Jubiläum und Zukunftssorgen

Am 2. November 2000, vor etwas mehr als 20 Jahren, dockte das russische Raumschiff „Sojus TM-31“ an die im Aufbau befindliche Internationale Raumstation ISS an. Es brachte drei Besucher: den US-Amerikaner Bill Shepherd sowie die russischen Kosmonauten Juri Gidsenko und Sergej Krikaljow. Diese Besatzung blieb vier Monate. Seitdem ist die Raumstation ständig bewohnt und wird das mindestens bis zum Jahr 2024 auch bleiben. Mehr als 240 Menschen aus 19 Ländern haben die ISS bislang besucht, manche mehrfach. Unter den „Bewohnern“ der Station waren neben Fachleuten – Ingenieuren, Wissenschaftlern, Piloten – auch sieben „Touristen“. Zuletzt schickte Roskosmos am 14. Oktober 2020 die Astronautin Kathleen Rubins (USA) sowie die russischen Kosmonauten Sergej Ryschikow und Sergej Kud-Swertschikow, einen „Neuling“, mit der „Sojus MS-17“ zur ISS. Am Sonntag startete mit einer Rakete des Unternehmens SpaceX, wie nach dem ersten erfolgreichen bemannten Flug der „Crew Dragon“ in diesem Jahr geplant, eine weitere Mannschaft zur Station. An Bord der „Crew Dragon“: Drei US-Astronauten und ein Japaner, die sechs Monate auf der ISS bleiben sollen.

Ein internationales Projekt

Nach dem Ende des Kalten Krieges und dem Zerfall der Sowjetunion kam es – nach dem „Sojus-Apollo“-Programm in den 70er Jahren des 20. Jahrhunderts – erstmals wieder zu einer Zusammenarbeit von „Ost“ und „West“ in der Raumfahrt. 1993 unterzeichneten Russland und die USA ein Abkommen über zehn Shuttle-Flüge zur russischen Raumstation „Mir“ sowie über Langzeitaufenthalte von US-Astronauten auf der Station. Die Sowjetunion hatte die Station „Mir“ 1986 gestartet. Zuvor hatte sie bereits mit den „Saljut“-Stationen Erfahrungen beim Bau und Betrieb bemannter Raumstationen gesammelt. Russland und die USA beschlossen zudem im November 1993 den Bau einer großen, modular aufgebauten Raumstation. Bis 1998 schlossen sich 13 weitere Länder dem Projekt an. Darunter waren elf der Mitgliedsstaaten der Europäischen Raumfahrtagentur (ESA), Japan und Kanada. Zudem unterzeichnete Brasilien im Oktober 1997 mit den USA einen separaten Vertrag über die Nutzung der Raumstation. Die Bundesrepublik Deutschland ist heute über die ESA mit etwa 37 Prozent am Betrieb und mit rund 45 Prozent an der Forschung auf der Raumstation beteiligt. Die deutsche Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bonn koordiniert und organisiert auch als Forschungszentrum diese Beiträge. Der spätere Wunsch der Volksrepublik China, sich gleichfalls am Projekt zu beteiligen, scheitert bis heute am Veto der USA.

1998 begann der Aufbau der ISS: Das von Russland gebaute Fracht- und Antriebsmodul „Sarja“ wurde am 20. November von einer „Proton“-Rakete in die vorgesehene Umlaufbahn gebracht. Das war der erste „Baustein“ für die neue Raumstation. Erst im Mai 2011 wurde verkündet: Die ISS ist offiziell fertig gestellt. Ihre heutigen Ausmaße (Masse rund 420 Tonnen, räumliche Ausdehnung ungefähr 109 m × 51 m × 73 m) erreichte die Station, die in circa 400 Kilometern Höhe die Erde umkreist, erst nach und nach. Im April 2016 kam beispielsweise auch noch ein Versuchsmodul der Firma Bigelow Aerospace (ein „aufblasbares“ Wohnmodul) hinzu, im März dieses Jahres wurde die Forschungsplattform „Bartolomeo“ (Airbus) zur ISS gebracht. Die Plattform ergänzt das 2008 gestartete europäische Forschungsmodul „Columbus“. Mit den in den kommenden Jahren vorgesehenen Starts einiger neuer Module wie des russischen Labormoduls „Nauka“ („Wissenschaft“) wird die Station noch größer werden. Interessant ist dabei, dass „Nauka“ und andere geplante russische Module nach dem Ende der ISS abgekoppelt werden und eigenständig fliegen könnten. Derzeit gehören zur ISS sechs Forschungs-, zwei Wohnmodule, eine Beobachtungskuppel, Stauräume, entsprechende Verbindungsmodule, Außenplattformen, Andockvorrichtungen, Roboterarme sowie Sonnenpaneele für die Energieversorgung.

