Raumzeit (Metaebene Personal Media - Tim Pritlove)

Die Erdbeobachtung ist heutzutage eine der wichtigsten Aufgaben der Raumfahrt, ist sie doch die Basis der Umweltforschung als auch zunehmend entscheidende Informationsquelle für die Landwirtschaft und viele andere Anwendungen hinaus. Mit GMES steht jetzt ein ganz neues Konzept der Erdbeobachtung an, in das die gesammelte Erfahrung der letzten Jahrzehnte eingeflossen ist und das demnächst mit dem Start des ersten Sentinel-Satelliten seinen offiziellen Beginn einleitet. Neben der schnell zu schließenden Lücke in der Versorgung der wissenschaftlichen Forschung mit umfangreichen Messdaten, die durch das Missionsende des Envisat entstanden ist, öffnet GMES auch vollständig neue Anwendungsbereiche. Mehr als nur die Forschung soll auch die Gesellschaft und Wirtschaft von einer kontinuierlichen Versorgung zahlreicher Datenströme profitieren. Dabei geht GMES auch in der Zugänglichkeit der Daten selbst neue Wege und setzt erstmalig auf ein komplett freien Zugang.

Der Merkur hat im Vergleich zu anderen Planeten bislang eher selten Besuch von der Menschheit erhalten. Die Gründe dafür sind offensichtlich: die Nähe des Himmelskörpers zur Sonne stellt die Raumfahrt vor große Herausforderungen, da ihre Hitze und Gravitation einen Anflug zu einer kniffligen Angelegenheit machen. Trotzdem befinden sind die Vorbereitungen der ESA für die nächste Merkur-Mission BepiColombo auf der Zielgeraden, denn im August 2015 soll der Doppelsatellit (in Zusammenarbeit mit der japanischen Raumfahrtagentur JAXA) sich auf den langen Weg machen, um ab Januar 2022 den Merkur mit den modernsten Instrumenten zu untersuchen.

Eine gute Ausbildung spielt in der Raumfahrt eine große Rolle - und so engagieren sich DLR und ESA auch darin, Studenten noch während des Studiums eine Vielzahl von Einstiegsmöglichkeiten zu geben. Das DLR bietet dabei Studententeams sogar die Möglichkeit, eigene Experimente in der Schwerelosigkeit  zu planen, entwickeln und durchzuführen. Die Programme REXUS und BEXUS (Raketen- und Ballon-Experimente für Universitäts-Studenten) sind umfangreiche Kampagnen, in deren Rahmen Teams über einen Zeitraum von rund einem Jahr eigene wissenschaftliche und technische Experimente auf Höhenforschungsrakete und -Ballonen unter speziellen Atmosphärenbedingungen durchführen. Die Missionskampagnen bzw. -starts finden im Raumfahrtzentrum Esrange bei Kiruna in Schweden statt. Das DLR begleitet und unterstützt die deutschen Teilnehmer während der gesamten Projektzeit, sodass hier auch über das eigene Experiment hinaus umfangreiche Kenntnisse - beispielsweise in Bezug auf die Zusammenarbeit mit einer Raumfahrtagentur wie dem DLR - gewonnen werden können.

Der Merkur stellt die Wissenschaft noch vor große Rätsel. Trotzdem haben die Mariner- und MESSENGER-Missionen für einen grundlegenden Erkenntnisgewinn gesorgt. Die in der letzten Raumzeit-Folge besprochene Mission BepiColombo soll in naher Zukunft die Grundlage für weitere Forschungserfolge schaffen. Anhand der Ergebnisse der bisherigen Missionen zeichnet sich bereits ein Bild ab, doch existieren verschiedene Theorien zu seiner Entstehung: Der Merkur - unserem Erdmond in Erscheinung und Gestalt recht ähnlich - ist vor allem von seiner großen Nähe zur Sonne geprägt. Dazu weist er eine Reihe von sonderbaren Eigenschaften auf, die die Planetenforschung umtreiben: ein merkwürdiges Magnetfeld, rätselhafte 'Löcher' auf der Oberfläche und einen ungewöhnlich großen Eisenkern.

Die Venus ist trotz ihrer Nähe zur Erde ein vergleichsweise wenig erforschter Planet, der die Wissenschaft aber trotzdem vor große Fragen und die Raumfahrt vor große Herausforderungen stellt: die extreme Atmosphäre des Planeten verspricht Erkenntnisse in der Klimaforschung und macht jede Annäherung eines Raumfahrzeugs zu einem riskanten Manöver. Um die wissenschaftliche Erkundung voranzubringen hat die ESA 2005 die Mission Venus Express gestartet, um mit einer Vielzahl an Instrumenten neue Daten und Erkenntnisse zu gewinnen. Venus Express baut auf  für die Missionen Rosetta und Mars Express entwickelten Technologien auf und konnte daher in Rekordzeit auf die Beine gestellt werden: nur drei Jahre vergingen von der ersten Planung bis zum Start der Mission, die seit 2006 erfolgreich die Venus umrundet.

Nachdem wir in der letzten Raumzeit die Herausforderungen eines Fluges zur Venus besprochen haben, rücken wir in dieser Ausgabe den Planeten selbst in den Mittelpunkt: die Venus. Der „höllische Nachbar der Erde“, mit seiner tödlichen Atmosphäre und umgedrehter Rotationsrichtung, gibt der Wissenschaft noch viele Rätsel auf. Obwohl die Venus außerhalb der habitablen Zone liegt, mag der Planet einmal die Voraussetzungen für Leben geboten haben. Aus diesem Grund ist die Venus für die Forschung auch besonders interessant: können Rückschlüsse auf eventuelle Folgen einer Erderwärmung gezogen werden? Dem  Planeten fehlen verschiedene Schutzmechanismen und Voraussetzungen, die auf der Erde Leben ermöglichen. Die Oberflächentemperatur von ungefähr 500 Grad Celsius und ein atmosphärischer Druck von 92 bar machen es schwierig, sich dem Planeten zu nähern. Bisher hat noch kein Landesystem mehr als ein paar Minuten auf der Vesus-Oberfläche überlebt.

Mars Express ist die erste Mission der ESA zum Mars, die in nur wenigen Jahren konzipiert und auf Basis der technischen Plattform der Rosetta-Mission auf den Weg gebracht wurde. 2003 erfolgte der Start und seit 2004 umkreist die Sonde den roten Planeten und liefert wichtige Daten, die bereits jetzt zu vielen neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen und Entdeckungen geführt haben, die zur Suche nach Leben auf dem Planeten beitragen. Besonders die hochauflösenden Stereobilder der HRSC-Kamera und die Bodenuntersuchungen des MARSIS-Radar-Instruments haben Aufmerksamkeit erregt und einen neuen Blick auf den der Erde so ähnlichen Himmelskörper erschlossen.

Der Mars ist derzeit das begehrteste Objekt der Raumfahrt und der Planetenforschung. Zahlreiche Missionen haben das Wissen um den Roten Planeten in den letzten Jahren erheblich erweitert. Heute weiß man, dass der Himmelskörper nicht nur Wasser in Form von Eis vorrätig hat, sondern auch vor nur wenigen hunderttausend Jahren und vielleicht sogar noch heute von geringen Mengen flüssigen Wassers geformt wurde. So kann die Wissenschaft mit der Erkundung des Mars viele Erkenntnisse über die Entstehung und Entwicklung unseres Sonnensystems und auch der Erde zusammentragen.

Die Robotik ist schon seit langem ein vertrautes Forschungsfeld der Wissenschaft, jedoch stehen noch viele Durchbrüche der Technologie in diesem Feld aus. Beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) wird Robotik für eine Vielzahl von Anwendungen erforscht. Nachdem wir in Raumzeit #014 schon einmal auf die Anwendungsfelder in der Raumfahrt geschaut haben, wollen wir in der aktuellen Ausgabe die Robotik als Gesamtforschungsfeld betrachten - mit einem Schwerpunkt auf humanoide Roboter.

Das Röntgen-Weltraumteleskop XMM-Newton ist nicht nur eine wichtige Mission für die Wissenschaft, sie ist auch eine der technisch erfolgreichsten und langlebigsten Missionen der ESA überhaupt. Obwohl der Satellit jetzt schon länger im Betrieb ist als geplant, könnten bestimmte Maßnahmen die Laufzeit sogar noch deutlich verlängern. Mit Hilfe von XMM-Newton können Wissenschaftler mit sehr zielgerichtet und mit hoher Präzision ferne Sterne und Galaxien im Frequenzbereich der Röntgen-Strahlung untersuchen. Nachdem der Satellit ROSAT als Pionier der Röntgenastronomie eine Landkarte der Röntgenstrahlung im Universum geliefert hat, hebt XMM-Newton die Forschung in diesem Bereich auf eine neue Stufe. Im Gespräch mit Tim Pritlove berichtet der für den Flugbetrieb von XMM-Newton zuständige Spacecraft Operations Manager Marcus Kirsch über Ziele und Aufgaben des Röntgen-Weltraumteleskops und erzählt auch von den großen Herausforderungen, vor dem das Team stand, als der Satellit einmal eine Woche nicht mehr zu erreichen war.

