Wissenschaftlicher Nutzen der ISS für die Erde

Wofür ist die Forschung auf der ISS eigentlich gut?

Wenn von der Internationalen Raumstation die Rede ist, denken die meisten an schwebende Astronauten, an den Blick aus dem Fenster auf die Erde oder an Weltraumspaziergänge. Der eigentliche Grund, warum die ISS seit mehr als zwei Jahrzehnten dauerhaft bewohnt ist, ist viel weniger spektakulär – und viel nützlicher: Sie ist ein einzigartiges Forschungslabor, der einzige Ort, an dem Menschen monatelang am Stück unter anhaltender Mikrogravitation forschen können. Dieser Zustand, das fast völlige Fehlen spürbarer Schwerkraft, verändert grundlegend, wie sich Zellen, Flüssigkeiten, Flammen oder Kristalle verhalten. So lassen sich Phänomene beobachten, die auf der Erde von Gewicht und Konvektion überdeckt werden.

Vieles, was an Bord erforscht wird, zielt gar nicht direkt darauf ab, „weiter ins All vorzudringen“. Es geht vielmehr darum, Prozesse besser zu verstehen, die auch hier unten ablaufen – nur langsamer oder schwerer zu isolieren. Hier ein Blick auf einige Bereiche, in denen die ISS konkrete Spuren hinterlassen hat.

Medizin: Altern im Zeitraffer, um es besser zu verstehen

Zu den am besten untersuchten Folgen des Lebens im All gehört der Verlust von Knochen- und Muskelmasse. Ohne die ständige Belastung durch die Schwerkraft können die Knochen eines Astronauten viel schneller an Dichte verlieren, als es bei älteren Menschen auf der Erde durch Osteoporose geschieht, und die Muskeln bauen rasch ab, wenn sie nicht täglich trainiert werden. Für die Medizin ist das fast ein Geschenk: Prozesse, die sich bei Patienten auf der Erde erst nach Jahren deutlich zeigen, lassen sich im Orbit innerhalb weniger Monate beobachten und messen. Dieser Zeitraffer-Effekt hat Forschenden geholfen, die biologischen Mechanismen hinter Osteoporose, Muskelschwund und anderen Beschwerden im Zusammenhang mit dem Altern oder langer Bewegungslosigkeit besser zu verstehen. Außerdem hat er die Erforschung von Gegenmaßnahmen (Training, Medikamente, Nahrungsergänzung) vorangetrieben, die später auch auf der Erde nützlich sind, etwa für Patienten, die lange bettlägerig sind.

Proteinkristallisation und Medikamentenentwicklung

Ein weiteres Feld, in dem die Mikrogravitation einen echten Unterschied macht, ist die Proteinkristallografie. Wenn ein Protein auf der Erde kristallisiert, sorgt die Schwerkraft dafür, dass die Kristalle unregelmäßig und mit Fehlern wachsen, gestört durch Sedimentation und Konvektionsströmungen. Im All, ohne diesen Zug nach unten, wachsen viele Proteinkristalle größer, geordneter und reiner. Das ist wichtig, denn um ein Medikament zu entwickeln, das gezielt auf ein bestimmtes Protein wirkt – etwa eines, das an einem Tumorprozess beteiligt ist –, müssen Forschende dessen dreidimensionale Struktur so genau wie möglich kennen. Bessere Kristalle bedeuten schärfere Strukturen, und schärfere Strukturen bedeuten Wirkstoffe mit höheren Erfolgschancen. Zahlreiche solcher Experimente wurden auf der ISS in Zusammenarbeit mit Pharmalaboren und Universitäten durchgeführt; ihre Daten fließen in die Krebsforschung und in die Erforschung anderer Krankheiten ein.

