration • Scheffler-Kayser • 30. April 2015
• Köln-Porz ist Standort des europäischen Astronautenzentrum EAC • 18 europäische Astronauten; 17 geflogen auf 25 Missionen
• Bisher drei deutsche ISS-Astronauten:
• Thomas Reiter 2006 • Hans Schlegel 2008 (Installation Columbus Labor) • Alexander Gerst 2014
und wieder in 2018
> Vortrag > Scheffler-Kayser • Dokumentname >26. April 2016 DLR.de • Folie 9
ISS-Astronauten (2001 bis heute)
• geb. 3.Mai 1976 in Künzelsau
• Doktor in Geophysik mit Spezialgebiet Vulkanismus
• Auswahl zum Astronautenanwärter im Mai 2009 mit fünf weiteren Astronauten aus über 8000 Bewerbern
• ISS-Mission Blue Dot im Mai – November 2014
• A. Gerst war der elfte deutsche Astronaut im All
Alexander Gerst
DLR.de • Folie 10 ISS und Horizons • Freya Scheffler-Kayser • 26. Februar 2018
• Start: 28. May 2014 • Landung: 10. November 2014 • Missionsdauer: 166 Tage • Erstmal kehrt ein europäischer Astronaut direkt
zur Heimatbasis in Köln ins “envihab” für seine medizinische Betreuung zurück
• Erster Flug für einen Deutschen seit 2008 • Alexander ist der elfte Deutsche im All
• Mehr als 100 Experimente aller ISS Partner;
39 ESA Experiments in acht Domänen • Extra Vehicular Activity (EVA) • Öffentlichkeitsarbeit http://www.dlr.de/dlr/desktopdefault.aspx/tabid-10768 http://alexandergerst.esa.int/
Die M von Alexander Gerst > DLR.de • Chart 11 Blue Dot –Shaping the Future> Freya Scheffler-Kayser • DLR Blue Dot …. > 6. February 2015
• Während einer Erdumkreisung befindet sich die ISS 45 Min. im Sonnenlicht und 45 Min. im Erdschatten
• 16 Sonnen Auf- und Untergänge • Tag und Nacht wie in Europa GMT (= MEZ - 1 Std.) • Kein Schichtbetrieb • 8 Stunden Schlaf • 8 Stunden Arbeit • Übrige Zeit: Körperpflege, Einnahme von
Mahlzeiten, Fitnesstraining, Freizeit und Erholung
• Samstags: vier Stunden Arbeitszeit • Sonntags und an speziellen Feiertagen frei. Raumstation Live: https://isslive.com/
Tagesablauf auf der ISS
DLR.de • Folie 12 ISS und Horizons • Freya Scheffler-Kayser • 26. Februar 2018
• Außeneinsätze nötig für Reparatur, Wartung und Installation von Experimenten
• Training auf der Erde in Wasserbecken mit Modellen der ISS
• Zwei Raumanzugsysteme: • ORLAN (RUS) • EMU = Extravehicular Mobility Unit (USA)
EVA = Extra-vehicular Activity Weltraumspaziergang
DLR.de • Folie 15 ISS und Horizons • Freya Scheffler-Kayser • 26. Februar 2018
Internationale Spitzenforschung auf der ISS
Heute: Hochphase der Nutzung mit europäischer/deutscher Beteiligung
• Erforschung der fundamentalen
Lebensfunktionen
• Entwicklung neuer Methoden für Diagnostik und Therapien für die Medizin
• Erweiterung des Horizontes in der Physik
• Verbesserung von Materialen und Prozessen durch innovative Methoden
• Testumgebung für zukünftige Technologien und Exploration
Picture: NASA
> Vortrag > Scheffler-Kayser • Dokumentname > 26.4.2016 DLR.de • Folie 16
Die Wissenschaft, Forschung und Technologiearbeiten auf der ISS tragen ganz wesentlich zum Fortschritt unserer Gesellschaft und Wirtschaft bei. Besonders die Bereiche Gesundheit/Medizin, Erde/Klima, Innovative Technologien, Wissen, Wirtschaft und Inspiration/MINT profitieren davon. Beispiele aus der Nutzung: • Erforschen der Sonnenaktivität • Physikalische Grundlagenforschung • Anwendungsorientierte Materialwissenschaften
• Verbesserung des Gießverfahrens (Prozess) zur Herstellung von leichten Turbinenschaufeln aus Gamma-Titanaluminid (ACCESS, Aachen)
> DLR.de • Folie 17
Nutzungsergebnisse als Synthese (1)
• Medizinische Forschung und Humanphysiologie • Physiologische Erkenntnisse und besseres
Verständnis von Krankheiten • Neue Verfahren und Geräte zur Diagnose,
Behandlung und Therapie • z.B. Knochenabbau bei Astronauten– Forschungen
zur deutlichen Verringerung von Osteoporose
• Neuartige Sensoren und Geräte zur Überwachung von Körperfunktionen und Gesundheit
• ISS-Forschung erlaubt Laseroperationen am Auge, auch wenn sich das Auge bewegt, (Projekt Eye Tracking Device) Auszeichnung für deutsches Forscherteam in 2015
> Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum DLR.de • Folie 18
Nutzungsergebnisse als Synthese (2)
• Die ISS Plasma Forschung (MPG) hat zur Entwicklung von medizinischen Geräten geführt, die Bakterien töten und zur schnelleren Wundheilung beitragen.
