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Skylab Experimente - Studentenexperimente

Einleitung

Wernher von Braun und die meisten Visionär sahen nach dem Start von Satelliten den einer Raumstation als nächsten Schritt in das Weltall vor. Danach erst sollten Flüge zum Mond oder zu den Planeten folgen. Eine Raumstation ist technische einfacher zu verwirklichen und das Risiko ist geringer. Die politischen Gründe hinter der Eroberung des Weltraums führten zu einem Wettlauf zum Mond, so dass man diese Phase 3 vor der zweiten machte.

Doch dachte man in den USA schon während man Apollo und die Hardware entwickelte daran die Apollo Hardware auch für eine Raumstation zu benutzen. Daraus entwickelte sich das Apollo Application Programm (AAP). Einziges Projekt von AAP welches umgesetzt wurde war das Raumlabor Skylab.

Dieser Artikel beschreibt die medizinischen Experimente von Skylab. Skylabs Experimente bekamen eine Ziffer und eine dreistellige Nummer. die Nummerierung war nicht fortlaufend, da man erst Vorschläge für Experimente sammelte und diese durchnummerierte und erst dann an die Selektion ging. Folgendes System wurde benutzt:

Insgesamt gab es 54 Experimente mit denen 270 verschiedene Untersuchungen durchgeführt wurden.

Studentenexperimente

Die Möglichkeiten, die das Labor bot, waren bisher einzigartig. Noch nie stand so viel Arbeitszeit für wissenschaftliche Experimente zur Verfügung und die Einschränkungen bezüglich Gewicht und Volumen waren ebenfalls viel geringer als bei allen vorhergehenden bemannten Missionen. Das brachte die NASA auf die Idee, eine Ausschreibung durchzuführen: Erstmals sollten Schüler der Klassen 9 bis 12 Vorschläge für Fragestellungen einreichen, die sie an Bord der Station untersuchen lassen wollten. Diese Entscheidung kam allerdings recht spät. Völlig neue Experimente konnten so in dem zur Verfügung stehenden Zeitrahmen nicht entwickelt werden.

Im Oktober 1971 veröffentlichte die NASA den Aufruf mit einer Abgabefrist bis zum 5.2.1972. Bis dahin wurden 3409 Vorschläge eingereicht, an denen sich über 4000 Schüler beteiligten. Bis zum 1. März selektierten regionale Vorauswahlen daraus 300 für die zweite Runde und aus diesen wurden dann 25 nationale Gewinner und 22 mit besonderer Erwähnung ausgewählt.

Neben dem wissenschaftlichen Wert des Experiments mussten Gewichts, Volumen und vor allem Betreuungsaufwand beachtet werden. Schlussendlich war die Raumstation nur noch ein Jahr vor dem Start entfernt – eine recht kurze Zeitfrist für die Integration von Experimenten und die Schulung der Crew. Völlig neue Experimente waren in diesem kurzen Zeitraum weder in das Training der Crew integrierbar, noch konnten sie in die fast fertige Station eingebaut werden. Schon am 8.5.1972 begannen die Entwicklungsarbeiten. Die Experimente konnten in drei Gruppen eingeteilt werden: elf benötigten eine eigene Hardware, acht waren mit den vorhandenen Experimenten durchführbar, erforderten aber eine eigene Durchführung. Sechs nutzten die Daten, die bei den schon vorhandenen Instrumenten gewonnen wurden und werteten diese eigenständig aus.

Nicht direkt zu den Studentenexperimenten zuordenbar, aber damit verbunden, war das Projekt „Classroom in Space“. Die Crew zeigte fundamentale Effekte im Weltraum, die auf der Erde wegen der Schwerkraft viel schwieriger zu verdeutlichen sind. Es entstanden sechs Filme, aufgenommen auf 16 mm Film von jeweils 14 Minuten Länge. Sie wurden während der SL-3 Mission angefertigt. Die NASA machte aus diesen sechs Filmen zwölf Einheiten, jeweils noch kommentiert. Die Filme umfassten folgende Gebiete:



ED11: Absorption der Wärmestrahlung durch die Erdatmosphäre

Dieses Experiment sollte bestimmen, ob es möglich ist, die Wärmeabsorption der Atmosphäre vom All aus zu bestimmen. Dazu wurden Daten des Infrarotspektrometers S191 herangezogen. Die Datensätze wurden verglichen mit Messungen von Flugzeugen, die zum selben Zeitpunkt innerhalb der Atmosphäre dasselbe Gebiet überfolgen.