Forschung an Bord

Die Station kann sechs, maximal neun Crew-Mitglieder beherbergen. Aber welche Aufgaben haben sie?
Die Anlagen müssen gewartet, die Kommunikation mit den Erdstationen gesichert werden. Aber auch Reparaturen fallen an. Einige Teile der Station sind arg „in die Jahre“ gekommen. Zuletzt wurde beispielsweise lange nach einem Leck gesucht. In einem Teil der Station entwich Luft, der Druck sank. Im russischen „Swesda“-Modul fiel im Oktober eine Sauerstoffleitung aus. Auch Außenbordeinsätze sind immer wieder nötig. Mehr als 200 wurden im Laufe der Jahre durchgeführt, um die ISS auszubauen, zu warten oder Reparaturen durchzuführen: So musste vor etwa einem Jahr das Kühlsystem des Alpha-Magnet-Spektrometers (AMS), das der Untersuchung kosmischer Strahlung dient und helfen soll, die Rätsel der „dunklen Materie“ und der Antimaterie im All zu lösen, repariert werden. Die Reparatur erforderte mehrere Einsätze. Die Arbeiten konnten erst im Januar 2020 erfolgreich abgeschlossen werden.

Die ISS ist aber vor allem eine Forschungsstation. Dazu dienen die Forschungsmodule sowie Forschungsplattformen. Bislang wurden im Laufe der Jahre auf der Station mehr als 2.800 wissenschaftliche Experimente für die Grundlagen- beziehungsweise angewandte Forschung durchgeführt. Unter den Bedingungen der Mikrogravitation in der Raumstation und zudem den Bedingungen auf den Außenplattformen (Vakuum, erhöhte UV-Strahlung, kosmische Strahlung, extreme Temperatur­unterschiede) wie „Bartolomeo“ oder die „European Technology Exposure Facility“ (EuREF, seit 2008) können dort solche Untersuchungen durchgeführt werden, die auf der Erde nicht möglich sind. „Bartolomeo“ kann beispielsweise von Strahlenbiologen, Astro- und Sonnenphysikern, aber auch von Privatfirmen genutzt werden: Für Erdbeobachtungen oder Messungen im Rahmen der Umwelt- und Klimaforschung (zum Beispiel Stickoxide oder CO2-Konzentrationen in der Erdatmosphäre), für Technologieerprobung unter Weltraumbedingungen.

Zwar laufen die meisten Experimente, die auf der Station durchgeführt werden, automatisch ab beziehungsweise werden von der Erde aus gesteuert. Trotzdem haben die Bewohner der Station nicht nur mit der Überwachung der Versuche, bei denen es manchmal zu Pannen kommt, viel zu tun: Weil sie oft selbst Gegenstand der Untersuchung oder aber auch aktiv an anderen Experimenten beteiligt sind. So wirkte der deutsche Astronaut Alexander Gerst 2018 während seines zweiten Aufenthaltes auf der ISS unter anderem an einem Experiment mit, bei dem der Einfluss von Magnetfeldern auf Gesteine und damit auch auf die frühe Entwicklung eines Planeten wie der Erde untersucht wurde. Bei dem Experiment nutzte man den Umstand, dass die ISS mit 28.000 Stundenkilometer um die Erde kreist, diese 16 Mal an einem Tag umrundet und entsprechend oft durch das Magnetfeld der Erde fliegt.

Die Forschungen an Bord der ISS umfassen Bereiche

• der Astronomie: Unter anderem werden die kosmische Höhenstrahlung und die Schwankungen der Sonnenstrahlung, die auch Einfluss auf das Klima haben, untersucht.
• der Astrophysik und der Quantenphysik
• der Fluidphysik
• der Materialwissenschaften: Beispielsweise werden die Vorgänge des Schmelzens und Erstarrens leitender Metalle, Legierungen und Halbleiter im extremen Vakuum oder in hochreinen Edelgasumgebungen bei Mikrogravitation erforscht
• der Biologie/Biotechnologie und Astrobiologie: Unter anderem wird das Wachstum von Proteinkristallen unter Bedingungen der Mikrogravitation untersucht, was vor allem für die Entwicklung neuer Medikamente wichtig ist
• der Medizin
• aber auch der Fernerkundung der Erde. Mit dem Gewächshausexperiment „Plants 2“ im russischen „Swesda“-Modul werden wichtige Erkenntnisse über das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen unter den Bedingungen der Schwerelosigkeit gewonnen.