• Alpha-Magnet-Spektrometer (AMS) • Hinweise auf die Existenz dunkler Materie • Neues Verständnis der Kosmischen Strahlung
> Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum DLR.de • Folie 19
Nutzungsergebnisse als Synthese (3)
DLR.de • Folie 21
• ISS-Inkrement / Expedition 56/57 • Zeitraum: Juni 2018 bis Oktober 2018 • Erster deutscher ISS-Commander
(zweite Hälfte der Mission) • Pilot
• Ausrichtung der Mission:
Astronautik, Robotik und Exploration • Ca. 60 Experimente aus Deutschland
und Europa, zusätzlich zahlreiche NASA und JAXA Experimente
• EVA ist zzt.
• Geplant: An- und Abdocken eines
SpaceX Dragon (CRS-15) und eines HTV
• Geplant: Erstflug von SpaceX Dragon V2 und Boeing CST-100
@DLR
Die Mission HORIZONS
Serena Auñón-Chancellor
Sergey Prokopyev Alexander Gerst
• Zweiter Europäer nach dem Belgier Frank de Winne
• Übernahme A. Gerst von Andrew Feustel in Hand-over Zermonie Ende August und Weitergabe an den Kosmonauten A.Ovchinin Ende Oktober
• Die Verantwortung entspricht etwa der eines Schiffkapitäns bei der Seefahrt:
• für die Crew an Bord verantwortlich; ihre Sicherheit und Gesundheit; sorgt für keine Überbelatung der Crew
• Teambildung – Team Work: harmonisch, geschlossen, gegenseitiges Vertrauen und Respekt auch bei Multi-Kulti; beginnt bereits am Boden während der Missionsvorbereitung führt er die Crew durch das Trainingscurriculum.
• hilft etwaige Konflikte zu lösen
• arbeitet intensiv mit dem Flugdirektor am Boden zusammen
• Schutz der ISS Elemente und Kennen der Experimente sowie des ISS Betriebes
• Postflight gewährleistet, dass die ISS-Crew die diversen „Postflight“ Aktionen, z.B. die wichtigen medizinischen Nachuntersuchungen abschließt.
Kommander - Rolle
> Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum DLR.de • Folie 22
Mission Content and Overview about German Contributions
> Lecture > Author • Document > Date DLR.de • Chart 23
Education and
Public Outreach
Technology and
Astrophysics
Robotics
Physics and Material Science
Life Sciences
Commercial driven
Experiments
Experiments Inc. 56/57 A. Gerst
Mobile Companion CiMON
Schülerwettbewerb 2018
Beschützer der Erde 2.0
EML Batch 2
MSL Batch 2 / TRANSPARENT-1
Soft Matter Dynamics
Studentenwettbewerb – Überflieger (3 Exp.)
Zeitkapsel Hosentaschenexperimen
te II (5 Exp.)
Kepler ISS (Columbus Eye)
Bake In Space
Light Field Camera
MetabolicSpace
SpaceTex-2
FARAGIS / EPICON FLUMIAS
Demonstrator MyotonS
Cold Atoms Lab (CAL)
SUPVIS-JUSTIN
Phtobioreacto (PBR) (später)
Wireless Compose
ICARUS
SpaceConcrete - Beton
MagVector / MFX-2
MarconISSta ARISS Calls
Robotisches Assistance System mit künstlicher Intelligenz
CIMON (nationale Beistellung) Crew Interactive MObile companioN
> Lecture > Author • Document > Date DLR.de • Chart 24
• persönlicher Assistent für Astronauten
• frei schwebend
• Kann Astronauten folgen.
• Darstellung von Bildschirminhalten
• Kommunikation über Künstliche Intelligenz
• Technologiedemonstrator eines Fluoreszenz-Lebend-Zellen-Mikroskop
• Beobachtung der Veränderungen in Zellen in der Schwerelosigkeit
FLUMIAS-Demonstrator
> Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum DLR.de • Folie 25
DLR.de • Folie 26
EML = Electro Magnetic Levitator
• deutsch-russische Kooperation
• 5 Gram schwere Sender zur Verfolgung von Tierwanderungen
• Empfangsantenne auf dem russischen Teil der ISS ( im Feb. 2018 mit Progress 69 angekommen)
• Installation während HORIZONS
• Erforschung Tierwanderungen kann vielfältige Aussage über unsere Umwelt ermöglichen: Klimatische Veränderung; Artenschutz; Gesundheit (Ausbreitung von Krankheiten)
ICARUS
> Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum DLR.de • Folie 27
• Alexander Gerst wird 2018 zum zweiten Mal einen Blick aus der
„Vogelperspektive“ auf die Erde werfen können. Städte, Wälder und Landstreifen und Gewässer geben ihm einen Eindruck, wie sich die Erde und das Leben auf ihr entwickelt und verändert. Die Beobachtung der Erde und ihres Ökosystems vom Weltall aus ist für uns auf der Erde von großer Bedeutung
• Schülerwettbewerb ermutigt Schüler/innen einen anderen Blickwinkel einzunehmen und sich als Jungforscher mit der Fernerkundung aus dem All und dem Schutz der Lebensräume zu beschäftigen.