ED12: Beobachtung Vorhersage von Vulkanausbrüchen aus dem Weltraum aus

Durch Untersuchung von Aufnahmen und anderer Daten der Experimente S190 bis S192 sollte festgestellt werden, ob es möglich ist, auf Bildern oder Infrarotdaten einen sich anbahnenden Vulkanausbruch rechtzeitig zu erkennen. Das sollte später ein Warnsystem etablieren. Untersucht wurde dazu das thermale Muster der Vulkane auf den Spektren. Aufnahmen der Kameras dienten zur Verifizierung der optisch wahrnehmbaren Aktivität.

ED21: Fotografie der Librationsgebiete

Innerhalb des Zweikörpersystems Erde-Mond gibt es fünf Punkte, in denen ein eingefangener Körper eine stabile Umlaufbahn erreicht. Alle anderen Bahnen führen entweder zu einem Aufschlag auf der Erde oder dem Mond. Diese Punkte werden als Librationspunkte bezeichnet. Durch astronomische Beobachtungen ist bekannt, dass bei zwei entsprechenden Punkten im Sonne-Jupiter System sich Planetoiden aufhalten. Dies sind die Punkte L4 und L5. Sie befinden sich im System Erde-Mond auf der Mondumlaufbahn, liegen jedoch 60° vor und nach der Position des Mondes.

Wenn diese Gebiete in den Beobachtungsbereich von Skylab gerieten, sollten Sie mit dem Koronografen S052 fotografiert werden. Weitere Daten sollten die Experimente T027 und S073 liefern. Sie sollten die Helligkeit und Polarisation des reflektierten Lichts messen. Erwartet wurde, dass wenn sich in diesen Regionen sich Staub oder kleine Planetoiden befinden (zu klein um von der Erde aus mit Teleskopen fotografisch erfasst zu werden), sie sich durch Streuung des Sonnenlichts verraten würden. Entsprechende Untersuchungen wurden während der Skylab 3 Mission durchgeführt.

ED22: Suche nach Objekten innerhalb von Merkurs Orbit

Merkur ist bis heute der innerste beobachtbare Planet. Es gab in den vergangenen Jahrhunderten zahlreiche Spekulationen über einen noch sonnennäheren Planeten. Er hatte schon einen Namen: „Vulcan“ und manche Astronomen wollten ein Objekt gesehen haben. Das Problem bei einem sonnennahen Planeten ist, dass er sich von der Erde aus nie weit von der Sonne entfernt. Schon Merkur ist schwer zu beobachten (Nikolaus Kopernikus sollte vor seinem Tod beklagt haben, ihn niemals gesehen zu haben). Er ist nur kurz nach Sonnenuntergang oder kurz vor Sonnenaufgang beobachtbar. Das Hubble-Weltraumteleskop hat bis heute keine Merkuraufnahme gemacht, weil das Risiko der Beschädigung der Detektoren durch die nahe Sonne zu groß ist. Ein Objekt, das noch näher an der Sonne ist, wäre von der Erde aus überhaupt nicht beobachtbar.

Dieses Experiment wertete über 30.000 Aufnahmen des Koronografen aus und suchte auf ihnen nach einem weiteren Planeten nahe der Sonne. Jedes Objekt, das sich bis zu 15 Millionen km von der Sonne entfernt befunden hätte, und groß genug war, um vom Film detektiert zu werden hätte so gefunden werden können. Entdeckt wurde aber keines.

