Astrobiologische Weltraumsimulationsanlage
Die Erforschung des Weltraums und die Entwicklung von Weltraumtechnologien spielen nicht zuletzt durch die geplante Rückkehr zum Mond eine immer größere Rolle. Experimente mit verschiedenen biologischen Objekten im Weltraum bieten die einmalige Gelegenheit, die Grenzen des Lebens unter diesen Bedingungen zu bestimmen und Anpassungsmechanismen zu erforschen. Für die Entwicklung von Weltraumexperimenten ist die Simulation von Umweltparametern, wie sie im Weltraum oder auf anderen Planeten oder Monden herrschen, eine grundlegende Voraussetzung. Die Eignung der ausgewählten biologischen Objekte für das geplante Weltraumexperiment muss vorab überprüft werden. Die Hardware wird umfassend getestet, bevor sie den harschen Weltraumbedingungen ausgesetzt wird. Die Astrobiologische Weltraumsimulationsanlage ABYSS am DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin stellt für diese Hardware-Tests und biologischen Experimente verschiedene Weltraum-relevante Umweltbedingungen wie Vakuum, spezielle Gasgemische, extreme Temperaturen und extraterrestrische Strahlung bereit.
ABYSS ist insbesondere für Experimente mit Mikroorganismen und Zellen ausgestattet und wird zur intensiven Vorbereitung von biologischen Weltraumexperimenten eingesetzt. Die Anlage trägt so zu einem besseren Verständnis der Evolution, Anpassung und der Grenzen des Lebens bei und liefert Erkenntnisse, die auch direkt bei Maßnahmen zum Schutz anderer Himmelskörper (Planetary Protection) umgesetzt werden. ABYSS besteht aus vier Anlagetypen, die nach Bedarf kombiniert werden: Die Vakuumanlagen selbst werden ergänzt durch Kryomaten zur Temperaturregelung, UV- und Röntgenquellen zur Bestrahlung und eine IT-Infrastruktur zur Kontrolle, Programmierung und Datenerfassung. In den Simulationsanlagen wird eine große Anzahl von Proben unter vielen Variationen der Bedingungen getestet, um die Effekte einzelner oder gezielt kombinierter Umweltparameter zu unterscheiden. Wiederholungen der Experimente stellen die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse sicher.
In den Vakuumanlagen verschiedener Größen erzeugen spezielle Pumpen niedrige Drücke, um die Bedingungen außerhalb der International Space Station (ISS) im niedrigen Erdorbit, im freien Weltraum oder die Atmosphäre (Zusammensetzung, Druck) von Himmelskörpern z.B. des Mars‘ zu simulieren. Eine sauerstofffreie Umgebung unter Normaldruck in einer Anaerobenbank ermöglicht Arbeiten mit obligat und fakultativ anaeroben Mikroorganismen. Die Anaerobenbank steht auch für weitere Arbeiten in speziellen sauerstofffreien Gasen oder -Gasmischungen zur Verfügung.
Ein Spektrum ähnlich dem Sonnenspektrum außerhalb der Erdatmosphäre wird von Sonnensimulatoren verschiedener Stärken erzeugt. Expositionen von biologischen Proben mit ionisierender Strahlung werden in einer eigenständigen, vollständig geschirmten Röntgenanlage durchgeführt.
Temperaturschwankungen oder -Verläufe sowie Kühlung bei Bestrahlung in den Vakuumanlagen oder speziell angepassten Vorrichtungen werden über Kryomaten nachgefahren. Die Abläufe können automatisch durchgeführt werden. Dabei werden z.B. die gemessenen Temperaturen der außen an der ISS angebrachten Weltraumexperimente ständig mit den gemessenen Temperaturen des Bodenexperiments verglichen und nachgefahren.
Mit Experimenten in diesen Anlagen tragen wir zum Verständnis der Effekte einzelner Umweltparameter auf Leben oder Materialien bei. Gezielte Kombinationen der Anlagenteile ermöglichen es, kombinierte Effekte (additiv, synergistisch, oder antagonistisch) verschiedener Umweltbedingungen zu erforschen. Dazu sind die Vakuumanlagen mit speziellen, UV-transparenten Quarzglasfenstern und mit Durchflusskühlplatten ausgestattet.
Die Anlagen stellen die Infrastruktur für Pre-Flight-Tests von und mit Weltraumhardware und mit Organismen, die im Rahmen von Weltraumexperimenten ins All fliegen sollen. Dazu gehören Tests wie Science Verification Tests (SVT), Experiment Sequence Tests (EST) und missionsbegleitende Bodensimulationstests (Mission Ground Reference (MGR) und das Ground Reference Experiment (GRE).