• Ergänzt wird der Wettbewerb durch die Initiative ICARUS (International Cooperation of Animal Research Using Space) des Max-Planck-Instituts für Ornithologie, die mittels einer auf der ISS angebrachten Antenne, Vögel beobachten und dadurch Ökosysteme erforschen kann.
• Wettbewerb für 9. + 10. Klasse; Start Anfang April mit Registrierung
Beschützer der Erde 2.0
> Lecture > Author • Document > Date DLR.de • Chart 28
• Wettbewerb zur Auswahl studentischer Experimente
Neue Antriebstechnik: • PAPELL – Uni Stuttgart
Als Pumpe bewegt ein so genanntes Ferrofluid, (eine Flüssigkeit mit kleinsten magnetischen Partikeln) mit der Hilfe von Elektromagneten
Planeten Entstehung • ARISE – Uni Duisburg-Essen
Zusammenballung von Glasperlen durch elektrische Aufladung
• EXCISS – Uni Frankfurt Entstehung von Chondren, Meteoriten: eine Staubwolke wird Blitzen ausgesetzt
Überflieger
> Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum DLR.de • Folie 29
• Alexander Gerst etwas ganz Außergewöhnliches an Bord haben => Zeitkapsel • Speziellen Datenträger mit den Wünschen von Kindern und Jugendlichen
für die Zukunft • sowie eine Reihe von Dokumenten, die unsere Welt zum heutigen
Zeitpunkt repräsentieren. • symbolische „Mini-Objekte“
• Während einer Liveschaltung mit etwa 1000 Kindern
und Jugendlichen wird er die Zeitkapsel versiegeln. • • Nach ihrer Rückkehr zur Erde soll die Zeitkapsel dem Haus der Geschichte in
Bonn übergeben werden – und zwar unter der Maßgabe, dass sie erst am 50. Jahrestag des Starts geöffnet wird.
• Wettbewerb für die Wünsche: http://www.dlr.de/next/desktopdefault.aspx/tabid-11998/21076_read-49014/
PROJEKT_4D – Die Zeitkapsel
> Lecture > Author • Document > Date DLR.de • Chart 30
• Hosentaschenexperimente, die A.Gerst auf der ISS durch führt und erklärt. Veröffentlichung auf der DLR Internetseite „DLR_next“ www.dlr.de/next
• 3D-Druck: Verhalten (Dämpfungsmechanismus) von Granularer Materie
• „Sendung mit der Maus“: Weltraum-Experiment Vorschlag von Kindern (ähnlich zu 2014 Aktion42)
• Springende Bälle („Bouncing“) innerhalb einer Röhre, fixiert und Floatend
• Elektrostatische Effekte zur Kristallisation
• Wie wiegt ein Astronaut sein Gewicht?
• Messung von Beschleunigung mit AstroPi und anderen miniPCs, wie z.B. CALLIOPE
Fliegendes Klassenzimmer II DLR Jugendbildung
> Lecture > Author • Document > Date DLR.de • Chart 31
• 1. Experiment Input : 2-Pager => ESR (Experiment Science Request) L-15 Monate ESA PIM (Payload Integration Manager) Review (ESA zuständige)
• Humanphysiologische Experimente müssen durch ein Medical Board; spezielle Dokumentation (zunächst ESA approval und dann weiter zur NASA); hier gibt der Astronaut seine Zustimmung
• Safety Meeting und Safety Documentation: Safety Data Package (Scharfe Kanten; Toxisch; Material; Batterien; brennbar…)
• USOC: Prozeduren für Flight und fürs Training am Boden; genaue Zeitermittlung und Verifizierung MOIC (Mission Operation Implementation Concept) und EST (Experiment Sequence Test)
=> Flight readiness acceptance packages
Implementierung über ESA: Dokumente, Meetings, Boards etc.
> Lecture > Author • Document > Date DLR.de • Chart 32
Weitere Schulprojekte
KEPLER ISS • Live-Videos der Erdoberfläche im
Schulunterricht • www.columbuseye.uni-bonn.de
ARISS CALLS • ARISS Events (10 Stück) (Schulen
nehmen über Amateurfunkt Kontakt mit Alex auf
DLR.de • Folie 33 Leben und Forschen auf der ISS • Johannes Weppler • 13. Januar 2016
• In- Flight Calls
• Start- und Landungsveranstaltungen
• Soziale Medien • Sonstige Medien • Pressekonferenzen
Öffentlichkeitsarbeit
> Lecture > Author • Document > Date DLR.de • Chart 34
This Force is with Alexander
We are looking forward to see him in Space
DLR Mission Team