ED23: UV-Spektrografie von selektierten Quasaren

Quasaren sind punktförmige Objekte (Quasar steht für quasistellares Objekt) die sich in sehr großer Entfernung von der Erde befinden. Quasare waren zum Start von Skylab die entferntesten und ältesten bekannten Objekte im Weltraum.

Bei dieser Untersuchung sollten die UV-Aufnahmen des Experiments S019 auf in diesen Himmelsregionen bekannten Quasaren untersucht werden und deren spektrale Eigenschaften zu den schon bekannten Daten, aus optischen und radioastronomischen Untersuchungen hinzugefügt werden.

ED24: Röntgenstrahlenaufnahmen in Verbindung mit Sternenklassen

Diese Fragestellung sollte versuchen, Sterne im Bereich der Röntgenstrahlen zu fotografieren und die Ergebnisse in Beziehung zu den Sternenklassen stellen. Verwendet wurden die Teleskope des ATM S054 und S056. Da die Teleskope für die Aufnahme der Sonne ausgelegt waren, wurde nicht mit nennenswerten Ergebnissen gerechnet, die Sterne viel lichtschwächer als die Sonne sind und wahrscheinlich noch weniger Licht im Bereich der Röntgenstrahlen aussenden.

ED25: Röntgenstrahlungsemission des Planeten Jupiter

Aufnahmen des Jupiter mit dem Experiment S054 im Bereich der Röntgenstrahlen sollten mit der solaren Aktivität korreliert werden. Weiterhin wurden neue Erkenntnisse über die Emissionen des Planeten erhofft. Dieses Experiment wurde nur während der SL-3 Mission durchgeführt.

ED26: Suche nach Pulsaren in ultraviolettem Wellenlängenbereich

Bekannte Sternengebiete werden mit der Kamera von S019 aufgenommen, darunter auch der Krebsnebel, dessen Pulsar bekannt für seine UV-Strahlung ist. Durch Untersuchung der Aufnahmen und Vergleich der Daten mit schon bekannten Pulsaren sollte festgestellt werden, ob sich Pulsare durch ihre UV-Strahlung verraten und so detektiert werden können.

ED31: Verhalten von Bakterien und Bakteriensporen im Weltraum

Kolonien von verschiedenen nichtpathogenen Bakterien wurden bei konstanten Temperaturen im OWS inkubiert und in periodischen Abständen fotografiert, um Differenzen in dem Wachstum, Überleben und Mutationen zu einer analogen Kontrollgruppe auf Erden festzustellen. Die Bakterien, die dann Sporen bildeten, wurden zur Erde zurückgebracht und dort weiter untersucht.

ED32: In Vitro Untersuchung von isolierten Immunphänomenen

Es sollte festgestellt werden, ob Antikörper in der Schwerelosigkeit anders reagieren als auf der Erde. Antikörper werden gebildet als Immunantwort sowohl auf Bakterien wie auch andere Fremdkörper oder Allergene. In dem Versuch konnten Antigene und Antikörper in einem Agarsubstrat aufeinander zu diffundieren. Sie bilden dann eine ringförmige Reaktionszone. Diese wurde mit Essigsäure fixiert und die Proben zur Erde zurückgebracht. Die Träger wurden fotografiert und die Aufnahmen mit Kontrollexperimenten verglichen. Das Experiment wurde von der zweiten Mission durchgeführt.

ED41: quantitative Messung der motorischen Sensitivität

Dieses Experiment nutzte eine Standardapparatur zur Bestimmung der Koordination der Motorik mit dem Seesinn. Sie bestand aus einem Stift, der durch Löcher in einer Platte, vergleichbar einer Lochkarte Kontakte herstellen muss. Die Zeit, die dafür benötigt wird, ist ein Parameter anhand dem die Koordinationsfähigkeit bestimmt werden kann.

