Das europäische Forschungslabor Columbus

Blick von der Raumfähre Atlantis auf das Columbus-Labor
Das europäische Columbus-Labor wurde auf der Mission STS-122 an der ISS montiert. Columbus ist ein europäisches Gemeinschaftsprojekt unter Führung der europäischen Weltraumorganisation ESA. Deutschland war und ist maßgeblich am Bau, dem Betrieb und der Nutzung von Columbus beteiligt. Das Columbus-Kontrollzentrum befindet sich im Deutschen Raumfahrt-Kontrollzentrum des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt in Oberpfaffenhofen.
Bild: 1/5, Credit:

NASA.

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ISS und Columbus-Labor vor der unbeleuchteten Erde
Die Internationale Raumstation ISS schwebt über der Nachtseite Erde. In blau erscheint am rechten Bildrand der beleuchtete Teil der Erde. In der Bildmitte ist das europäische Columbus-Labor, als hell glänzende Tonne zu erkennen, das im Februar 2008 an der ISS montiert wurde.
Bild: 2/5, Credit:

ESA/NASA.

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Das europäische Weltraumlabor Columbus
Künstlerische Darstellung von Columbus - dem europäischen Raumlabor auf der Internationalen Raumstation ISS
Bild: 5/5, Credit:

ESA /D. Ducros.

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Columbus, Europas Beitrag zur ISS, ist ein Mehrzwecklabor für die multidisziplinäre Forschung unter Schwerelosigkeit und wurde am 11. Februar 2008 dauerhaft an die ISS montiert und in Betrieb genommen. Es ist 6,9 Meter lang und hat einen Durchmesser von 4,5 Metern.

Im Vergleich zu den Kapazitäten in der frühen Nutzungsphase der ISS haben sich die Möglichkeiten durch Columbus deutlich erweitert. Das Labor wird von den europäischen Astronautinnen und Astronauten zu vielfältigen Forschungszwecken genutzt. Deutsche Beiträge sind die Proben-Gefriereinrichtungen MELFI, die vor allem biologische Proben bis minus 80 Grad Celsius herunterkühlen kann, oder die Micro Gravity Science Glovebox (MSG), eine Art wissenschaftliche Werkbank, die vom Raumfahrtkonzern Airbus in Friedrichshafen entwickelt wurde.

An der Außenhülle befinden sich vier Plattformen, an denen Experimente angebracht werden können. Dies bietet Forschenden die Möglichkeit, ihre Versuchsanordnungen direkt dem Weltraum mit seinen besonderen Bedingungen auszusetzen: Vakuum, Weltraumstrahlung, absoluter Temperatur-Nullpunkt und Schwerelosigkeit. Zudem ist die Beobachtung der Erde oder der Sonne von hier aus möglich.

Die Europäische Weltraumorganisation ESA nutzt Columbus auch für industrielle, kommerzielle Zwecke. Den Betrieb des Labors leitet das europäische Columbus-Kontrollzentrum innerhalb des Deutschen Raumfahrtkontrollzentrums des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Oberpfaffenhofen.

Als Hauptauftragnehmer für Columbus führte EADS Space Transportation in Bremen ein Konsortium von 41 Unternehmen aus 14 Ländern an, das für die Entwicklung, Fertigung, Integration und Tests verantwortlich war. Die Gesamtkosten für das Modul betrugen einschließlich der Testeinrichtungen 880 Millionen Euro. Hiervon fielen etwa 450 Millionen Euro für die deutsche Industrie an.

Aufbau des Columbus-Moduls

Im Columbus-Forschungslabor können bis zu drei Astronautinnen und Astronauten auf 25 Kubikmetern an wissenschaftlichen Experimenten arbeiten. Die Außenwand von Columbus besteht aus mehreren Lagen Aluminium, Kevlar und Nextel. Diese Materialien schützen das Labor vor Beschädigungen durch Mikrometeoriten, Weltraummüll und kosmischer Strahlung und isolieren es vor starker Temperatureinwirkung.

Im Inneren ist Columbus mit zehn Experimentier-Regalen, sogenannten Racks ausgestattet, in denen ähnlich wie bei Einbauschränken Laborausrüstung, Computer und technische Systeme untergebracht sind. Jedes Rack kann Versuchseinrichtungen von bis zu 500 Kilogramm Masse aufnehmen. Die Racks besitzen eine eigene Stromversorgung, Kühlsysteme sowie Video- und Datenleitungen.

Bei Bedarf können Racks ausgetauscht oder ersetzt werden. Obgleich Columbus das kleinste der sechs Labormodule der ISS ist, können hier vom Volumen, der Datenkapazität oder dem Energieverbrauch her ebenso viele Experimente durchgeführt werden wie in den anderen Laboren. Per Fernsteuerung können Forschende auf der Erde teilweise direkt in den Versuchsablauf eingreifen und ihre Daten abrufen.