Die Sonne ist als Quell all unserer Energie und Zentrum unseres Daseins von größtem wissenschaftlichen Interesse, doch gab es bislang nur wenige Missionen, die dem Gestirn wirklich nahe gekommen sind. Voraussichtlich 2017 startet daher die ESA die Mission Solar Orbiter. Solar Orbiter wird sich der Sonne auf Höhe des Merkurs annähern und in einer rotierenden, stark elliptischen Bahn zahlreiche Nah- und Fernuntersuchungen vornehmen.

Wie vor einiger Zeit angekündigt fand am 8. April 2013 in der Centralstation in Darmstadt unser erstes Live-Event statt und 400 Besucher füllten die Halle bis auf den letzten Platz und sorgten von Anfang an für gute Stimmung und bis zu letzt für eine lebendige Atmosphäre. Thematisch haben wir dieses Mal einen anderen Weg genommen und einen unterhaltsamen Talk mit einem sehr breiten Ansatz angestrebt. Tim Pritlove sprach mit Rainer Kresken (ESA) und Volker Schmid (DLR) über den Mythos Raumfahrt, die Rolle der Science Fiction und über die kommenden Herausforderungen der Raumfahrt und Wissenschaft im Allgemeinen. Das Event hat gezeigt, wie groß doch das Interesse an der Raumfahrt im allgemeinen und den Themen von Raumzeit im besonderen ist. Es war schön, so viele Hörer auf einmal zu treffen und für das vielfältige Feedback vor Ort bedanken wir uns auch ganz artig. Der Abend war ein großer Erfolg und wir hoffen, das zu gegebener Zeit ein mal wiederholen zu können.

Die Doppelmission TerraSAR-X und TanDEM-X besticht durch ihre ungewöhnliche Konstellation und technische Innovation in der Satellitensteuerung. Zunächst als einfache Radarmission unter dem Namen TerraSAR-X geplant, wurde dem einzelnen Satelliten bald ein nahezu gleicher Zwilling nebenangestellt. TanDEM-X ergänzt das erste Raumfahrzeug mit identischer Messtechnik, aber anders gelagerter Steuerung. Seit Oktober 2010 fliegen die beiden Systeme in helixförmiger Flugbahn um die Erde und kombinieren ihre Messergebnisse. Dadurch wird eine bislang nicht gekannte Genauigkeit in der Höhenmessung erzielt, die die Erdbeobachtung auf eine neue Basis stellt.

In den letzten zehn Jahren hat sich das Verständnis des Universums grundlegend gewandelt. Durch zahlreiche wissenschaftliche Entdeckungen und Erkenntnisse wurden die bisherigen Annahmen auf den Kopf gestellt. Um die Fragen nach dem Wesen von Dunkler Materie und Dunkler Energie zu beantworten müssen neue Wege gegangen werden. Dabei spielt das auf der Internationalen Raumstation installierte Alpha-Magnet-Spektrometer (AMS) eine Schlüsselrolle. Das vom DLR geförderte und von zahlreichen Wissenschaftlern in kurzer Zeit entwickelte neuartige Messsystem beobachtet und analysiert rund um die Uhr eintreffende kosmische Strahlung und sucht dabei nach Atomen und Elementarteilchen, die weiteren Aufschluss über die genaueren Umstände des Urknalls und der generellen Beschaffenheit des Universums geben sollen.

Manche Planeten haben viele, manche haben keine, die Erde hat nur einen: einen Mond. Der Erdmond ist der nächste Himmelskörper und der einzige, der bisher von Menschen erreicht wurde. Der Mond ist Forschungsobjekt und Traumgestalt in einem und hat die Menschheit seit jeher fasziniert. Nach der explosiven Frühphase der Raumfahrt, die durch den Wettlauf zum Mond und letztlich den ersten erfolgreichen Besuch eines Menschen auf seiner Oberfläche gekennzeichnet war, ging das Interesse am Mond zunächst stark zurück. Erst in den letzten Jahren gibt es ein Wiederaufflammen des Interesses, geprägt vom bahnbrechenden Nachweis von Wasser auf dem Mond und der potentiellen Nützlichkeit des Trabanten für künftige Missionen in unser Solarsystem.

Die Vermessung der Welt ist keine leichte Aufgabe, da es sich bei der Erde um ein Objekt permanenter Bewegung handelt. Flüssiges Magma im Inneren und schwimmende Kontinente auf dem Erdmantel formen die Gestalt der Erde und bestimmen das Erdschwerefeld, das sich unregelmäßig über den Planeten verteilt. Dieses Gravitationsfeld allgemeingültig und mit einer bisher unerreichten Präzision zu vermessen ist die Aufgabe der Mission GOCE. Für den Satelliten wurde ein neuartiges Gravitations-Gradiometer zur Messung des Schwerefelds entwickelt und durch den Einsatz eines Ionenantriebs eine bisher unerreichte Bahnstabilität erreicht. Die Ergebnisse der Mission sind die Grundlage eines neuen geodätischen Referenzmodells auf dessen Basis andere Erdbeobachtungskonzepte miteinander kombiniert werden können. Im Gespräch mit Tim Pritlove erläutert Prof. Reiner Rummel von der Technischen Universität München einerseits die Geschichte der Geodäsie, die Technik des Satelliten und die Aufgabenstellung der Mission und andererseits die Bedeutung der Messergebnisse für die Wissenschaft und die Gesellschaft. Dabei geht es auch um mögliche Auswirkungen von GOCE auf künftige Fernerkundungsmissionen zu Planeten und anderen Himmelskörpern.

Der Erdbeobachtungssatellit Envisat war nicht nur einer der größten seiner Art, er war auch ein Tausendsassa in seiner Disziplin. In seiner zehnjährigen Betriebsphase - doppelt so lang wie ursprünglich geplant -  hat er die Erdbeobachtung maßgeblich geprägt und für vollkommen neue Forschungsfelder und Nutzungen erschlossen. Durch Envisat konnte erstmals ein umfangreiches Bild der Erde geschaffen werden und es wurde die Grundlage für die moderne Umweltforschung gelegt: Ozeanverschmutzung,  Tropenwaldabholzung oder die Luftverschmutzung durch die Industrie - die hochentwickelten Instrumente an Bord des Satelliten lieferten vollkommen neue Einblicke in die globalen Auswirkungen unserer modernen Zivilisation. Doch auch für die Vermessung der Erde und die wissenschaftliche Forschung im Allgemeinen war Envisat ein Durchbruch, konnte man mit ihm nun beobachten, wie sich Städte durch den U-Bahn-Bau um Zentimeter absenkten und ganze Länder durch Erdbeben um Meter verschoben. Envisat konnte Vulkanen beim "Atmen" zuschauen und erlaubte die Beobachtung des Ozonlochs. Die hohe Qualität der Daten eröffnete auch schrittweise den Weg von der wissenschaftlichen Forschung hin zu einer wissenschaftlichen Dienstleistung für die Welt.

Um die Erdanziehung zu überwinden muss bei Raumfahrtmissionen eine Menge Energie freigesetzt werden. Um die notwendige Kraft zu entfalten müssen leistungsfähige und zuverlässige Antriebe entwickelt werden. Die dritte Ausgabe von Raumzeit widmet sich ganz diesem Thema. Ralf Hupertz, Ingenieur beim Institut für Raumfahrtantriebe des DLR in Lampoldshausen führt in die Prinzipien und Details der Raketenantriebe ein, bietet Einblick in die Geschichte und Zukunft der Technologie und erläutert die Bedeutung dieses Technikfelds für die gesamte Raumfahrt.

Nachdem wir in der dritten Ausgabe von Raumzeit uns ausführlich mit den Raketentriebwerken und dem Raketenstart beschäftigt haben, nimmt die aktuelle Sendung den Faden an der genau der Stelle auf und blickt auf den Bereich "Operations" der sich mit der konkreten Steuerung der Raumfahrzeuge auseinandersetzt.

Die Planeten - die "Wanderer" am Himmel - sind die Spaltprodukte der Entstehung unserer Sonne und Basis unserer Existenz. Aber was bedingte die Entstehung von Planeten, war es ein Zufall oder unvermeidlich? Und was befördete das Entstehung von Leben auf der Erde?

Paradoxerweise ist die Erdbeobachtung eine der wichtigsten Aufgaben der Raumfahrt, da erst der Blick von oben der Menschheit das nötige Bewusstsein für das Große und Ganze und für die Verletzlichkeit unseres Planetens geschaffen hat. Unter dem Begriff fallen allerdings gleich eine ganze Reihe von Anwendungen zusammen.

Die Raumfahrt schießt seit Jahrzehnten beherzt neue Raumfahrzeuge in den Orbit und übersah anfangs ein heute bedrohliche Ausmaße annehmendes Problem: die Umlaufbahnen sind überfüllt mit Material und fortlaufend auftretende kleine und große Kollisionen erzeugen ein orbitales Trümmerfeld, dass zunehmend den ordnungsgemäßen Betrieb bestehender und kommender Missionen gefährdet.

Satellitennavigation ist die vielleicht populärste Anwendung der Raumfahrt überhaupt. Seitdem die USA ihr GPS-System Anfang der 1990er Jahre für jeden nutzbar geschaltet haben, werden immer mehr Einsatzgebiete gefunden. Mit Galileo haben die Europäer ihr eigenes Navigationssystem in Planung, dass in den kommenden Jahren Schritt für Schritt in Betrieb genommen werden soll.