ED52: Bildung von Spinnennetzen unter Schwerelosigkeit

Mittels einer Kamera wurde verfolgt, welchen Einfluss die Schwerelosigkeit auf die Fähigkeit von zwei Kreuzspinnen hat, ihr Netz mit der typischen radialen Struktur zu bilden. Dazu wurde das von den Spinnen gebildete Netz in periodischen Abständen fotografiert. Dieses Experiment wurde nur während der Skylab 3 Mission durchgeführt. Die Spinnen wurden in kleinen Containern transportiert, zusammen mit Fliegen und Wasser als Nahrung. Am 25.7.1973 wurden sie in dem CM verstaut und am 31.7. in den Dom des OWS gebracht. Am 6.8. wurde die erste Spinne aus ihrem Transportcontainer herausgeschüttelt. Sie hatte abnormal gekrümmte Beine und flog einige Male in ihrem Behälter herum, bevor sie sich an einem Ende fixierte. Das erste Netz wurde noch am selben Tag errichtet. Die zweite Spinne wurde am 29.8. ausgesetzt und baute ihr erstes Netz am 16.9.1973. Sie wurde darin allerdings tot gefunden. Zu diesem Zeitpunkt war auch die erste Spinne verstorben. Die Aktivität wurde mit periodisch gewonnenen Aufnahmen mit 16-mm Kameras und einer 35-mm Handkamera beobachtet.

ED61/ED62: Pflanzenwachstum unter Schwerelosigkeit / Lichtausrichtung von Keimlingen unter Schwerelosigkeit

Diese beiden Aufgabenstellungen wurden kombiniert zu einem Experiment. Es wurde im ersten untersucht, wie Reissamen unter Schwerelosigkeit keimen und ob es Unterschiede zum normalen Keimungsprozess gab. Nach dem Keimen wurden die Keimlinge Licht verschiedener Intensität ausgesetzt. Die Frage war, ob Licht als Ersatz für die Schwerkraft ausreicht, um Wurzel und Stängel in eine Richtung auszurichten und welche Mindestmenge dafür benötigt wird.

Die Keimlinge wurden fotografiert, die Pflanzen selbst aber nicht zurück zur Erde gebracht.

ED63: zytoplastische Strömungen unter Schwerelosigkeit

Blattzellen der Elodea (Wasserpest) wurden unter dem Mikroskop beobachtet und fotografiert. Dabei ging es um die Bewegung des Zytoplasmas, also des Zellinhaltes außerhalb des Zellkerns (der in Pflanzenzellen durch die Vakuole abgetrennt ist). Die Strömung kann leicht durch die Bewegung der Chloroplasten festgestellt werden. Filmaufnahmen durch das Mikroskop wurden mit einer Kontrollgruppe im Labor verglichen.

ED72: Kapillarkraftstudien

Durch Kapillarkräfte und Temperaturgradienten werden auf der Erde Flüssigkeiten durch Kapillaren (dünne Röhrchen) gegen die Schwerkraft gesaugt. Ziel dieser Untersuchung war, wie sich dies in der Schwerelosigkeit ändert. Die Bewegung von Flüssigkeiten wurde dabei fotografisch festgehalten.

ED74: Massenbestimmung

Auch die Studenten erfanden ein Gerät zur Massenbestimmung, dass nach dem gleichen Funktionsprinzip wie das offizielle der NASA arbeitete. Es bestand aus einer Blattfeder, die gespannt wurde mit der zu bestimmenden Masse an einem Ende. Anhand der Oszillationsperiode konnte das Gewicht der Masse empirisch bestimmt werden. Das Gerät wurde bei der SL-3 Mission erprobt.

ED76: Untersuchung von Neutronen aus dem Orbit

Ziel dieses Experimentes war es festzustellen, in wieweit Neutronen sich im Erdorbit befinden und aus welchen Quellen sie stammen. Es gab drei mögliche Primärquellen: abgelenkte Neutronen aus den Strahlungsgürteln der Erde, hochenergetische Neutronen von der Sonne und Neutronen aus Sekundärereignissen, die entstehen, wenn ein hochenergetisches Teilchen Skylab trifft und dabei Neutronen freisetzt. Dazu wurden mehrere Neutronendetektoren so platziert, dass sie von den Wassertanks nach Außen abgeschirmt wurden. Die Detektionsmethode war die gleiche wie beim Experiment S228: Neutronen bilden einen Ionisationskanal in einem Kunststoff. Dieser wurde nach der Rückkehr mikroskopisch untersucht. Der Vergleich der Messungen der Detektoren bei den Wassertanks und von Messungen an anderen Stellen des OWS erlaubte es zwischen den einzelnen Quellen zu differentieren.