Die medizinische Forschung an Bord der Station ist dabei nicht nur für die Vorbereitung von Langzeitflügen interessant. So wurde bei Untersuchungen von Crew-Mitgliedern festgestellt, dass es bei ihnen, wie bei Alterungsprozessen, nach relativ kurzer Zeit an Bord zum Abbau von Muskelmasse und Knochen kommt. Koordinationsprobleme und Sehstörungen treten auf, das Herz-Kreislauf-System bildet sich zurück, das Immunsystem wird schwächer. Zwar wird die Station auch durch das Magnetfeld der Erde geschützt, aber die Strahlenbelastung ist trotzdem weitaus höher als auf der Erde. Sie führt zu Zellschäden und erhöht das Risiko für Krebserkrankungen. Der deutsche Astronaut und ESA-Koordinator Thomas Reiter erklärte in diesem Zusammenhang gegenüber dem österreichischen „Standard“: „Man kann die Umgebung auf der ISS zum Beispiel nutzen, um die Aktivierung, Deaktivierung und Steuerung unseres Immunsystems zu erforschen.“ Und weiter: „In den Astronautenstudien wurde bereits ein bestimmtes Protein identifiziert, das bei der Aktivierung oder Dämpfung des Immunsystems eine ganz zentrale Rolle spielt. Das Protein befindet sich inzwischen in der klinischen Erprobung, um Autoimmunerkrankungen abzumildern.“

Von Seiten der deutschen Raumfahrtagentur sind künftig unter anderem auch Experimente geplant, bei denen das Zusammenspiel von Stress, Gehirn und Immunsystem im Mittelpunkt steht. Aber auch der Einfluss der fehlenden Schwerkraft und von Stress- und Isolationsbedingungen auf das Orientierungs- und das Wahrnehmungsvermögen, auf den menschlichen Kreislauf und die Knochen- und Muskeldegeneration sollen verstärkt untersucht werden.

Zunehmend wurde die ISS in den letzten Jahren aber auch zu Bildungszwecken genutzt. So zum Beispiel mit dem Projekt „Columbus Eye“ (http://columbuseye.rub.de/). Damit werden seit 2014 Unterrichtsmaterialien für den Schulunterricht, aber auch aktuelle Aufnahmen der Erde, die von der ISS übermittelt werden, zur Verfügung gestellt.

Die Zukunft der ISS

Technisch gesehen könnte die ISS bis 2028 im Einsatz sein, vielleicht sogar bis 2030. Dann könnte sie, wie 2001 die „Mir“-Station, kontrolliert zum Absturz gebracht werden. Noch ist unklar, ob die ISS später durch eine neue internationale Raumstation ersetzt werden könnte. Wohl vor allem, weil die NASA seit einigen Jahren im Hinblick auf den erdnahen Weltraum verstärkt auf kommerzielle Unternehmen setzt. Ihre eigenen Ziele haben sich dagegen verschoben: In Vorbereitung sind Flüge zum Mond und Mars. Ab 2024 möchte man mit den ISS-Partnern eine neue Raumstation, die „Lunar Orbital Platform-Gateway“, die den Mond umkreisen, aber nicht ständig besetzt sein soll, betreiben.

Jetzt gibt es allerdings neue Entwicklungen. Mitte Oktober legte die NASA ihren internationalen Partnern ein neues Vertragswerk, „Artemis Accords“, vor. Darin wird festgeschrieben, an welche Regeln sich internationale Partner halten müssen, wenn sie beim US-amerikanischen „Artemis“-Programm mitmischen wollen – bei den vorgesehenen Flügen von Menschen zum Mond, zum Mars und darüber hinaus. Das Projekt „Lunar Orbital Platform-Gateway“ ist nicht betroffen. Noch hat Deutschland nicht unterschrieben, sieben andere Staaten haben dies bereits getan. Ziel des Vertrages ist es mit Blick auf die Ressourcen des Mondes und so weiter offensichtlich, den internationalen Weltraumvertrag nach dem Motto „America first“ zu unterlaufen. Kritik und Ablehnung kamen aus Russland und China. Aber: China darf ja eh nicht.

Nach 2024 oder 2028 könnte es auch wegen einer solchen Vorgehensweise der USA zu neuen Konstellationen kommen. Denn China will bis 2022 die erste Ausbaustufe einer eigenen größeren Raumstation im Erdorbit in Betrieb nehmen. Das erste Modul soll im kommenden Jahr starten. Interesse an einer Kooperation zeigten in den vergangenen Jahren unter anderem die italienische Raumfahrtagentur „Agenzia Spaziale Italiana“, aber auch die ESA. Schon im Juni 2016 schloss China zudem ein Abkommen mit dem Büro der Vereinten Nationen für Weltraumfragen. Danach will China die Raumstation allen Mitgliedern der UNO, vor allem aber Entwicklungsländern für wissenschaftliche Experimente zur Verfügung stellen. Und wer weiß: Im Jahr 2018 schlossen Russland und China ein Abkommen über die Zusammenarbeit bei Mondmissionen.