Neben den großen Himmelskörpern wie Sonne und Planeten wird unser Sonnensystem auch durch eine Vielzahl von kleineren Objekten geprägt: Asteroiden und Kometen nehmen in der Mitte und am Rand des Systems breiten Raum ein und einige einzelne Vertreter sínd dabei auch auf Kollisionskurs mit seinen Nachbarn. Auch die Erde ist vor Asteroiden nicht gefeit und so sind Einschläge von Kleinstobjekten an der Tagesordnung und Kollisionen mit größeren Vertretern der Zunft haben in den letzten Jahrmillionen die Oberfläche der Erde und das Leben auf ihr nachhaltig geprägt.

Raumstationen sind neben den großen interplanetaren Missionen die Aushängeschilder der Raumfahrt. Heute wirkt sie zudem als Bindeglied der internationalen Raumfahrtagenturen, von denen sich schon viele an den Aktivitäten der Mir und vor allem der Internationalen Raumstation ISS beteiligen. Die ESA stellt mit dem Columbus-Modul einen wichtigen Baustein der ISS.

Astronauten müssen für ihre Einsätze über ein außergewöhnlich umfangreiches Grundwissen und Training verfügen, damit sie sowohl den Herausforderungen der täglichen Arbeit im Orbit als auch möglichen Notfallsituationen gewachsen sind. Wie komplex und umfangreich diese Ausbildung ist, erzählt die elfte Ausgabe des Raumzeit-Podcasts.

Vor fünzig Jahren, am 12. April 1961, passierte Juri Alexejewitsch Gagarin an Bord der Wostok 1 als erster Mensch die magische 100-Kilometer-Marke, ab der man vom Weltraum spricht. Damit war faktisch die moderne bemannte Raumfahrt geboren. Russland führte somit technologisch die Entwicklung an und unterstrich diese Führungsrolle durch den Aufbau von Raumstationen, die fortan als Basis von Langzeitmissionen russischer Kosmonauten dienten. 17 Jahre später wurde ein Deutscher Teil einer dieser Missionen: Der Wissenschaftler und Militärpilot Sigmund Jähn aus Morgenröthe-Rautenkranz in Sachsen trat am 26. August 1978 die Reise zur Raumstation Saljut 6 an und war damit der erste Deutsche im Weltall. Nach der Wende wurde Sigmund Jähn zu einem begehrten Ratgeber des DLR und der ESA sowie Ausbilder deutscher Astronauten. Anlässlich des 50-jährigen Jubiläums der bemannten Raumfahrt baten wir Sigmund Jähn, einen Rückblick auf die Pioniertage der Raumfahrt zu wagen.

Unsere Erde ist von einer verhältnismäßig dünnen Schicht von Gasen umgeben, die das Leben auf der Erde überhaupt erst ermöglicht, indem sie Temperatur und Klima schafft und Schutz vor Strahlung bietet. Die Struktur der Atmosphäre hat aber auch große Auswirkungen auf die Kommunikation in der Raumfahrt und ihre Verschmutzung durch natürliche und menschengemachte Partikel ist eine Herausforderung sowohl für die Umwelt als auch für die Luftfahrt. Ein einschneidendes Ereignis, das diese Zusammenhänge deutlich gemacht hat, war der Ausbruch des Eyjafjallajökull in Island vor einem Jahr, der für einige Tage die Einstellung des Luftverkehrs in weiten Teilen Europas zur Folge hatte.

Robotik ist eine noch verhältnismäßig junge technische Disziplin und steht in der Raumfahrt selbst noch vor dem Durchbruch. Erstmals kam im Rahmen der D2-Mission auf dem Space Shuttle ein vom DLR geplantes Projekt auf einem Raumfahrtzeug zum Einsatz. Mit den in den letzten Jahrzehnten gewonnenen Erkenntnissen könnten sich die unbemannte und bemannte Raumfahrt in zahlreiche Richtungen weiterentwickeln. Dazu gehören sicherere Außenbordeinsätze, bodengesteuerte Experimente und missionsverlängernde Maßnahmen.

Computer sind heute das Universalwerkzeug der Forschung und Software ist der Schlüssel zum Erfolg der Projekte. So wird Software auch selbst zum Forschungsgegenstand. Aber auch um in anderen Forschungsbereichen des DLR das Wissen um die erforderlichen und wünschenswerten Techniken in der Softwareentwicklung voranzubringen erfolgt eine aktive Unterstützung durch diesen Forschungsbereich.

SOFIA - das auf ein Flugzeug montierte Infrarot-Teleskop zur Beobachtung des Weltalls von der Stratosphäre aus - ist ein Gemeinschaftsprojekt des DLR und der NASA. Als Nachfolgesystem des bereits sehr erfolgreichen Kuiper Airborne Observatory (KAO) wurde SOFIA unlängst in Betrieb genommen und erreicht aufgrund seiner größer dimensionierten Spiegel und aktueller Messtechnik deutlich gesteigerte Messwerte. Damit dient SOFIA der verbesserten Beobachtung des Weltalls und der Grundlagenforschung auf vielen Gebieten.

Eine kleine Einführung in unser Projekt als Appetithäppchen vorab, damit Ihr Euch schon mal mit unserer tollen Erkennungsmelodie bekannt machen könnt.

Das Automated Transfer Vehicle (ATV) ist das Logistik-Raumfahrzeug der ESA für die Internationale Raumstation ISS. Nachdem im Frühjahr 2008 die erste ATV-Mission unter dem Namen "Jules Verne" erfolgreich abgeschlossen werden konnte wurde zwei Jahre später die Nachfolgemission "Johannes Kepler" gestartet und ist zum Zeitpunkt der Aufnahme dieses Gesprächs gerade mit der ISS verbunden, um einige Wochen später die Raumstation wieder zu verlassen.

Das European Space Research and Technology Centre (ESTEC) in Noordwijk in der Nähe von Den Haag in den Niederlanden ist einer der größten Standorte der ESA und beherbergt neben zahlreichen Forschungslaboren auch ein großes Testzentrum, in dem alle Raumfahrzeuge der ESA auf Herz und Nieren geprüft werden, bevor sie für ihren Einsatz freigegeben werden. Das ESTEC Test Centre nimmt damit eine im wahrsten Sinne des Wortes zentrale Rolle im Gesamtablauf der ESA-Missionen ein und liefert für Inbetriebnahme und Betrieb wertvolle Ergebnisse. Das ESTEC Test Centre ist mit einer Vielzahl an üppig dimensionierten Testständen ausgerüstet. So ist hier die Prüfung der Temparatur- und Vakkumbeständigkeit wie auch der Vibrationsfestigkeit auch großer Raumfahrzeuge wie dem ATV möglich.

Ende einer Ära: Das Space Shuttle-Programm der NASA endet in diesem Monat mit dem Start der letzten Raumfähre und einem letzten Flug zur Internationalen Raumstation. Als eine Ikone der Raumfahrt gefeiert hat das "Space Transportation System" in nun bald 135 Missionen eine große Missionsvielfalt an den Tag gelegt und letztlich den Aufbau der ISS überhaupt erst ermöglicht.

Der Flug der Raumsonde Giotto zum Kometen Halley war ein Meilenstein in der Erforschung von Kometen und für die ESA eine wichtige Mission beim Aufbau der interplanetaren Forschung. Giotto lieferte durch seine große Annäherung an Halley Bilder in einer bis dahin nicht bekannten Güte. Die Raumsonde Rosetta ist nun auf dem Weg die Geschichte von Giotto fortzuschreiten und wird sich dem Komenten Tschurjumow-Gerasimenko nicht nur noch weiter nähern, sondern auch einen Lander auf dem Komenten absetzen, um dessen Zusammensetzung noch vor Ort zu analysieren. Im Juni wurde die Sonde in den Tiefschlaf versetzt um für die finale Phase der Mission in 2014 wieder geweckt zu werden.

Eine der größten Herausforderungen in der bemannten Raumfahrt ist die Bewältigung der lebensfeindlichen Bedingungen des Weltraums: Schwerelosigkeit, künstliche Atmosphäre und kosmische Strahlung setzen dem menschlichen Körper in vielfältiger Weise zu und müssen sorgfältig bei jeder Mission mitbedacht werden. Eine medizinische Betreuung der Astronauten beginnt dabei bereits Monate vor dem Start und intensiviert sich während des Einsatzes noch einmal merklich. Doch bietet die Raumfahrt der medizinischen Forschung auch ein großes Potenzial. Der Wegfall der Gravitation erlaubt das Isolieren und Studieren von Körperfunktionen wie es auf der Erde nicht möglich wäre. So trägt die Raumfahrtmedizin signifikant zum wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn bei - auch weit über die Anforderungen und Bedingungen der Raumfahrt hinaus.

Die hohen Anforderungen an die Zuverlässigkeit und die trotz langer Projektplaufzeiten herrschende Zeitnot zwingt Raumfahrtingenieure und -Wissenschaftler oft dazu, auf Bewährtes und Getestetes zurückzugreifen, um das Risiko für die Missionen möglichst niedrig zu halten. Dabei bleiben neue Technologien oder Methoden häufig unerforscht oder ungetestet. Um den weitergehenden Fortschritt zu ermöglichen und um Neues zumindest mental durchgespielt zu haben hat die ESA 2002 das Advanced Concepts Team (ACT) ins Leben gerufen. Im ACT entwickeln junge Wissenschaftler neuartige Konzepte, Lösungsansätze und Technologieideen die möglicherweiser künftigen Raumfahrtmissionen dienen können. Die Forschung ist hier allerdings bewusst nicht projektorientiert sondern wendet sich eher allgemeinen Problemen der Raumfahrt zu, um die Forschung von genau den Zwängen zu befreien, die sonst den Fortschritt behindern. Das Advanced Concepts Team arbeitet so als Think Tank für andere Bereiche der ESA.

