Apollo-Sojus-Test-Projekt:
Die Experimente


Die Apollo-Astronauten hatten außer der Betreuung zahlreicher Laboranlagen an Bord auch Aufgaben der Erdbeobachtung: Wolken, Aerosole, Veränderungen von Wüstengebieten oder dem Schnee im Himalaya-Gebiet (Experimente MA-007 und MA-136). Das Foto zeigt die Bucht von Los Angeles, aufgenommen aus der Apollo am 16. Juli 1975, einen Tag nach dem Start aus einer Höhe von 193 Kilometern mit einer Hasselblad-Kamera. Im Vergleich zu heutigen Satelliten-Aufnahmen hat das Foto eher historischen als wissenschaftlichen Wert - das NASA-Earth Observing System (EOS) gibt es erst seit 1997. Zur Zeit der Apollo-Sojus-Mission steckte die Erdbeobachtung noch in den Kinderschuhen.
Foto:
NASA

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Die Mission vom 15. bis 24. Juli 1975

 

14-02-2014

Jede Menge Arbeit an Bord

Das Rendezvous von Apollo und Sojus war nicht die einzige Aufgabe der Männer im Orbit

 

Von Christel Heybrock

 

Zusätzlich zur weltweit Aufsehen erregenden Begegnung der beiden Raumschiffe in der Erdumlaufbahn hatten zumindest die drei NASA-Astronauten noch eine Menge Arbeit mit wissenschaftlichen Experimenten an Bord – teilweise wurden die beiden Russen daran beteiligt. Die Liste war satte 27 Positionen lang, Experimente, die hauptsächlich drei Zwecken dienten, der Raumfahrttechnik selber, dem Verhalten lebender Organismen in der Schwerelosigkeit sowie Herstellungstechniken für neue oder verbesserte irdische Produkte. Als amerikanisch-sowjetische Gemeinschaftsexperimente standen sechs Positionen auf dem Programm: MA-148 (eine von der Apollo für die Sojus hervorgerufene künstliche Sonnenfinsternis am 19. Juli), MA-147 (Teilchenbeschuss auf Bakterienzellen), AR-002 (Austausch von Mikroorganismen unter den Astro- und Kosmonauten), MA-150 (Materialschmelzprozesse), MA-059 (UV-Absorption in der oberen Erdatmosphäre am 19. Juli) und MA-014 (ein deutsches Elektrophorese-Experiment, bei dem lebende Zellen zur Herstellung von Medikamenten separiert werden sollten).

 

Fünf Experimente widmeten sich dem Sonnensystem und der Galaxis, ebenso viele der Erde und ihrer Atmosphäre. Bei MA-048 ging es um die Zählung „weicher“ Röntgenquellen in der Galaxis. An Bord der Apollo war ein Zähler angebracht, dessen Ergebnisse mit denen des Uhuru-Satelliten verglichen werden sollten (= Explorer 42, Start 12. Dezember 1970), der seit 1973 zwar noch im Orbit, aber nicht mehr im Einsatz war. Uhuru hatte bei seiner Durchmusterung des gesamten Himmels immerhin 300 Röntgenquellen entdeckt, zu denen einige Doppelsterne zählten. Der Zähler auf der Apollo sollte den Strom weicher Röntgenquellen an den Polen der Galaxis verifizieren, bei dem man Reste von Supernovae und heißes Plasma vermutete, das von den Schockwellen der explodierten Sterne herrührte. Ein ähnliches Instrument hatte sich auch an Bord der Skylab 3-Mission befunden.

