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Frankfurter Handgepäck für „Astro Alex“

Von Frankfurt ins Weltall: Wissenschaftler der Goethe-Universität haben für Experimente ein kleines Kästchen zur Raumstation ISS geschickt. Technische Unterstützung gab es von den Tüftlern des Hackerspace Frankfurt. Das zeigt, wie wichtig die Ideen und Fähigkeiten der Maker-Community in Rhein-Main sind.

Mehr als 400 Kilometer von der Erde entfernt, könnten Frankfurter die Frage klären, wie unser Sonnensystem entstanden ist. Ein kleiner, grüner Kasten, gerade 10 mal 10 mal 15 Zentimeter groß, spielt dabei eine entscheidende Rolle. EXCISS (Experimental Chondrule Formation at the ISS) heißt das Experiment in dem Container, der im November 2018 auf die Internationale Raumstation ISS geflogen und noch immer im Weltall ist. Erdacht und konzipiert wurde das kleine Kästchen von Wissenschaftlern und Tüftlern aus Frankfurt.

XCISS-Modell Credit: Hackerspace FFM

XCISS-Modell Credit: Hackerspace FFM

Ein studentisches Team vom Fachbereich Geowissenschaften der Goethe-Universität hat seit Januar 2017 an dem Experiment gearbeitet. Ausgangspunkt von EXCISS war der „Überflieger“-Wettbewerb für Studierende, ausgeschrieben vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). „Ich habe ganz zufällig über meinen Professor davon erfahren“, erzählt EXCISS-Teamleiterin Tamara Koch, die Doktorandin am Fachbereich ist. Insgesamt 24 Gruppen von deutschen Universitäten hatten sich mit ihren Ideen beworben. Im Mai 2017 kürte das DLR das Frankfurter Team zu den drei Gewinnern, die ihr Experiment schließlich ins Weltall schicken durften.

Mit dem Konzept und einer ersten Idee zur technischen Umsetzung kam die universitäre Gruppe dann in den Hackerspace Frankfurt. David Merges, der Entwickler aus der Unigruppe, bastelte in seiner Freizeit auch bei den Tüftlern vom Hackerspace und stellte so den Kontakt her.

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Forscher und Tüftler arbeiten zusammen

Im September 2017 begannen die Bastler bei einem Hackathon, die Idee weiterzuentwickeln. „Wir haben aber schnell gemerkt, dass die Zeit an diesem Wochenende nicht ausreicht“, erzählt Jochen Kerscher vom Hackerspace. Also arbeiteten der Diplom-Informatiker und seine Kollegen in ihrer Freizeit an dem Projekt weiter, mehr als anderthalb Jahre. Während Koch mit ihrem Uni-Team für das wissenschaftliche Konzept sorgte, tüftelten die Hacker an der technischen Umsetzung. „Alle Komponenten sind von uns selbst entwickelt“, sagt Kerscher. Dabei hatte keiner der Tüftler bisher mit Forschung im Weltall zu tun. Kerscher beispielsweise beschäftigt sich im Hackerspace sonst eher mit 3D-Druck, Robotern und experimentellen Maschinen. In den Räumen der Hacker in Oberursel setzten die Bastler Kamera, Akkus, Linsen und Co für die Hardware innerhalb des Kästchens ein: Die Steuereinheit mit Einplatinencomputer, die Stromversorgungseinheit mit Batterien und die wissenschaftliche Einheit mit Hochspannungsschaltung und der Versuchsanordnung im Glaskörper.

So viel Technik steckt in EXCISS Credit: Team EXCISS

So viel Technik steckt in EXCISS Credit: Team EXCISS

Alle Schritte mussten sie mit der NASA absprechen. „Jede Schraube, jeder Kleber musste angegeben werden“, erinnert sich Koch an deren Vorgaben. Besonders schwierig sei es gewesen, die richtigen Batterien zu finden, um die Stromversorgung des Experiments auf der ISS sicherzustellen. Gleich mehrfach änderte die NASA die Liste der erlaubten Batterien ab. Schließlich entschied das Team, ihr Kästchen ohne Akkus in die USA zu schicken und die richtigen Batterien erst vor Ort einzubauen.