Nun ist es so weit: die erste Ausgabe unseres Podcasts steht bereit. Um dem gesamten Themenkomplex einen Rahmen und eine ausführliche Einführung zu geben beginnen wir mit einem Gespräch mit Jan Wörner, Vorstandsvorsitzender des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt und damit auch offizieller deutscher Vertreter bei der ESA wo er als stellvertretender Vorsitzender im ESA-Rat agiert. Jan Wörner erläutert im Gespräch die organisatorische Konstruktion der Raumfahrt in Europa, stellt wichtige Projekte der europäischen Raumfahrt der Vergangenheit und Gegenwart vor und gibt grundlegende Einblicke in das Selbstverständnis, die Ziele und Motivation der deutschen und europäischen Raumfahrt-Akteure.

Die Röntgenastronomie hat in den 70er Jahren vollkommen neue Einblicke ins All ermöglicht und trug in erheblichem Maße zum heutigen Basiswissen über unser Universum bei. Die ROSAT-Mission - unter Federführung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik und in Kooperation mit der NASA und dem DLR - ermöglichte Anfang der 90er Jahre einen Durchbruch in der umfangreichen Kartografie des Universums und in der Erforschung von Röntgenquellen im All überhaupt.

Für den in der letzten Raumzeit-Ausgabe ausführlich behandelten Satellit ROSAT steht in den kommenden Wochen der Wiedereintritt in die Erdatmosphäre bevor. Der nicht mehr steuerbare Satellit wird zum allergrößten Teil verglühen, es muss aber damit gerechnet werden, dass bis zu 30 einzelne Trümmerteile die Erdoberfläche erreichen könnten. Rund um den Wiedereintritt gibt es viele Fragen, die wir in dieser Ausgabe behandeln möchten. Nach aktuellen Berechnungen steht der Wiedereintritt des ROSAT-Satelliten in die Erdatmosphäre für Ende Oktober 2011 an.

Das Zentrum für satellitengestützte Kriseninformation (ZKI) des DLR ist eine Diensleistungseinrichtung zur Unterstützung von Staaten, Einsatzkräften oder Hilfsorganisationen bei der Bewältigung von Naturkatastrophen und anderen große Gebiete betreffene Krisen, bei denen eine Aufklärung durch Erdbeobachtungssysteme hilfreich sein kann. Das ZKI ist rund um die Uhr an jedem Tag des Jahres aktivierbar und ist in der Lage, in kurzer Zeit von den eigenen Satelliten oder auch denen anderer Organisationen Daten zu beziehen und diese der jeweiligen Hilfsanfrage gemäß auszuwerten, aufzubereiten und in strukturierter Form bereitzustellen. Das ZKI leistet damit eine signifikanten und hilfreichen Beitrag bei der Bekämpfung der Auswirkungen der Katastrophen.

Das Experimentieren in Schwerelosigkeit gibt Forschern in vielen Disziplinen die Möglichkeit, Vorgänge und Materialien auf eine Weise zu testen, die auf der Erde normalerweise nicht möglich ist. Wissenschaftler können dabei Nebeneffekte isolieren und ihren Experimenten grundlegende Aussagen abgewinnen. Der Ausschluss der natürlichen Gravitation hat signifikante Auswirkungen für die Forschung in Biologie, Medizin oder Physik und erlaubt große Fortschritte im Bereich der Materialforschung und bei technologischen Erprobungen.

Langzeitaufenthalte im All haben ihre ganz eigenen Anforderungen und eine mögliche bemannte Mission zum Mars stellt die internationale Raumfahrt vor ganz neue Fragestellungen sowie organisatorische und vor allem medizinisch-psychologische Herausforderungen. Um letztere genauer zu analysieren und um entsprechende Rahmendaten für eine detaillierte Planung einer Marsmission zu gewinnen wurde von ESA und ROSKOSMOS das Mars500 Langzeitexperiment ins Leben gerufen. Über einen Zeitraum von 520 Tagen wurde im Juni 2010 dabei ein Team von 6 Männern in einer Raumfahrzeug-ähnlichen Situation untergebracht und wird seitdem Tag und Nacht beobachtet und medizinisch-psychologischen Tests unterzogen. Während der langen Zeit werden möglichst viele Bedingungen eines realen Marsflugs simuliert. Im November 2011 endet das Experiment.

Raumfahrtmissionen erfordern eine permanente und zuverlässige Steuerung und Kommunikation mit der Erde. Diesen Kontakt halten eine Vielzahl von Bodenstationen, die auf unterschiedlichen Frequenzbändern die Aktivität im Orbit und im Deep Space beobachten und die Kontrolle der Missionen ermöglichen. Das ESTRACK Bodenstations-Netzwerk der ESA ist ein weltumspannender Verbund von Großantennen, die über internationale Datenleitungen vom ESOC in Darmstadt ferngesteuert werden. ESTRACK erlaubt eine Rund-um-die-Uhr-Beobachtung und Steuerung sowohl von erdnahen Starts und Missionen als auch die Fernkommunikation mit weit von der Erde entfernten Sonden und Weltraumteleskopen. Dabei unterstützt ESTRACK sowohl die ESA-eigenen Missionen als auch Projekte anderer Weltraumagenturen weltweit.

Das Infrarot-Weltraumteleskop Herschel wurde gemeinsam mit dem Schwester-Satelliten Planck 2009 gestartet und erreichte zwei Monate später seinen Aufenthaltspunkt auf der Erd-Sonnen-Achse ca. 1,5 Millionen Kilometer von unserem Planeten entfernt. Von dort beobachtet Herschel den Weltraum im Infrarotteleskop mit dem größten Spiegel, der je von Menschen ins All gebracht wurde. Im Gespräch mit Tim Pritlove erläutert Micha Schmidt, Spacecraft Operations Manager beim ESOC in Darmstadt, die Technik des Satelliten und schildert die besonderen technischen Anforderungen, die für dieses Projekt beachtet werden mussten.

Deep Space Missionen gehören zu den größten Herausforderungen der Raumfahrt, da hier stets Neuland betreten wird und die technischen und organisatorischen Anforderungen extrem sind. Reisen zu den Gasplaneten unseres Sonnensystems sind dabei besonders selten und durch die großen Distanzen zusätzlicher Nervenkitzel. Die Mission Cassini-Huygens zum Saturnsystem ist eine dieser besonderen Projekte gewesen, die wir in diesem Podcast ausführlich vorstellen möchten. Cassini-Huygens ist eine Kooperation zweier Raumfahrtagenturen: Cassini (NASA) reiste gemeinsam mit der Sonde Huygens (ESA) zum Saturnsystem und setzte letztere über dem Saturnmond Titan ab. Der Eintritt von Huygens in die dichte Atmosphäre des Titan ist damit auch der erste Kontakt mit einem Himmelskörper unseres Sonnensystem, der trotz grundlegender Unterschiede auch frappierende Ähnlichkeiten mit unserer Erde aufweist. Im Gespräch mit Tim Pritlove erläutert Michael Khan - Missionsanalytiker der ESA beim ESOC in Darmstadt - die Planung, Durchführung und Erkenntnisse dieser außergewöhnlichen Mission und berichtet von den zahlreichen Schwierigkeiten, die im Vorfeld und auch während des Fluges bewältigt werden mussten.

Die DLR_School_Labs sind eine Nachwuchsförderungsinitiative des DLR und sind in neun Städten teils an DLR-Standorte, teils an Universitäten angeschlossen. In den Schülerlaboren wird Schülern die Möglichkeit gegeben, aktuelle Forschung und gelebte Wissenschaft hautnah zu erfahren und Schulen eine Ergänzung des normalen Lehrprogramms geboten.

Nachdem wir bereits in der 30. Ausgabe von Raumzeit die technischen und organisatorischen Aspekte der Mission Cassini-Huygens im Detail besprochen haben, geht die aktuelle Ausgabe unserer Gesprächsserie auf die wissenschaftlichen Erkenntnisse über das Saturnsystem vor und nach dieser bedeutenden Mission ein.

Der Umbau unserer Energieversorgung schreitet weltweit stärker voran als sich dies aus der eigenen Betrachtung und Nachrichtenlage ablesen lässt. Besonders die ursprünglich für die Bedürfnisse der Raumfahrt entwickelte Photovoltaik und besonders die Solarthermie spielen hier eine zentrale Rolle. Doch für eine zuverlässige Energieversorgung, die den Anforderungen der Gegenwart und Zukunft entspricht, kommt es auf eine kluge Kombination von unterschiedlichen erneuerbaren Energiequellen an. Studien des DLR zu einer Nutzung von Solarthermie und anderen erneuerbaren Energieformen und der Errichtung von speziellen Stromtrassen im Mittelmeerraum legten dabei in den vergangenen Jahren die Grundlagen für die DESERTEC-Initiativen, die einen umfassenden und kollektiven Umbau der Energie-Infrastruktur Europas, des Nahen Ostens und Nordafrikas (EUMENA-Region) zum Ziel haben.