Sechs weitere Racks dienen als Stauraum und für Systemzwecke wie Stromversorgung, Datenverteilung, Wasserpumpen sowie Klima- und Feuerunterdrückungssystem. So kann die Besatzung die Temperatur im Labor zwischen 16 und 30 Grad Celsius variieren. Frischluft erhält Columbus aus dem Verbindungsknoten 2 (Harmony), an dem das Labor angedockt ist. Hier wird die Luft aufbereitet und von Kohlendioxid gereinigt. Die Solarflächen der Raumstation versorgen Columbus mit 20 Kilowatt Strom, von denen 13,5 Kilowatt für die wissenschaftlichen Einrichtungen zur Verfügung stehen.

Grafik des europäischen ISS-Forschungsmoduls Columbus
Das Bild zeigt, welche Experimentanlagen sich an welcher Stelle im Columbus-Modul befinden (Stand Ende 2021).
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Die wissenschaftlichen Racks im europäischen Weltraumlabor Columbus

Name

Funktion

Bartolomeo Außenplattform

Bartolomeo ist die erste kommerzielle europäische Plattform im Außenbereich der ISS. Bis zu elf Experimenteinheiten stehen Unternehmen zwecks eigener Forschung zur Verfügung. Bartolomeo bietet einen unverstellten Blick auf die Erde und den tiefen Weltraum, Experimentsteuerung von der Erde aus via Highspeed-Datenlink und die Möglichkeit der Probenrückführung.

Biolab

Im Biolab können Forschende Mikroorganismen, Zellkulturen und Gewebeproben sowie kleine Pflanzen oder Tiere untersuchen, um die Rolle der Schwerkraft für Entwicklung und Wachstum von Organismen besser verstehen zu lernen.

European Physiology Modules (EPM)

Mit Hilfe des EPM-Racks analysieren Raumfahrende in Selbstversuchen das Verhalten des menschlichen Körpers in Schwerelosigkeit, zum Beispiel Knochenschwund, Flüssigkeitskreisläufe, Atmung, Organe, Immunsystem und Gehirnaktivitäten.

European Drawer Rack 1 (EDR 1)

EDR 1 dient dem flexiblen Einbau kleinerer Experimente unterschiedlicher Disziplinen.

European Drawer Rack 2 (EDR 2)

EDR 2 umfasst drei Experimente: Ein 3D-Drucker zur additiven Fertigung von Metallteilen, ein Verfahren zum Bau von Strukturen im Weltraum. VIP-GRAN untersucht, wie sich Teilchen in Schwerelosigkeit verhalten, um die zugrundeliegende Physik im Detail zu verstehen. Der Heat Transfer Host dient der Forschung zur Wärmeübertragung durch Luft und Flüssigkeiten.

Express Rack 3

Das Express-Rack misst kleinste Beschleunigungen und Vibrationen der ISS. Betrieben wird es – wie auch die beiden HRF-Racks – durch das Payload Operations and Integration Center (POIC) der NASA in Huntsville/Alabama.

Fluid Science Laboratory

Das FSL-Rack erlaubt Einblicke in das komplizierte Verhalten von Flüssigkeiten unter Weltraumbedingungen und soll zu Verbesserungen etwa in der Energiegewinnung oder der Effektivität von Treibstoffen beitragen. Unter Schwerelosigkeit sind Effekte wie Ablagerung, Schichtung, Druck und Schwerkraft-abhängiger Auftrieb aufgehoben, sodass die dynamischen Effekte von Flüssigkeiten viel genauer studiert werden können.

Human Research Facility 1 (HRF 1)

In HRF1 ist ein Ultraschallgerät integriert, mit dem Forschende die durch fehlende Schwerkraft verursachten Veränderungen im menschlichen Körper untersuchen. Auch wird das Gerät für regelmäßige Checks bei den Crew-Mitgliedern genutzt. HRF1 enthält auch die Weltraumwaage SLAMMD: Gemessen wird der Widerstand, den der Körper eines Crewmitgliedes ausübt, wenn er oder sie in Bewegung ist. Hieraus errechnet eine Software das Gewicht des Raumfahrenden.

Human Research Facility 2 (HRF 2)

HRF2 ist ein Gerät, das die Lungenfunktion von Raumfahrenden über verschiedene Parameter messen kann. Außerdem enthält es einen Gefrierschrank, mit dem Blutproben der Crew gefroren gehalten werden können, bevor sie zwecks weiterer Analyse zu den medizinischen Teams am Boden gebracht werden. Hierzu dient eine Zentrifuge, mit der beispielsweise Blutbestandteile voneinander getrennt gehalten werden können.

Downloads

Broschüre: Columbus (2007)

14.3 MB | PDF

Broschüre: Deutsche Forschung auf der Internationalen Raumstation (2014)

8.3 MB | PDF

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Kontakt

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Redakteur
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
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Tel: +49 2203 601-3717

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ISS-Fachgruppenleitung, Missionsleitung Cosmic Kiss
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Deutsche Raumfahrtagentur im DLR
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