ED78: Wellenbewegung in der Schwerelosigkeit

Dieses Experiment hatte zur Aufgabe herauszufinden, was mit der Wellenbewegung passiert, die sich bildet, wenn eine Gasblase in einer Flüssigkeit freigesetzt wird. Variiert wurde die Größe der Gasblase und die Kraft, mit der sie freigesetzt wurde.

 

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Bücher vom Autor

Es gibt von mir vier Bücher zum Thema bemannte Raumfahrt. Alle Bücher beschäftigen vor allem mit der Technik, die Missionen kommen nicht zu kurz, stehen aber nicht wie bei anderen Büchern über bemannte Raumfahrt im Vordergrund.

Das erste bemannte Raumfahrtprogramm der USA, das Mercuryprogramm begann schon vor Gründung der NASA und jährt sich 2018 zum 60-sten Mal. Das war für mich der Anlass, ein umfangreiches (368 Seiten) langes Buch zu schreiben, das alle Aspekte dieses Programms abdeckt. Der Bogen ist daher breit gestreut. Es beginnt mit der Geschichte der bemannten Raumfahrt in den USA nach dem Zweiten Weltkrieg. Es kommt dann eine ausführliche technische Beschreibung des Raumschiffs (vor 1962: Kapsel). Dem schließt sich ein analoges Kapitel über die Technik der eingesetzten Träger Redstone, Little Joe und Atlas an. Ein Blick auf Wostok und ein Vergleich Mercury bildet das dritte Kapitel. Der menschliche Faktor - die Astronautenauswahl, das Training aber auch das Schicksal nach den Mercurymissionen bildet das fünfte Kapitel. Das sechs befasst sich mit der Infrastruktur wie Mercurykontrollzentrum, Tracking-Netzwerk und Trainern. Das umfangreichste Kapitel, das fast ein Drittel des Buchs ausmacht sind natürlich die Missionsbeschreibungen. Abgeschlossen wird das Buch durch eine Nachbetrachtung und einen Vergleich mit dem laufenden CCDev Programm. Dazu kommt wie in jedem meiner Bücher ein Abkürzungsverzeichnis, Literaturverzeichnis und empfehlenswerte Literatur. Mit 368 Seiten, rund 50 Tabellen und 120 Abbildungen ist es das bisher umfangreichste Buch von mir über bemannte Raumfahrt.

Mein erstes Buch, Das Gemini Programm: Technik und Geschichte gibt es mittlerweile in der dritten, erweiterten Auflage. "erweitert" bezieht sich auf die erste Auflage die nur 68 Seiten stark war. Trotzdem ist mit 144 Seiten die dritte Auflage immer noch kompakt. Sie enthält trotzdem das wichtigste über das Programm, eine Kurzbeschreibung aller Missionen und einen Ausblick auf die Pläne mit Gemini Raumschiffen den Mond zu umrunden und für eine militärische Nutzung im Rahmen des "Blue Gemini" und MOL Programms. Es ist für alle zu empfehlen die sich kurz und kompakt über dieses heute weitgehend verdrängte Programm informieren wollen.