Der Bedarf an einer umfassenden Beobachtung und Katalogisierung der unmittelbaren Umgebung der Erde im Weltraum wird täglich größer. Zunehmender Satellitenverkehr und Weltraumschrott aber auch wechselnde Sonnenaktivität und erdnahe Asteroiden erfordern unsere Aufmerksamkeit, um Raumfahrtmissionen und kritische Infrastrukturen auf der Erde zu schützen. Seit ein paar Jahren baut die ESA daher eines umfassendes System zur Beobachtung des Erdumfelds auf. Das Space Situational Awareness Program (SSA) fasst eine Vielzahl an Beobachtungsmethoden und -systemen in einem gemeinsamen Konzept zusammen, um in Echtzeit Entscheidungen über mögliche Objekt-Kollisionen im Orbit, mögliche Eintritte von Asteroiden in die Erdatmosphäre und den Einfluss des Weltraumwetters auf Missionen und Infrastrukturen treffen zu können.

Technologietransfer verbindet Raumfahrtforschung und Wirtschaft indem es eine bidirektionale Brücke zwischen diesen Entitäten baut. Der Transfer von Wissen und Forschungsergebnissen in die Wirtschaft verspricht in der Zukunft eine ökonomischere Nutzung der Anwendung in der Raumfahrt. Neugegründete Firmen könnenwiederum ihre Startphase auf Basis solider, sonst selten profitabler Forschung aufbauen. Das Technology Transfer Program der ESA versucht genau diese Wechselwirkung anzustossen, die für beide Seiten außerordentlich hilfreich ist. Dazu kommen wertvolle Erkenntnisse der Raumfahrt so schneller in die wirtschaftliche und damit auch gesellschaftliche Nutzung.

Das Deutsche Raumfahrt-Kontrollzentrum (GSOC) mit seinem Hauptsitz in Oberpfaffenhofen ist für die Steuerung von Raumfahrzeugen aller Art zuständig und begleitet unter anderem die Columbus-Mission an Bord der ISS sowie zahlreiche Erdbeobachtungssatelliten und andere Missionen. Das GSOC betreibt außerdem die Bodenstation des DLR in Weilheim und ist für die Steuerung der Lander-Mission der Rosetta-Raumsonde zuständig.

Bevor irgendetwas ins All geschossen wird muss zunächst viel nachgedacht werden. Daher widmet sich die zweite Ausgabe von Raumzeit der Phase der Missionsplanung. Missionsanalyst Markus Landgraf vom European Space Operations Center (ESOC) der ESA in Darmstadt berichtet in dieser Ausgabe ausführlich wie neue Missionen geboren werden und wie man sie konkret plant, wie man die Koordinierung mit beteiligten Gruppen durchführt und in welchem Maße die Planung letztlich auch die tatsächliche Durchführung der Mission beinflusst. Ein spannender Einblick in aktive Raumfahrt bis zu dem Moment wo der Countdown beginnt.

Die Raumfahrt stößt mit raketenbasierten Starts von Raumfahrzeugen auf große und bislang unüberwindliche Probleme. Um Orbits zu erreichen oder gar den Einfluss der Erdanziehung komplett zu verlassen ist der Anteil der Nutzlast bei dem tatsächlich beschleunigten Material nur sehr gering. Das macht die Raumfahrt teuer, aufwändig und gefährlich, setzt die Raumfahrzeuge schon beim Start großen Belastungen aus und wie auch viele gescheiterte Starts immer wieder gezeigt haben, sind hier dem Forschungstrieb der Menschheit große Grenzen gesetzt. Doch eine Idee treibt die Wissenschaft von Anbeginn an um: was wäre, wenn man einen Fahrstuhl bauen könnte, der Material und Personen über ins All gespanntes Seil in die Höhe bringen könnte, das nur durch die Fliehkraft der Erde senkrecht über der Oberfläche steht? Die Beschränkungen der Raketenraumfahrt wären damit Geschichte, doch stellte das Konzept die Wissenschaft bislang noch vor unlösbare Herausforderungen. Doch es gibt Licht am Ende des Tunnels und es scheint, als ob wir uns einer Zeit nähern, in der die notwendigen Schlüsseltechnologien für einen Weltraumfahrstuhl langsam zusammen kommen. Dies würde dann in der Folge der Menschheit einen direkten Zugang zum All ermöglichen, die nahezu alle heutigen technischen Realitäten in eine neue Dimension überführen könnten.

Das Planck-Weltraumteleskop ist ein ambitioniertes Projekt der ESA, das sich der Beobachtung der Kosmischen Hintergrundstrahlung verschrieben hat, die als Überbleibsel des Urknalls das erste zu beobachtende Ereignis des Universums ist. Das 13 Milliarden alte, ausgesprochen schwache Licht wird dabei aus allen Richtungen empfangen im Mikrowellenbereich empfangen. Durch massiv heruntergekühlte, langsam rotierende Instrumente gelang es Planck, eine hochauflösende, lückenlose Karte von der Entstehung unseres Universums zu erzeugen. 2013 konnte die 2009 in Betrieb gegangene Sonde ihren Auftrag erfolgreich abschließen.

Die Internationale Raumstation umrundet die Erde alle 90 Minuten und ist für den kundigen Betrachter sogar regelmäßig mit bloßem Auge auszumachen — doch die tatsächliche Arbeit an Bord und ihre Bedeutung für die Wissenschaft bleibt dem einfachen Betrachter meist verborgen. Dabei spielt die ISS eine wichtige Rolle in der modernen Forschung und ist derzeit die einzige Möglichkeit, Langzeitforschung in der Schwerelosigkeit durchzuführen.

Die Frage, "wieviel Sternlein stehen", ist gar nicht so einfach zu beantworten. Schon früh beschäftigte sich die Menschheit damit, die sichtbaren Sterne zu katalogisieren und obwohl die moderne Raumfahrt es später durch Missionen wie Hipparcos schaffte, dieses Wissen spürbar auszudehnen, weiß man heute vor allem dass man eigentlich nichts weiß. Die Gaia-Mission hat sich nun zum Ziel gesetzt, einen neuen Sternenkatalog zu schaffen, der deutlich umfangreicher und vor allem viel genauer sein soll als alle bisherigen Verzeichnisse. Neben der genauen Position und Entfernung werden dabei auch die dem Licht entlockbaren Informationen über die Zusammensetzung der Sonnen mit aufgenommen. Auf 100 Milliarden Sterne wird unsere Galaxie grob geschätzt, gut ein Prozent davon möchte Gaia vermessen. Mit großer Präzision wurde für die Mission ein Kamerasystem geschaffen, das über einen Zeitraum von ca. 5 Jahren alle sichtbaren Sterne der Milchstraße bis zu 70 mal erfassen soll. Der daraus resultierende Sternenkatalog wird in der Zukunft die Basis für viele neue Missionen und neue wissenschaftliche Erkenntnisse über die Beschaffenheit unseres Universums sein.

Die Rosetta-Misson zum Kometen Tschurjumow-Gerassimenko (67P) war ein voller Erfolg und wurde zum einem weltweit beachteten Ereignis. Nicht nur konnte die Sonde den Kometen erreichen und mit zahlreichen Instrumenten wissenschaftlich untersuchen und kartografieren, es gelang auch den Lander Philae auf dem Komenten selbst abzusetzen und direkt auf dem Grund eine Reihe von Experimenten durchzuführen.

Kleinsatelliten wurden zunächst aus Forschungsinteresse der Nutzlast großer Satelliten-Missionen hinzugefügt. Größer noch als der Nutzen aus der besseren Auslastung der Raketen waren die Auswirkungen für die Bildung. Kleine Studentengruppen waren auf einmal in der Lage, den kompletten Zyklus von der Planung über Bau, Start und Betrieb eines Satelliten im Rahmen des Studiums zu erlernen. Später wurden die Kleinsatelliten selbst Objekte der Forschung neuer Raumfahrtsysteme, da sie sich günstig produzieren und betreiben lassen. Das Institut für Raumfahrt an der TU Berlin war hier einer der Pioniere und plant und betreibt auch heute noch zahlreiche Kleinsatelliten.

Noch vor zwei Jahrzehnten herrschte Unklarheit über die Existenz von Planeten in anderen Sternensystemen. So hielt man sie zwar für wahrscheinlich, doch fehlte eine konkrete Beobachtung. Durch neue Missionen und Beobachtungsmethoden konnten 1995 erstmals ein Planet nachgewiesen werden dem dann immer mehr Planeten folgen sollten. Heute ist es klar, dass nahezu jeder Stern in der Galaxis von Planeten umgeben ist. Die weitere Erforschung brachte dabei allerlei erstaunliches zu Tage, was unser bisher vom eigenen Sonnensystem geprägtes Weltbild an vielen Stellen widerlegte und ergänzte.

Lange Zeit waren Gravitationswellen nicht viel mehr als eine Voraussage der Allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein. Doch wie so viele andere Details dieses Meilensteins der Wissenschaft konnten nun auch diese speziellen Eigenschaften des Universums experimentell nachgewiesen werden. Eine seit Jahrzehnten engagiert und global arbeitenden Community von Wissenschaftlern hat hartnäckig an Meßmethoden gearbeitet und diese ein ums andere Mal verbessert und dabei Meßgenauigkeiten erreicht, die einem schon absurd vorkommen können. Doch nun wurden nicht nur die Wellen entdeckt: zugleich wurde das energetischste Ereignis gefunden, dass je von einem Menschen im Universum beobachtet wurde. Und nur diese Methode hatte überhaupt die Chance, zwei Schwarzen Löchern beim Aufeinandertreffen zuzuschauen. Damit öffnet die gelungene Messung nicht weniger als das Tor zu einer komplett neuen Form der Weltraumbeobachtung: der Gravitationswellenastronomie.