 

MA-083 bestand aus einer Durchmusterung der Galaxis im Extremen Ultra-Violett. Entsprechende Strahlungsquellen waren helle Sterne, Planetarische Nebel, Rote Riesen, aber auch pulsierende Weiße Zwerge und enge Doppelsterne. Das Instrument im Service-Modul der Apollo bestand aus vier Spiegeln, die die Strahlung an einen elektronischen Detektor leiteten. Ebenfalls im Service-Modul befand sich der Detektor des Helium-Leuchtens des Interstellaren Mediums in der Umgebung des Sonnensystems (MA-088). Der Detektor sollte Vorkommen, Temperatur, Geschwindigkeit und Richtung  der Quellen messen. Mit dem Experiment MA-151 sollten Kristalle durch den radioaktiven Beschuss geladener Teilchen aus dem All aktiviert werden, um die Auswirkung der Strahlung in der Erd-Umlaufbahn zu erforschen. Das gleiche Experiment war mit Natrium-Jodid-Kristallen bereits auf Apollo 17 geflogen; es sollte der Entwicklung zukünftiger Instrumente auf unbemannten Sonden dienen – durch den Teilchenbeschuss entstehen nämlich Stördaten, mit denen Gammastrahlen-Signale "verunreinigt" werden, nach denen Sonden möglicherweise gezielt suchen.

 

Speziell mit der Erde und ihrer Umgebung im All befasste sich auch das Experiment MA-007, mit dem Aerosole in der Stratosphäre gemessen werden sollten. Auch dieses Experiment diente der Entwicklung zukünftiger Missionen, aber ebenso der Atmosphärenforschung. Aerosole von Industrieemissionen waren 1975 viel niedriger als heute, und damals glaubte man noch, die Teilchen kämen mehrheitlich von Meteroiden und Vulkanen und nur in geringem Maße von der Industrie. Das Bewusstsein für eine dramatische Klimaveränderung, falls die Emissionen zunähmen, war allerdings damals schon wach, wenn auch politisch folgenlos: „If these aerosols are present in sufficient quantity, they can affect the balance of radiation transfer through the atmosphere, and small changes in atmosphere temperatures have significant implications for long-term weather patterns and overall Earth environmental conditions,“ heißt es im Pressedossier der ASTP-Mission.

 

Das Experiment MA-136 basierte auf der Fotografie von Oberflächenformationen aus dem Orbit. Die Aufnahmen sollten verglichen werden mit Daten, die in den 171 Tagen der bemannten Skylab-Mission 1973/1974 in größerer Höhe gesammelt worden waren. Dabei ging es beispielsweise um die Wanderung von Wüstengebieten in beiden Hemisphären, um die Entwicklung von Trocken- und Vegetationszonen in Afrika, um Verwerfungsbereiche durch Erdbeben, Veränderungen von Flussdeltas und Küstenlinien, um Ozeanströmungen und Algenblüte, um die Schneebedeckung der Himalaya-Gipfel, aber auch um Sturmsysteme, Wolkenformen und lokale Atmosphären-Zirkulation.

 

 


 

Das Doppler-Tracking-Experiment MA-089 zur Erkundung von Massenanomalien unter der Erdoberfläche. Wenn Sender und Empfänger ihren Abstand verändern, wird ein Signal gedehnt oder gestaucht, in diesem Fall die Auswirkung einer unterirdischen Massenanomalie auf das Docking-Modul (DM) des Apollo-Raumschiffs. Dazu war ein kompliziertes Manöver im Orbit nötig, denn das Docking-Modul musste von der Apollo abgekoppelt werden und sich entfernen, um das Signal ans Kommando-Modul zu senden.

 

Die Grafik des damit verbundenen Experiments MA-128 zeigt zunächst, auf welchem Weg die Daten vom Kommando-Modul der Apollo ihren Weg auf die Erde fanden: über den geosynchron umlaufenden Kommunikationssatelliten ATS-6 (der auch für die Kommunikation der Astronauten mit der Bodenkontrolle diente) auf dessen Empfangsstation in Madrid. Dabei wurde für das Experiment aber auch die Entfernung zwischen Apollo und ATS-6 genutzt, der in einem viel höheren Orbit unterwegs war (knapp 36.000 km). Bewegungen der irdischen Plattentektonik können den Orbit und die Funkverbindung der beiden Körper in der Umlaufbahn deutlich stören.
Bilder: Press Kit der ASTP-Mission/NASA

 

 