Mein zweites Buch, Das ATV und die Versorgung der ISS: Die Versorgungssysteme der Raumstation , das ebenfalls in einer aktualisierten und erweiterten Auflage erschienen ist, beschäftigt sich mit einem sehr speziellen Thema: Der Versorgung des Raumstation, besonders mit dem europäischen Beitrag dem ATV. Dieser Transporter ist nicht nur das größte jemals in Europa gebaute Raumschiff (und der leistungsfähigste Versorger der ISS), es ist auch ein technisch anspruchsvolles und das vielseitigste Transportfahrzeug. Darüber hinaus werden die anderen Versorgungsschiffe (Space Shuttle/MPLM, Sojus, Progress, HTV, Cygnus und Dragon besprochen. Die erfolgreiche Mission des ersten ATV Jules Verne wird nochmals lebendig und ein Ausblick auf die folgenden wird gegeben. Den Abschluss bildet ein Kapitel über Ausbaupläne und Möglichkeiten des Raumfrachters bis hin zu einem eigenständigen Zugang zum Weltraum. Die dritte und finale Auflage enthält nun die Details aller Flüge der fünf gestarteten ATV.

Das Buch Die ISS: Geschichte und Technik der Internationalen Raumstation ist eine kompakte Einführung in die ISS. Es wird sowohl die Geschichte der Raumstation wie auch die einzelnen Module besprochen. Wie der Titel verrät liegt das Hauptaugenmerk auf der Technik. Die Funktion jedes Moduls wird erläutert. Zahlreiche Tabellen nehmen die technischen Daten auf. Besonderes Augenmerk liegt auf den Problemen bei den Aufbau der ISS. Den ausufernden Kosten, den Folgen der Columbia Katastrophe und der Einstellungsbeschluss unter der Präsidentschaft von George W. Bush. Angerissen werden die vorhandenen und geplanten Transportsysteme und die Forschung an Bord der Station.

Durch die Beschränkung auf den Technischen und geschichtlichen Aspekt ist ein Buch entstanden, das kompakt und trotzdem kompetent über die ISS informiert und einen preiswerten Einstieg in die Materie. Zusammen mit dem Buch über das ATV gewinnt der Leser einen guten Überblick über die heutige Situation der ISS vor allem im Hinblick auf die noch offene Versorgungsproblematik.

Die zweite Auflage ist rund 80 Seiten dicker als die erste und enthält eine kurze Geschichte der Raumstationen, die wesentlichen Ereignisse von 2010 bis 2015, eine eingehendere Diskussion über die Forschung und Sinn und Zweck der Raumstation sowie ein ausführliches Kapitel über die Versorgungsraumschiffe zusätzlich.

Das bisher letzte Buch Skylab: Amerikas einzige Raumstation ist mein bisher umfangreichstes im Themenbereich bemannte Raumfahrt. Die Raumstation wurde als einziges vieler ambitioniertes Apollonachfolgeprojekte umgesetzt. Beschrieben wird im Detail ihre Projektgeschichte, den Aufbau der Module und die durchgeführten Experimente. Die Missionen und die Dramatik der Rettung werden nochmals lebendig, genauso wie die Bemühungen die Raumstation Ende der siebziger Jahre vor dem Verglühen zu bewahren und die Bestrebungen sie nicht über Land niedergehen zu lasen. Abgerundet wird das Buch mit den Plänen für das zweite Flugexemplar Skylab B und ein Vergleich mit der Architektur der ISS.  Es ist mein umfangreichstes Buch zum Thema bemannte Raumfahrt. Im Mai 2016 erschien es nach Auslaufen des Erstvertrages neu, der Inhalt ist derselbe (es gab seitdem keine neuen Erkenntnisse über die Station), aber es ist durch gesunkene Druckkosten 5 Euro billiger.

Mehr über diese und andere Bücher von mir zum Thema Raumfahrt finden sie auf der Website Raumfahrtbücher.de. Dort werden sie auch über Neuerscheinungen informiert. Die Bücher kann man auch direkt beim Verlag bestellen. Der Versand ist kostenlos und wenn sie dies tun erhält der Autor auch noch eine etwas höhere Marge. Sie erhalten dort auch die jeweils aktuelle Version, Bei Amazon und Co tummeln sich auch die Vorauflagen.


© des Textes: Bernd Leitenberger. Jede Veröffentlichung dieses Textes im Ganzen oder in Auszügen darf nur mit Zustimmung des Urhebers erfolgen.

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