Albert Einsteins Werk ist fester Bestandteil des wissenschaftlichen Erbes des 20. Jahrhundert und die von ihm entwickelte Allgemeine Relativitätstheorie auch im 21. Jahrhundert die bestimmende Basis unserer Sicht der Welt und des Universums. Sein Leben ist aber auch geprägt von einer verantwortlichen, grunddemokratischen und politisch engagierten Einstellung gegenüber der Gesellschaft.

Das Universum ist eine große Anlegenheit. Wie groß wurde auch den Astronomen erst vor gut 100 Jahren klar, als sie begannen, Sterne unterschiedlichen Galaxien zuzuordnen. Das Wissen um die Struktur des Universums hat seitdem rasant zugenommen, der Erkenntnisgewinn nahm aber besonders in den letzten zweiten Jahrzehnten richtig Fahrt auf. Noch gibt es viele Unbekannte, doch langsam nimmt das Verständnis des Wesens des Kosmos Formen an.

Im Schnitt alle drei Monate wird das Personal auf der Internationalen Raumstation auf drei Positionen durchgewechselt und die Astronauten bleiben dann ein halbes Jahr im Weltraum an Bord des einzigen permanenten Stützpunkts der Menschheit im All. Mit der Expedition Nr. 42 kam unter anderem die Astronautin Samantha Cristoforetti erstmalig zum Einsatz auf der ISS.

Nachdem Google vor einigen Jahren den Lunar X Prize ausgelobt hat, machten sich Teams rund um die Welt an die gestellte Herausforderung, einen Rover zum Mond zu schicken und von dort Live-Bildern zur Erde streamen zu lassen. Eines dieser Teams waren die Part Time Scientists in Berlin und nach Jahren harter Arbeit kommen sie ihrem Ziel immer näher. Voraussichtlich 2018 wird der Lander ALINA mit zwei Rovern an Bord den Weg zum Mond und dort zur Landestelle der Apollo-17-Mission antreten. Das komplett privat finanzierte Projekt wäre bei einem Erfolg vielleicht wegweisend für künftige Exploration des Monds und des Weltalls.

Eine effiziente und sichere Datenübertragung ist das A und O der Raumfahrt. Die gewonnenen Datenmengen steigen allerdings stetig an und die Kommunikation zum Boden entwickelt sich zu einem Flaschenhals in den Systemen. Die optische Kommunikation mit Lasern entwickelt sich daher zu einem wichtigen Feld, um Bandbreiten zu erhöhen und Latenzen zu reduzieren.

Das Ende normaler Sterne ist oft unspektakulär: sie blähen sich zu einem Roten Riesen auf und am Schluß bleibt nur ein schwarzer Klumpen Materials zurück. Sehr große Sterne wiederum zerplatzen im Finale durch Ihrer eigener Masse in einer Supernova und verteilen ihre Bestandteile im umliegenden Raum und erzeugen nebenbei noch ein paar seltene, schwere Elemente, die nur unter diesen Bedingungen überhaupt entstehen können. Und am Schluß bleibt eine mysteriöse hochkompakte Restmasse, deren genauen Zustand man heute nur erahnen kann und die intensiv strahlt: ein Neutronenstern ist entstanden, der eine nahezu unvorstellbare Dichte aufweist und nicht selten ebenso unvorstellbar intensiv rotiert. Ihre Zusammensetzung und Struktur genau zu erforschen ist ein Ziel der Kernphysik.

Das Fernrohr und dann auch bald Spiegelteleskope waren die Basis für die frühen Erkenntnisse in der Beobachtung und das Verständnis des Universums – noch lange bevor an Raumfahrt zu denken war. Doch mit den Großspiegelteleskopen seit den 1990er Jahren wurde die Beobachtungsqualität noch einmal signifikant gesteigert und lieferte noch tiefere Einblicke in die Tiefen des Alles. Neuartige Steuerungssysteme erlauben nun die Konstruktion noch viel größerer Spiegelteleskope und in wenigen Jahren wird diese neue Generation die bisher schon beeindruckende Bildqualität noch um ein vielfaches steigern. Ich spreche mit dem Astrophysiker und Professor für Beobachtende Astronomie an der Universität Hamburg Jochen Liske über Voraussetzungen für die Beobachtung des Alls, die Entwicklung der Teleskop-Technologie über die Zeit, die Herausforderungen der Astronomie als solcher, die Europäische Südsternwarte und ihre Großteleskope, künftige Projekte wie dem Extremely Large Telescope und dem kommenden Zeitalter der Multi-Messenger-Astronomie.

Schon in Ausgabe Nr. 42 haben wir einen Blick auf das umfassende Erdbeobachtungsprogramm Copernicus (damals noch unter dem Namen GMES geführt) geworfen. Seitdem ist viel passiert: die ersten Sentinel-Satelliten sind gestartet und das gesamte System liefert Daten am Fliessband. Genauer: täglich liefern alle Systeme Terabyte-weise Daten über unseren blauen Planeten, die der Auswertung bedürfen. Dass dies nicht allein von einer kleinen wissenschaftlichen Gemeinde geleistet werden kann und sollte war früh klar und so stehen alle diese Daten zur freien Verfügung.

Das Weltraumrecht bietet den rechtlichen Rahmen für die Erforschung und Nutzung des Weltraums durch Staaten. Entwickelt auf Basis des Völker- und Luftrechts ist das Weltraumrecht ein globales Recht, dass durch die Vereinten Nationen entwickelt und veröffentlicht wurde. Heutzutage steht das Weltraumrecht vor neuen Herausforderungen durch die geplante private Nutzung des Mondes und Asteroiden.

Die Erde ist ein zartes Pflänzchen im All, wird aber durch ihr Magnetfeld und die Atmosphäre gut vor den täglichen Einflüssen der Sonne und kleinerer Meteoriten gut geschützt. Doch wie sich regelmäßig zeigt, sind größere Asteroiden ein potentielles Problem. Schon oft haben Asteroiden in der Vergangenheit der Erde mit ihren Einschlägen kleine und große Katastrophen ausgelöst. Wie gehen wir als Menschheit damit um und welche Möglichkeiten bietet unsere Technik, einem möglicherweise in der Zukunft drohenden Einschlag eines größeren Himmelskörpers zu begegnen?

Die bemannte Raumfahrt beschränkt sich derzeit auf die Forschung auf der Internationalen Raumstation und deren Wartung. Doch es zeichnet sich ab, dass künftig komplett neue Missionen starten werden. Wir sprechen über die Möglichkeiten und Herausforderungen vor denen die bemannte Raumfahrt steht, welche Rolle der Mond vermutlich spielen wird und mit welchen neu zu entwickelnden Technologien und Prozessen eine Reise zum Mars (und zurück) realisierbar wäre. Dazu kommen auch ganz neue Bedrohungen auf die Raumfahrt zu: im Kontext der notwendigen künftigen Entsorgung von Weltraumschrott spielen auch militärische Aspekte mit rein.

Neben der Vermessung der Welt durch die Beobachtung von Licht- und anderer elektromagnetischer Strahlung fügte die jüngst geglückte Messung von Gravitationswellen eine neue astronomische Disziplin dem wissenschaftlichen Werkzeugkasten hinzu. Doch auch eine weiterer Ansatz könnte das zur Verfügung stehenden Instrumentarium künftig noch erweitern: schon zwei Jahre vorher gelang es dem IceCube-Experiment am Südpol erstmalig kosmische Neutrinostrahlung nachzuweisen und wie die Gravitationswellen könnte diese Methode einen ganz neuen Blick auf das Universum eröffnen, der mit klassischen Methoden nicht möglich ist bzw. diese in Kombination noch weiter verbessern.

Schwarze Löcher sind seit langer Zeit ein mystischer Ort. An der Stelle eines kollabierten Sternes entsteht ein besonderer Ort, eine Singularität, so dicht und massereich, dass sie die Raumzeit so stark krümmt, dass selbst das Licht nicht mehr entkommen kann und uns damit die Möglichkeit nimmt, das innere zu beobachten. Doch gab es in den letzten Jahren wichtige wissenschaftliche Fortschritte, die uns das Mysterium der Schwarzen Löcher neu zugänglich gemacht haben. So konnten erstmals Gravitationswellen gemessen werden, die ihren Ursprung in der Verschmelzung Schwarzer Löcher mit ihresgleichen und auch mit Neutronensternen haben. Und in diesem Jahr konnte das Event Horizon Telescope Projekt erstmals auch den unmittelbaren Raum um ein Schwarzes Loch konkret abbilden: das Umfeld eines supermassiven schwarzen Lochs, das in 55 Millionen Lichtjahren Entfernung in der Galaxis M87 sein Unwesen treibt, konnte nun aus tausenden von Einzelbeobachtungen visualisiert werden und erlaubt neue Einblicke und Überprüfungen gängiger Theorien zu Entstehung und Wesen dieser Orte.

Über Jahrhunderte hat die Menschheit sich Erkenntnisse und wissenschaftliche Methoden erarbeitet, um das Alter der Erde und eine Einteilung ihrer Lebenszeit in wichtige Zeitalter vorzunehmen. Die Ergebnisse zahlreicher Raumfahrtmissionen haben diese in Korrelation mit der Entstehung des Monds und anderer Planeten in Synchronisation zu bringen. Die Geologie ist dabei Profiteur und Treiber weiterer kosmologischer Forschung. Einige Fragen bleiben offen, doch blicken wir bereits auf eine dichte Informationslage.