Gemeinsam zum Raketenstart nach Virginia

Mehr als 20 Personen arbeiteten an dem gemeinsamen Ziel, das kleine Kästchen ins Weltall zu bringen. Im November 2018 reisten sie schließlich in die USA, um den Start der Antares-Rakete am 17.11. mitzuerleben. „Das war ein ziemlich einmaliges Erlebnis“, erzählt Koch. Zweimal musste der Raketenstart wegen schlechten Wetters verschoben werden, erst der dritte Versuch war erfolgreich. Bevor der Traum Wirklichkeit wurde, führten die Frankfurter hunderte von Tests durch, damit der Versuch im Weltall reibungslos funktioniert. Insgesamt fünf Modelle musste die Gruppe bauen, ehe die endgültige Anordnung fertig war. Neben dem grünen Exemplar im Weltall gibt es das Modell noch zweimal baugleich in Frankfurt. „Eines ist für Vergleichstests bestimmt, das andere zum Entwickeln und Ausprobieren“, sagt Kerscher.

Das Frankfurter Team von EXCISS reiste zum Start der Rakete nach Virginia“ Credit: Shintaro Fujita/ Hackerspace FFM

Das Frankfurter Team von EXCISS reiste zum Start der Rakete nach Virginia Credit: Shintaro Fujita/ Hackerspace FFM

Wie entstand unser Sonnensystem?

Auf der Internationalen Raumstation ISS war der Container seit Dezember etwa 30 Tage im Einsatz. „Wir wollen die frühe Phase der Planetenentstehung nachstellen“, erklärt Koch, die sich bereits in ihrer Masterarbeit mit Meteoriten beschäftigte, das Experiment. Ihr Team will herausfinden, wie die sogenannten Chondren entstanden sind; das sind kleine Kügelchen, die in Meteoriten zu finden sind. „Die gängigen Theorien sagen, dass die Chondren vor rund 4,5 Milliarden Jahren verklumpten und aufgeschmolzen wurden“, erzählt Koch. Geleitet werden die Nachwuchsforscher von der Frage, ob Blitze für das Aufschmelzen zuständig sein könnten. Für ihr Experiment lassen sie Staubpartikel in der Schwerelosigkeit schweben und beschießen sie dann mit Blitzen. Was während des Vorgangs in dem Glaskörper geschieht, filmt eine winzige Kamera. Der wissenschaftliche Versuch funktioniert so nur im Weltall. „Wir brauchen Schwerelosigkeit für das Experiment über einen längeren Zeitraum. Das gibt es auf der Erde nicht“, erklärt die Doktorandin Koch. Mehr Infos zum wissenschaftlichen Hintergrund gibt es im Video.

Gesteuert wurde das Geschehen in der kleinen Box aber von Frankfurt aus. Am Computer schaute sich die Gruppe jeden Abend die Bilder der Kamera an, überwachte das Experiment und überlegte sich den Versuchsplan für den kommenden Tag.

Hä, was sind Chondrulen? Harald Lesch erklärt’s:

EXCISS ist noch im All

Die Testreihe ist mittlerweile abgeschlossen, noch ist das Kästchen aber auf der ISS. Frühestens im April wird es nach der Rückkehr aus dem All wieder in Frankfurt ankommen. Dann geht die Arbeit für Koch und ihr Team weiter. Es gilt, die gewonnenen Daten auszuwerten und die Proben zu untersuchen. Koch rechnet mit einer Arbeitszeit von mindestens einem weiteren Jahr. „Wie lange die Auswertung genau dauern wird, ist schwer einzuschätzen“, erklärt sie, „wir müssen genau überlegen, wie wir was machen“. Über die Analyse der Proben schreibt Koch dann auch ihre Doktorarbeit. Mit dem bisherigen Verlauf des Experiments ist die Wissenschaftlerin zufrieden: „Wir haben gute Proben und gute Videos. Damit können wir auf jeden Fall etwas anfangen.“
Ihr Experiment haben die Frankfurter Forscher erst im Februar auf der Maker Faire Darmstadt vorgestellt, auch bei der nächsten Night of Science auf dem Campus Riedberg am 14. Juni 2019 werden sie dabei sein und den Besuchern zeigen, worüber sie im Weltall geforscht haben.

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