Besondere Maßnahmen erforderte MA-089; das Experiment bestand aus einem Doppler-Tracking zur Messung von Massenverteilungen und Massenanomalien unter der Erdoberfläche und wurde ergänzt durch MA-128, das auf geodynamischer Basis das gleiche Ziel verfolgte. Für das Doppler-Experiment war die Abkoppelung des Apollo-Docking-Moduls vom Kommando-Service-Modul nötig, denn bei einer Entfernung von 300 km der beiden Komponenten hätten sich Massenanomalien von mehr als 200 km Ausdehung unter der Erde auf die Umlaufbahn der beiden Module auswirken müssen. Das Experiment sollte auch Hinweise auf die Plattentektonik und die Erdgeschichte geben. Hinter der Entwicklung des Experiments stand die Tatsache, dass Gravitationsschwankungen in der Erdkruste sich bei Raumschiffen im Orbit deutlich bemerkbar machen, während entsprechende Messungen am Boden nur sehr begrenzte Ergebnisse liefern. 

 

Experimente mit lebenden Organismen verfolgten vor allem zwei Ziele: Wie wirken sich die hochenergetischen Teilchen des Sonnenwindes auf lebende Zellen aus – und wie wirkt sich die Schwerelosigkeit auf das menschliche Immunsystem aus? Man suchte unter anderem nach Hinweisen, welchen Risiken menschliche Zellen bei Langzeitmissionen ausgesetzt wären, denn die Erkenntnis, dass die Teilchen aus dem All nur nahe genug am Zellkern auftreffen müssten, um die Zelle zu zerstören, war damals relativ neu und resultierte vor allem aus den Apollo-Mondmissionen. Bei einer zweijährigen Marsmission beispielsweise rechnete man seinerzeit mit einer Zerstörung von 2-10 % menschlicher Körperzellen, wobei vor allem die nichtregenerativen Zellen des Gehirns betroffen wären.Das Experiment MA-106 sollte feststellen, was in der Retina der Astronauten vorging, wenn sie bei geschlossenen Augen, ja sogar im Schlaf seltsame Lichtblitze wahrnahmen. Seit den Apollo-Missionen war das Phänomen aufgetreten, und es wurde vermutet, dass Teilchen der kosmischen Strahlung, die bis ins Innere der Raumschiffe vordringen, mit den Atomen im menschlichen Auge reagieren. Vor allem Protonen standen dabei im Verdacht, und zur Bestätigung sollte die Häufigkeit der Lichtblitz-Wahrnehmungen verglichen werden mit der Protonendichte im Raumschiff. Erst Jahrzehnte später richtete sich anhand von Untersuchungen in der russischen Raumstation Mir der Verdacht zusätzlich auf noch energiereichere schwere Atomkerne – und auch darauf, dass die Blitze so harmlos wie geglaubt nicht sein konnten. Dass viele Astronauten später an Grauem Star leiden, könnte damit zusammenhängen, aber zu Zeiten der ASTP-Mission dachte noch niemand an so etwas. Immerhin hatte es ähnliche Experimente bereits bei den Apollo-Missionen 15, 16 und 17 sowie bei Skylab 4 gegeben.

 


Im Austausch mit Baumsamen aus der Sowjetunion hatten auch die Amerikaner etwas zu bieten - eine Box mit Samen der Weiß-Fichte aus einer Baumschule in Wisconsin, die beim Rendezvous mit der Sojus den Kosmonauten überreicht werden sollten. Hier präsentiert Projektkoordinator Glenn A. Kovar (zweiter von rechts) den NASA-Männern seinen Schatz. Neben ihm im karierten Sakko Deke Slayton, auf der linken Seite Thomas Stafford (Mitte) und Vance Brand. Die Aufnahme entstand am 6. Juni 1975, ein paar Wochen vorm Start.
Foto:
NASA

 

Pflanzensamen und die Eier von Salzwassergarnelen wurden im Experiment MA-107 einer Teilchenattacke aus dem All ausgesetzt. Nach der Rückkehr zur Erde sollten die Testobjekte mikroskopisch untersucht und zum Wachstum angeregt werden, um festzustellen, wie sie sich nach dem Teilchenbeschuss verhielten. Leiter der Studie war übrigens Horst Bucker von der Frankfurter Universität. Strahlungseffekte auf Bakterien waren Thema des Experiments MA-147. Auch hier sollte nach der Rückkehr zur Erde eruiert werden, ob und wie sich die Zellen in ihrem Wachstum von normalen irdischen Kulturen unterschieden und ob womöglich ihr Tag-/Nachtrhythmus gestört worden war.