Seit 5 Jahren sammelt die Raumsonde Gaia detaillierte Daten über die Position, Bewegung und Art der Sterne und anderer Objekte in unserer Milchstraße und benachbarten Galaxien. Die Ergebnisse dieser überaus erfolgreiche Mission wurden nun in einem Sternkatalog zusammengefasst und liefern Wissenschaftlerinnen eine äußerst wertvolle Basis für ihre astronomische und astrophysikalische Arbeit.

Pflanzenzucht war von Anfang an ein Thema der Raumfahrt. Waren die Ergebnisse anfangs noch mager, wurde in den folgenden Jahrzehnten bei weiteren Missionen, in der Antarktis und in Biosphären-Projekten versucht, die Prozesse vollständiger Biokreisläufe weiter zu erkunden und ihre Abhängigkeit von Atmosphäre, Licht und Gravitation zu ergründen. Es entsteht ein zunehmendes Wissen über diese Vorgänge doch sind die Herausforderungen für die Zucht von Nahrungsmitteln an Bord einer Langzeitmission oder die Nutzung von Pflanzen zur Luftreinigigung noch hoch.

Die "New Horizons"-Sonde der NASA war das schnellste Raumfahrzeug, das je die Erde verlassen hat. Ihr Auftrag: in Rekordzeit den Weg zum Zwergplaneten Pluto zu finden, im raschen Vorbeiflug möglichst viele Bilder und Meßdaten zu sammeln und diese im weiteren Verlauf an die Erde zu senden. Dies alles verrichtete das Gerät mit Bravour und versorgt nun zahlreiche Wissenschaftlerinnen und die Öffentlichkeit mit neuen Erkenntnissen über diese bisher nur in Ansätzen bekannte Welt. Da danach noch genug Treibstoff vorhanden war konnte die Mission sogar noch verlängert werden und so konnte später noch ein Vorbeiflug an einem kleinen Objekt namens "Ultimate Thule" realisiert werden. Jetzt strebt New Horizons in Richtung der Grenze unseres Sonnensystems und die Wissenschaft sucht fleissig nach weiteren Objekten, die vielleicht auf diesem Weg noch einmal genauer betrachtet werden können. In dieser Sendung berichten wir von Planung und Verlauf der Mission und den ersten Erkenntnissen, die wir über den ehemaligen Planeten Pluto schon gewinnen konnten.

Die Astronomie scheint ein Spielfeld für Physiker zu sein, doch Chemie spielt im Kosmos auf allen Ebenen einen Rolle: Von der Entstehung protoplanetarer Scheiben, der Zusammenballung junger Planeten, über die Herausbildung planetarer Schalen bis zur Entstehung der Bausteine des Lebens: Kosmische Chemie ist unerlässlich, um das Universum zu verstehen. Astrochemiker ergründen das All auf verschiedenen Wegen: Spektrale Analysen erlauben schon lange, chemische Elemente auf fernen Sternen, in Gaswolken oder auf Planeten zu bestimmen. Gesteine von Meteoriten oder vom Mond erlaubten Laborexperimente. Zunehmend reisen auch verkleinerte Massenspektrometer ins Sonnensystem. Bei kleinen Körpern wie Kometen und Asteroiden geht es dabei um die Suche nach unserem Ursprung: Woher kamen Wasser und Bausteine des Lebens auf die Erde?

Die europäische Raumfahrt steht vor großen Herausforderungen. Die Zukunft der Internationalen Raumstation steht in den Sternen und im Bereich der Launcher läuft man derzeit den Entwicklungen in den USA hinterher. Auch die eigene Rolle im Konzert der Kooperationen mit anderen Staaten und allen voran China will neu definiert werden. Dazu ändert sich auch das strukturelle Umfeld da klassisch von Staaten organisierte Aufgaben im zunehmenden Maße von privaten Unternehmen übernommen werden.

Weltraumteleskope tragen erheblich zu Fortschritten in der Astronomie und dem Verständnis des Universums bei. Das in einem breiten Lichtwellenbereich ins All schauende Hubble-Teleskop gehört dabei zu dem erfolgrechsten Missionen dieser Art. Mit Hubble wurden unter anderem die Hubble-Konstante neu bestimmt und das Teleskop bot auch tiefe Einblicke in das Weltall, das uns die unfassbare Weite und intergalaktische Vielfalt näherbrachte. Die Mission selbst war auch eine Herausforderung für die Raumfahrt selbst: nicht nur die Platzierung im Orbit durch das amerikanische Space Shuttle sondern vor allem die später nötigen Reparaturen stellten große Anforderungen an Raumfahrer und Wissenschaftler. Das Hubble-Weltraumteleskop war auch ein wichtiger Begleiter für die Exoplaneten-Erforschung und als Späher für Missionen wie der Sonde "New Horizons", deren Flug zum Pluto durch Hubbles Hilfe noch ein weiteres Ziel nachgeliefert werden konnte. In der verbleibenden Restlaufzeit von ca. 15 bis maximal 20 Jahren wird Hubble für weitere Erkenntnisse sorgen. Die Situation der Weltraumteleskopie wird danach aber anders aussehen, da bislang kein entsprechendes Nachfolgeprojekt im gleichen Wellenbereich in Planung ist. Das James-Webb-Teleskop wird im Infrarotbereich weitersuchen und interessante Erkenntnisse über die Vergangenheit des Universums aufspüren, doch wird der Welt ein wichtiges Auge fehlen, wenn Hubble verglüht sein wird.

Der Mars ist und bleibt das interessanteste Objekt der Raumfahrt. Alle zwei Jahre starten neue Missionen zu unserem Nachbarplaneten und senden neue Sonden, Lander und Rover ab, um weitere Erkenntnisse über Geologie, Geochemie und andere Aspekte zu gewinnen. Denn das Wissen um Geschichte, Aufbau und Struktur des Mars liefern eine Menge Informationen über die Entstehung des Sonnensystems und damit auch neue Erkenntnisse über die Erde. Die extrem erfolgreichen und auch gut aufeinander abgestimmten Missionen der NASA und ESA der letzten Jahrzehnte haben uns nun ein interessantes Instrumentarium, um diese Erforschung weiter voranzutreiben und neue Missionen sind bereits in den Startlöchern. In dieser Ausgabe von Raumzeit schauen wir, was die bisherigen Missionen geleistet haben und was wir dabei über den Mars gelernt haben.

Kaum ein Unternehmen hat die Raumfahrt in den letzten Jahren so umfangreich und nachhaltig umgekrempelt wie SpaceX. Das Projekt des ehemaligen PayPal-Gründers Elon Musk wurde 2002 gegründet und trat an, um mit einer von Grund auf neu entwickelten Rakete den Zugang zum All so günstig zu machen wie noch nie. 17 Jahre später lässt sich feststellen, dass SpaceX das Vorhaben gelungen ist. Die Falcon 9 Rakete hat nicht nur die Kosten erheblich gedrückt, sie hat auch der Raumfahrt durch die erstmalige Landung der ersten Stufe der Rakete wieder etwas von der Magie zurückgegeben, die die Raumfahrt in den 60er Jahren so geprägt hat. Auf Basis der selben Triebwerkstechnologie wurde mit der Falcon Heavy zudem die heute stärkste Rakete entwickelt und SpaceX ist jetzt dabei mit dem Starship-Projekt auch einen Transportweg zum Mars zu entwickeln.

Die Fortsetzung der Hayabusa-Mission der japanischen Weltraumagentur JAXA führt eine Raumsonde zum Asteroiden Ryugu. Mit an Bord ist der Lander MASCOT, der vom Institut für Raumfahrtsysteme des DLR in Bremen entwickelt wurde. Die Mission verläuft außerordentlich erfolgreich und befindet sich derzeit auf dem Rückflug zur Erde.

Die Sonne lag und liegt im Fokus diverser Missionen der letzten Jahrzehnte. Jetzt wird mit dem Doppelgespann Parker Solar Probe und dem Solar Orbiter ein weiterer und weitgehender Schritt unternommen, die letzten Rätsel der Sonne, ihrer Aktivität, des Sonnenwinds und einiger noch ungeklärter Phänomene zu lösen. Parker Solar Probe kommt dabei der Sonne so nah wie noch nie ein anderes Raumfahrzeug zuvor.

Das Sonnensystem ist mit unzähligen Asteroiden, Kometen und anderen Bruchstücken durchsetzt und wie es der Zufall so werden diese zu Meteroiden, die die Erde ansteuern und dann zu Meteoren, die flammend unsere Atmosphäre durchschneiden um am Ende als Meterorit auf der Erdoberfläche aufzuschlagen und für uns Zeuge einer kosmischen Vergangenheit werden, über die wir immer noch zu wenig wissen. Doch schon heute können wir aus diesen zumeist schwarzen Körpern eine Menge herauslesen und teilweise auch ihre Herkunft bestimmen. In umfangreichen Sammlungen dieser Meteoriten lassen sich für die Raumfahrt gezielt bestimmte Objekte heraussuchen, um Aufschluss über die Beschaffenheit von Asteroiden zu erhalten, die von Raumfahrzeugen bereist werden. Eine solche Sammlung hält unter anderem das Museum für Naturkunde in Berlin vor und ist damit Partner der Raumfahrt und Wissenschaft.

