Biological Laboratory (Biolab)

Wie wirkt sich Schwerelosigkeit auf unterschiedliche Organismen aus? Mit dieser Frage befassen sich Wissenschaftler, die mit dem Biolab experimentieren. Die vielseitige Anlage ermöglicht Experimente mit Zellen, Gewebekulturen, Mikroorganismen und kleinen Pflanzenarten oder wirbellosen Tieren. Die Ergebnisse werden unter anderem in der Immunologie, der Zellforschung sowie der Untersuchung von Veränderungen in Knochenstrukturen angewandt. Sie dienen als Grundlagen für Verbesserungen in der Medizin, der pharmazeutischen Industrie sowie der Biotechnologie.

Anfang Mai 2003 ist das Biolab von EADS SPACE Transportation in Bremen als erste Experimentanlage in die Columbus-Struktur eingebaut worden. Eines der wichtigsten Bestandteile der Anlage ist die so genannte Bio-Glovebox. In der abgeschlossenen und sterilisierbaren "Handschuhbox" können auch heikle Stoffe gefahrlos präpariert werden. Das mit einem Brutkasten vergleichbare Labor enthält zwei Zentrifugen. In diese passen jeweils sechs Experimentbehälter sowie ein Lebenserhaltungssystem. Entsprechend den Vorgaben des Nutzers wird das Experiment automatisch gestartet und durch einen Steuermechanismus überwacht, der via Videosystem die Versuchsdaten permanent zu der Bodenkontrollstation des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Oberpfaffenhofen überträgt. Auf diese Weise können die Nutzer alle Vorgänge von der Erde aus beobachten und gegebenenfalls eingreifen.

European Physiology Modules (EPM)

Mithilfe der European Physiology Modules (EPM) werden die Langzeiteffekte von Schwerelosigkeit auf das menschliche Gleichgewichtssystem, das Herz-Kreislaufsystem, die Muskel- und Knochenstrukturen, den Stoffwechsel und den Hormonhaushalt erforscht. Auf der Erde werden die mit EPM gewonnenen Erkenntnisse etwa bei der Erforschung des Alterungsprozesses, der altersbedingten Osteoporose (Knochenschwund), der Symptome von Muskelschwund oder bei Störungen des Gleichgewichts eingesetzt.

Untersucht wird in diesem Forschungsbereich die Crew. Vor dem Start wird ein Datensatz angelegt, der unter anderem ihre Blutwerte, den Dichtegrad ihrer Knochen sowie ihrer Muskelstruktur enthält. Zu diesem Zweck stehen Kopien bestimmter Experimentanlagen aus EPM zur Verfügung, mit denen die Werte erfasst und somit vergleichbar gemacht werden können. Das in Columbus untergebrachte EPM enthält unter anderem das für Herz-Kreislaufuntersuchungen konzipierte Cardiolab.

Fluid Science Laboratory

Im Fluid Science Lab werden störende Wirkungen der Schwerkraft ausgeblendet, dazu gehören beispielsweise Einflüsse auf die Leitfähigkeit von Flüssigkeiten oder ihrem Reaktionsverhalten mit anderen Stoffen. Unter diesen Laborbedingungen können die chemischen, physikalischen oder Kristallisierungs- oder Diffusionsprozesse exakter gemessen und anschließend präziser analysiert werden als auf der Erde. Die Ergebnisse der Untersuchungen kommen insbesondere bei der Optimierung von industriellen Herstellungsverfahren zum Einsatz, etwa bei der Produktion von Halbleitern oder Supraleitern.

Die druckbeaufschlagte, in sich geschlossene Experimentanlage ist in einem standardisierten Nutzlastschrank untergebracht. Sie besteht aus dem Optical Diagnostics Module und einem zentralen Experimentmodul, in das die Experimentcontainer mit den Proben nach einander eingesetzt und untersucht werden. Das Optical Diagnostics Module ist mit Instrumenten zur Beobachtung und Erfassung von Messdaten und Strömungswerten während der Experimentabläufe ausgestattet. Zudem überwacht es die Elektrik des Fluid Science Laboratory und stellt Schnittstellen für die Videokameras bereit, die den Versuchsablauf dokumentieren.

Materials Science Laboratory (MSL)

Das MSL ermöglicht wissenschaftliche Experimente in den Bereichen Materialforschung und Kristallzucht. Außerdem unterstützt das Labor physikalische Untersuchungen zum Verfestigungsverhalten von Werkstoffen und ihren thermophysikalischen Eigenschaften. Diese Forschungsfelder liefern die Grundlagen für neue Entwicklungen und Anwendungen in zahlreichen ingenieurwissenschaftlichen Disziplinen. So nutzen unter anderem die Elektrotechnik, die Luftfahrtindustrie, die Telekommunikation und das informationsverarbeitende Gewerbe die mithilfe der Materialforschung gewonnenen Erkenntnisse und Werkstoffe.

MSL ist im materialwissenschaftlichen Forschungsbereich des amerikanischen Raumstationsmoduls Destiny untergebracht. Das Labor zeichnet sich durch ein hohes Maß an Flexibilität aus: In die zylinderförmige Brennkammer aus Edelstahl können fünf unterschiedliche Brennkammereinsätze integriert werden, in denen die Experimente durchgeführt werden. Die Einsätze bestehen aus bis zu acht Heizelementen und beinhalten Isolations- und Kühlungszonen. Darin herrscht entweder ein Vakuum oder sie enthalten ein nichtbrennbares Edelgas, beispielsweise Argon. Eine wassergekühlte Metallhülle umschließt den Brennkammereinsatz und verbindet ihn mit mechanischen, thermischen und elektrischen Systemen. Je nach Projekt können auf diese Weise Temperaturen bis zu 1.800 Grad Celsius erzeugt werden.
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