Materialforschung: Feuer und Flüssigkeiten ohne Schwerkraft verstehen

Auch bei Experimenten zur Verbrennung und zum Verhalten von Flüssigkeiten stört die Schwerkraft und überdeckt physikalische Phänomene, die sich sonst viel leichter untersuchen ließen. Auf der Erde zieht sich eine Flamme nach oben in die Länge, weil heiße Luft durch Konvektion aufsteigt; in Mikrogravitation dagegen nehmen Flammen eine Kugelform an und brennen anders – langsamer und in manchen Fällen sauberer. Wer diese Art der Verbrennung untersucht, versteht grundlegend besser, wie Brennstoffe verbrennen, mit möglichen Anwendungen bei der Entwicklung effizienterer und schadstoffärmerer Motoren. Ähnliches gilt für Metalllegierungen und andere Werkstoffe: Ohne Sedimentation und Konvektion lässt sich beobachten, wie sich verschiedene Elemente vermischen und erstarren – auf eine Weise, die auf der Erde durch das Eigengewicht der Materialien verfälscht wird.

Erdbeobachtung aus dem Orbit

Die ISS blickt nicht nur nach innen auf ihre eigenen Experimente, sondern auch nach außen. Ihre Position im niedrigen Orbit, von dem aus sie einen Großteil der bewohnten Erde überfliegt, macht sie zu einer nützlichen Plattform für Instrumente und Kameras, die großräumige Phänomene verfolgen. Mit ihr wurden bereits die Ausbreitung von Waldbränden, die Bewegung von Vulkanaschewolken, die Entwicklung von Hurrikanen, die Luftverschmutzung über Großstädten und Umweltveränderungen beobachtet, die sich über Jahre hinziehen, etwa Veränderungen der Eismassen oder die Abholzung von Wäldern. Dieser Blick aus dem Orbit ergänzt die Daten spezialisierter Satelliten um eine zusätzliche Ebene, die beim Katastrophenschutz und bei der Umweltüberwachung hilft.

Technologie aus dem All: die „Spin-offs“ der Raumfahrt

In der Raumfahrt gibt es einen bekannten Begriff: das technologische Spin-off. Gemeint sind Technologien, die ursprünglich für ein ganz bestimmtes Problem im All entwickelt wurden – etwa Wasser in einer geschlossenen Umgebung aufzubereiten, Vitalwerte kabellos zu messen oder mit leichter Ausrüstung extremen Bedingungen standzuhalten – und die, sobald sie ausgereift sind, Anwendungen außerhalb der Raumfahrt finden. Nicht immer lässt sich eine direkte Linie von einem bestimmten ISS-Experiment zu einem Produkt ziehen, das wir täglich nutzen. Das Grundmuster wiederholt sich aber immer wieder: Systeme zur Wasseraufbereitung und zum Wasserrecycling, die entwickelt wurden, um die Besatzung mit begrenzten Ressourcen zu versorgen, oder tragbare medizinische Sensoren, mit denen sich die Gesundheit der Astronauten aus der Ferne überwachen lässt, sind typische Beispiele für diesen Technologietransfer vom All auf die Erde.

Häufige Fragen

Wofür ist die Forschung auf der ISS eigentlich gut?

Sie dient dazu, biologische, chemische und physikalische Prozesse in Mikrogravitation zu untersuchen, die sich auf der Erde viel schwerer isolieren lassen – mit Anwendungen von der Medizin über die Materialforschung bis zur Umweltbeobachtung.

Wurden dank der ISS Medikamente entwickelt?

Die ISS stellt selbst keine Medikamente her. Ihre Experimente zur Proteinkristallisation in Mikrogravitation haben aber geholfen, die Struktur von Proteinen besser zu verstehen, die für die Entwicklung von Wirkstoffen relevant sind – auch in der Krebsforschung.

Wie hilft die ISS bei der Überwachung der Erde?

Ihre Außenkameras und -instrumente, die in niedrigem Orbit einen Großteil des Planeten überfliegen, wurden genutzt, um Waldbrände, Hurrikane, Vulkanasche, Luftverschmutzung und langfristige Umweltveränderungen zu beobachten.

Was ist ein Spin-off aus der Raumfahrt?

Eine Technologie, die ursprünglich für ein Problem im All entwickelt wurde – etwa um Wasser aufzubereiten oder Vitalwerte kabellos zu überwachen – und mit der Zeit Anwendungen im Alltag außerhalb der Raumfahrt findet.