Astronomie ist kein Tätigkeitsfeld, das nur ausgebildeten Astronomen offen steht. Leistungsfähige Teleskope und Kameras sind schon lange in hoher Qualität in zunehmend erschwinglichen Preisklassen erhältlich und rund um die Welt werfen viele Sternenliebhaber ihren ganz privaten Blick ins Universum. Dabei steht bei vielen der Spaß an der Sache im Vordergrund, doch gibt es auch einige, die mit ihren Beoabachtungen auch die professionelle Sternenwissenschaft unterstützen oder sogar ihre eigenen Entdeckungen machen. Das Internet und frei verfügbare Software zur spezifisch auf Astronomie ausgerichteten Bildbearbeitung tun ihr übriges, diese Aktivitäten möglich zu machen. Doch für die Hobbyastronomen wird es auch zunehmend schwieriger an der Lichtverschmutzung der menschlichen Zivilisation vorbei einen hochwertigen Blick auf die Sterne zu erhaschen. Viele mischen sich daher auch in die lokale Politik ein und drängen die Entscheidungsträger zu einem gewissenhafteren Einsatz von Nachtlicht bis hin zur Deklaration ganzer Landstriche zu Sternenparks. Bleibt die zunehmende Population des Firmaments durch immer neue Satelliten, die auch die Profis vor Probleme stellen.

Unter dem unscheinbaren Namen GEO600 versteckt sich auf einem Feld in der Nähe von Hannover eine ebenso unscheinbare Anlage, die aber einen großen Einfluss auf die Forschung an Gravationswellen hat. Denn dort wird die Technologie, die weltweit in den Gravitationswellendetektoren zum Einsatz kommt maßgeblich mitentwickelt und vorangetrieben. Gravitationswellen wurden 2016 in das Licht der Öffentlichkeit gehoben, nachdem mit den LIGO-Detektoren in den USA das erste Signal empfangen werden konnte. Die LIGO-Detektoren waren kurz vorher mit der neuesten Technik, die am GEO600 getestet wurde, ausgestattet worden. Und für die Zukunft werden weitere Maßnahmen erwogen, um die Erkennung der Gravitationswellen noch weiter zu verfeinern und damit das Zeitalter der Gravitationswellenastronomie einzuläuten.

Es hat nicht lange gedauert und das vor einigen Jahren veröffentlichte Kerbal Space Program hat weltweit viele Freunde gefunden. Und dazu gehören auch viele, die selbst in der Raumfahrt arbeiten. Denn obwohl in dem Spiel nicht das tatsächliche Sonnensystem oder gar unser Universum modelliert wird, bildet es die physikalischen Gesetzmäßigkeiten korrekt ab und erlaubt es jedem, selbst Raketenprogramme aufzusetzen, Satelliten zu starten und im Orbit zu halten, Landemissionen auf anderen Planeten anzuführen und alle diese Raumfahrzeuge zusammen arbeiten zu lassen.

Das gemeinhin als so leer angesehene Universum ist wenn man genauer hinschaut ziemlich staubig. Planetenstaub und interstellare Gase, Monderuptionen und die Ausgasungen von Kometen: überall künden kleinste Partikel von den Aktivitäten des Alls. War es anfangs noch das Ziel, die Gefährdung der Raumfahrt durch diese Stäube besser einschätzen zu können hat sich diese Disziplin mit der Zeit zu einer neuartigen Form des Astronomie entwickelt. Künftig werden neue Missionen den Fluss der Partikel im All so genau berechnen können, dass sich heute noch verborgene Vorgänge und Spuren von unentdeckten Objekte auffinden lassen werden.

Philosophische Fragen scheinen nur auf den ersten Blick wenig vereinbar mit der Naturwissenschaft zu sein. Tatsächlich bietet die deutende und ordnende Kraft philosophischer Erklärungsmuster eine Menge Potential, auch in der Astrophysik und Astronomie bestimmte Fragestellungen neu zu formulieren oder zu vermitteln.

Weltraumschrott und auch der deutlich erhöhte Verkehr im Erdorbit stellen in zunehmenden Maße die Raumfahrt vor Probleme. Besonders die spürbar erhöhte Anzahl von Objekte durch viele neue Kleinsatelliten und Mega-Konstellationen wie Iridium, Starlink, OneWeb oder Kuiper vergrößern die Wahrscheinlichkeiten von neuen Kollisionen laufend. Die ESA hat ihre Aktivitäten im Bereich der Bekämpfung des Schrotts ausgeweitet und verfolgt ein Space Safety Programm, dass mit neuen Radarsystemen die Erfassung der Objekte im Orbit deutlich verbessern soll und mit Lasertechnologie ggf. sogar die Bahnen von störenden Elementen vom Boden aus ändern kann. Projekte wie Clearspace One versuchen wiederum neue Missionen zu entwickeln, die aktiv besonders gefährliche Strukturen aus dem All zu fischen und zu einem kontrollierten Wiedereintritt zu bewegen.

Das James-Webb-Weltraumteleskop ist wohl die international von der Astronomen, Astrophysikern und anderen Wissenschaftlern am meisten herbeigesehnte Mission seit Gaia. Denn das außergewöhnliche Teleskop, das vom Lagrange-Punkt L2 das Weltall beobachten soll stellt an Komplexität und Möglichkeiten der Instrumente alle bisherigen Projekte in den Schatten. Der Start hat sich schon um viele Jahre verzögert doch nun soll es im Dezember 2021 endlich so weit sein. Wenn alles klappt könnten sich eine Reihe wichtiger wissenschaftlicher Erkenntnisse ergeben.

Zahlreiche Missionen der ESA sind der umfassenden astronomischen Beobachtung des Weltalls gewidmet. Gerade hat die Mission Gaia alle Erwartungen übererfüllt und einige neue Missionen wurden gerade gestartet oder stehen schon in den Startlöchern. Doch wie läuft so eine Mission im Vorfeld ab und wie gelingt die Zusammenarbeit mit der wissenschaftlichen Community? Wir sprechen über diese Beobachtungsmissionen, das Wissenschaftsprogramm der ESA und auch die Zukunft der bodengestützen Astronomie durch das Extremely Large Telescope in Chile.

Das Jupitersystem mit seine großen Zahl an Monden birgt noch viel Unbekanntes und im nächsten Jahr startet die ESA mit JUICE eine Mission, die sich weniger auf den Planeten selbst als vielmehr auf seine Monde konzentrieren wird. Finales Ziel ist der größte der sogenannten Galileiischen Monde Ganymed. Die Sonde wird in einen Orbit um diesen Mond eintreten und dabei das Objekt über einen längeren Zeitpunkt mit vielen Instrumenten aufs genaueste untersuchen.

Die Metaebene gibt es nur, weil Ihr, die Hörerinnen und Hörer, sie finanziert. Es gibt keine Einnahmen aus Werbung und das soll auch so bleiben. Ganz wichtig sind die Daueraufträge, die viele von Euch eingerichtet haben. Nun ändert sich leider (ein weiteres Mal nach 2020) die Bankverbindung und ich bitte Euch, Eure Daueraufträge entsprechend abzuändern, sonst geht der Metaebene sehr bald das Geld aus. Die neue IBAN lautet DE85120400000028046100.

Exoplaneten sind eine der jüngsten wissenschaftlichen Disziplinen, doch beschleunigt sich die Zahl der Erkenntnisse durch zahlreiche erfolgreiche Deep Space Missionen und weiterer Forschung in diesem Bereich immer mehr. Nach der ersten Runde der reinen Detektion dieser fernen und schwer zu findenden Körper, geht jetzt auch die Suche nach Planeten los, die Gemeinsamkeiten mit der Erde aufweisen.

Die europäische Organisation EUMETSAT ist der europäische Betreiber von Wettersatelliten und Datendienstleister für die Wetterdienste und die Wissenschaft. EUMETSAT steuert von seinem Stammsitz in Darmstadt die Flotte der Meteosat- und MetOp-Satelliten und ist im Rahmen des EU-Programms Copernicus auch Teil der europäischen Erdbeobachtungsmissionen. Wir sprechen über die Entwicklung der europäischen Wettersatelliten seit den 70er Jahren und die die heutige Flotte von EUMETSAT zur Beobachtung der Wetterlage, wie neue Systeme geplant und schrittweise eingeführt werden und welche zukünftigen Herausforderungen für die Wetterbeobachtung anstehen.

War Europa führend bei der Entwicklung der ersten Raketentechnik zu Beginn des 20. Jahrhunderts blutete sie in Folge des zweiten Weltkriegs nachhaltig aus und und brauchte ein paar Jahrzehnte, um die wieder auf die Füße zu kommen. Sinnbildlich für aber auch vorbildlich für den schwierigen Einigungsprozess Westeuropas fanden die großen europäischen Staaten nach einigen Mißerfolgen gegen Ende der Siebziger Jahre langsam zueinander und mit dem Erfolg des Ariane-Programms stieg auch die Bedeutung der Europäischen Raumfahrt im internationalen Vergleich und Wettbewerb stetig an. Heute ist die ESA und die europäische Raumfahrtindustrie die am besten vernetzte Wissensschaftsstruktur der Welt und trägt besonders mit seinen Erdbeobachtungsprojekten erheblich zur Gesamtleistung der Raumfahrt bei.