 

Speziell das menschliche Immunsystem stand im Fokus bei AR-002, einem Experiment, bei dem die Astro- und Kosmonauten mittels Wattestäbchen Mikroben austauschten, mit denen sie natürlicherweise behaftet waren. Bei früheren Missionen hatte sich herausgestellt, dass Mikroben in der Schwerelosigkeit von Mann zu Mann wanderten und sich schließlich auf den Wänden und Gegenständen des Raumschiffs niederließen. Manche Mikroben verringerten sich im All, andere vermehrten sich desto schneller, das gesamte Immunsystem der Astronauten veränderte sich in der Schwerelosigkeit. Das Experiment sollte Menge und Arten der Mikroorganismen sowohl in der Apollo als auch in der Sojus analysieren, damit sich die Ergebnisse von Hautabstrichen vor, während und nach der Mission vergleichen ließen. Bei MA-031 und MA-032 dagegen mussten Blutproben der beiden Besatzungen vor und nach der Mission auf das Verhalten der körpereigenen Immunzellen hin untersucht werden. Wegen der ethnischen und geografischen Unterschiedlichkeit der Besatzungsmitglieder waren die Wissenschaftler besonders erpicht auf die Ergebnisse der drei aufeinander abgestimmten Experimente.

 

Eine dritte Klasse von Experimenten diente Anwendungstechniken bei medizinischen Produkten und Materialherstellung. Allein zwei Experimente hatten Elektrophorese zum Inhalt, eine Technik, bei der Zellen durch ein elektrisches Feld laufen und dadurch separiert werden (MA-011 und das deutsche Experiment MA-014). Elektrophorese basiert auf der Erkenntnis, dass unterschiedliche Zellen auch unterschiedlich auf der elektrische Feld reagieren, und mit MA-011 sollte die Entwicklung von Medikamenten gegen Schlaganfall, Herzattacken, Embolien und Blutkrankheiten vorangetrieben werden. Die ganze Apparatur wog auf der Erde stolze 30 Pfund und bestand aus acht Testsäulen: vier mit roten Blutkörperchen und je zwei mit Lymphozyten und Nierenzellen. Mit der elektrischen Ladung, der die Testsäulen eine Stunde lang ausgesetzt wurden, sollte beispielsweise das Enzym Urokinase aus de Nierenzellen isoliert werden – Urokinase löst Blutklümpchen auf natürliche Weise. Nach der Elektrobehandlung sollten die dadurch entstandenen Produkte fotografiert und bis zur Rückkehr auf die Erde eingefroren werden.

 

Das deutsche MA-014-Experiment war etwas anders angeordnet, hier handelte es sich um eine Free Flow Electrophoresis, bei der das Probenmaterial permanent durch ein senkrecht stehendes elektrisches Feld floss, wobei die Aktivität der Zellpartikel nicht abnehmen sollte. Das Material bestand aus Ionen, Kolloiden, Proteinen, Viren und Blutzellen von Menschen und Kaninchen, die in eine Pufferlösung eingegeben worden waren. Die abgespaltenen Zellbestandteile konnten dann später gesammelt und analysiert werden. Der Vorgang ist wegen Sedimentbildung und Konvektion auf der Erde sehr begrenzt. Das Experiment unter Leitung des Spezialisten Kurt Hannig (Max Planck Institut für Biochemie in München) sollte der Entwicklung von Impfstoffen für Astronauten im All sowie für Patienten auf der Erde dienen. 

 

Das Experiment MA-010 dagegen bestand aus einem Mehrzweckofen mit allein sieben Hochtemperaturprozessen (MA-041, MA-044, MA-060, MA-070, MA-085, MA-131 und MA-150). Die Anlage aus Öfchen, Temperaturregler, Patronen mit Probenmaterial und einem Heliumvorrat zur Kühlung war die Weiterentwicklung eines ähnlichen Experiments auf der Skylab-Mission; es ging um Herstellung von Materialien, Kristallisation u.a. So sollten mit MA-041 Metallschmelzprozesse in der Schwerelosigkeit durchgeführt werden. MA-044 sollte Legierungen herstellen (einmal Aluminium mit Antimon zur Herstellung von Solarzellen, zum andern Blei mit Zink). Die Ergebnisse sollten mit entsprechenden Versuchen auf der Erde verglichen werden. Bei MA-060 ging es um Kristalle für Halbleiterentwicklungen  – ein Germanium-Kristallzylinder sollte geschmolzen und wieder verfestigt werden, wobei durch Elektroimpulse während der Verfestigung künstliche Einschlüsse erzeugt werden sollten, die als Zeitmarken für den Erstarrungsprozess dienten.

 

Auch die Magneten von MA-070 sollten geschmolzen und wieder verfestigt werden, um sie mit irdischen Erzeugnissen zu vergleichen. Offenbar gerieten sie sowohl hinsichtlich der Dichte als auch der magnetischen Eigenschaften perfekt. Um Halbleiter-Kristalle ging es auch bei MA-085, einem dreiteiligen Experiment, bei dem Legierungen aus Germanium-Selenit und Germanium-Tellurit hergestellt und in einem Fall durch Zufügung von Argon ergänzt wurden. Schmelz- und Erstarrungsprozesse spielten auch eine Rolle bei der Natriumchlorid-Lithium-Fluorid-Mischung von MA-131: Die Mischung erstarrt in Form von Lithiumfluorid-Fasern, die in Natriumchlorid eingebettet sind. Man versprach sich wegen der superleitenden Fähigkeiten dieses Materials perfekte Anwendungen beispielsweise in Optik und Elektronik. Mehrfache Materialschmelzprozesse wurden schließlich bei MA-150 erzeugt. Der Abkühlungs- und Verfestigungsvorgang auf der Erde läuft wegen der Schwerkraft nie ohne Störung ab, so dass die Ergebnisse stets inhomogen sind; vor allem setzen sich bestimmte Bestandteile beim Erkalten in Form einer Haut, beziehungsweise in separaten Schichten ab. Bei der ASTP-Mission wurden drei Patronen mit jeweils mehreren Bestandteilen in drei Temperaturzonen geschmolzen und wieder verfestigt – in der Fastnull-Gravitation erkaltet das Material völlig homogen. In der heißen isothermischen Zone wurde Aluminium mit Wolfram-Kugeln geschmolzen und abgekühlt, in der ansteigenden Temperaturzone ein Germaniumstab mit 0,5 % Silikon, und in einer zusätzlichen isothermischen Region innerhalb der ansteigenden Zone wurde eine Ampulle mit Aluminiumpulver verarbeitet.

 

Das Wachstum von Kristallen bei einer bestimmten Umgebungstemperatur war Thema von MA-028. Die Anlage bestand aus sechs transparenten Behältern mit je drei Abschnitten. Die beiden äußeren Abschnitte enthielten diverse Salzlösungen, die bei Mischung eine unlösliche Substanz, nämlich eine Kristallisation ergaben. Die mittleren Abschnitte in jedem Behälter enthielten reines Wasser, und wenn die Verbindungen zu den beiden Seitenabschnitten geöffnet wurden, diffundierten die Salzlösungen in den Mittelabschnitt und kristallisierten. Die Astronauten mussten den Vorgang in bestimmten Abständen fotografieren.

 

Alles in allem wurde die Apollo-Sojus-Mission zu einer Herausforderung für die Astronauten, die nicht nur mit diversen Flugmanövern, sondern auch mit den Versuchsanlagen im Innern höchste Konzentration aufzubringen hatten. Immerhin hatte es während der langen Trainingsphase sowie später nach der erfolgreichen Mission auch jede Menge Spaß und Entspannung gegeben.

 

Info:

Pressemappe der NASA: http://www.ibiblio.org/apollo/Documents/soyuz.pdf  (123 Seiten)

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