Logo

CIMON - ein "Cyberkollege" für Alexander Gerst

Geschrieben am 03.07.2018 in Kategorie: Mission "Horizons"

Ein neuer "Cyberkollege" für den deutschen ESA-Astronauten Alexander Gerst: Der Technologie-Demonstrator CIMON und sechs weitere vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gemanagte Experimente für die horizons-Mission sind am Freitag, 29. Juni 2018 um 11.42 Uhr Mitteleuropäischer Sommerzeit (5.42 Uhr Ortszeit) an Bord einer US-amerikanischen Dragon-Kapsel mit einer Falcon-9-Trägerrakete vom Weltraumbahnhof Cape Canaveral in Florida zur Internationalen Raumstation ISS gestartet. Neben dem Astronauten-Assistenzsystem haben ein neues Erdbeobachtungsinstrument, Experimente zur Zell- und Materialforschung sowie zwei Studentenexperimente am 2. Juli die ISS erreicht.

CIMON - der neue "Cyberkollege" auf der ISS

Alexander Gerst und die restliche Crew auf der ISS bekommen einen neuen Kollegen: CIMON ist ein innovatives Assistenzsystem für Astronauten, eine Technologie-Demonstration, die mit einer Künstlichen Intelligenz (KI) ausgestattet ist und autonom agieren soll. CIMON ist darauf ausgelegt, mit seinen Kameras, Sensoren, Mikrofonen und Prozessoren nicht nur zu "sehen", zu "hören", zu "verstehen" und zu "sprechen", sondern auch vielfältige Informationen sowie Experiment- und Reparaturanleitungen darzustellen und zu erklären. Auch für einfache Routinearbeiten wie das Dokumentieren von Experimenten oder die Suche nach Objekten ist CIMON vorgesehen.

Der Assistent ist sprachgesteuert, der Astronaut kann also mit seinen Händen Arbeiten verrichten, während er auf die Dienste des "Cyberkollegen" zugreift. Für Beweglichkeit in alle Richtungen sorgen zwölf interne Ventilatoren, CIMON kann so frei fliegen und Rotationsbewegungen wie etwa Nicken oder Kopfschütteln ausführen. Auf der horizons-Mission wird das System erstmalig eingesetzt und getestet. Langfristig sollen CIMON und seine Nachfolger aber nicht nur Astronauten im Weltraum zur Hand gehen, sondern auch in den Bereichen Medizin und Pflege, Bildung und Mensch-Maschine-Interaktion eingesetzt werden können. CIMON wurde im Auftrag des DLR Raumfahrtmanagements in Bonn mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) an Airbus vergeben und für den Einsatz im europäischen Columbus-Modul auf der ISS entwickelt. Kernstück der KI für das Sprachverständnis von CIMON ist das System Watson von IBM.

DESIS: Die Ökosysteme der Erde im Blick

Das Spektrometer DESIS (DLR Earth Sensing Imaging Spectrometer) - ein System für Umweltmonitoring und Präzisions-Landwirtschaft - wird künftig von der ISS ein breites Spektrum an Daten zur Erde senden. Diese Daten ermöglichen es den Wissenschaftlern, Veränderungen im Ökosystem der Erdoberfläche wahrzunehmen. Anhand dieser Informationen können sie den Gesundheitszustand von Wäldern oder landwirtschaftlichen Flächen beurteilen und Ertragsprognosen treffen. Ein weiterer Zweck von DESIS ist die Sicherung und Verbesserung des weltweiten Nahrungsmittelanbaus.

An Bord der ISS wird DESIS als erstes Instrument in die MUSES-Plattform für Erdsensorik integriert werden. Im Vergleich zu ähnlichen Instrumenten, die bereits auf Erdbeobachtungssatelliten eingesetzt werden, ist DESIS mit seinen 235 Kanälen besonders auf den Bereich des sichtbaren Lichtes bis hin zum nahen Infrarotspektrum - also im Wellenlängenbereich von 400 bis 1000 Nanometern - ausgerichtet. Die Pixelauflösung des Instruments beträgt dabei 30 Meter. Anders als bei konventionellen Instrumenten ermöglicht die spezielle Technik von DESIS außerdem die Beobachtung der Erdoberfläche aus verschiedenen Blickwinkeln. DESIS wurde gemeinsam vom DLR-Institut für Optische Sensorsysteme in Berlin und dem US-amerikanischen Unternehmen Teledyne Brown Engineering (TBE) entwickelt.

Lebende Zellen in 3D: Das Experiment FLUMIAS

Mit dem vom DLR Raumfahrtmanagement beigestellten Experiment FLUMIAS startet ein innovatives Fluoreszenzmikroskop zur ISS, das in der Lage ist, Bilder von lebenden Zellen in hoher Auflösung und in Echtzeit zu erstellen. Damit wird es erstmalig möglich sein, solche Langzeitbeobachtungen im Weltraum durchzuführen. Während der horizons-Mission werden Zellskelett und Zellkerne von lebenden Makrophagen, also menschlichen Immunzellen, untersucht. Dabei wenden Wissenschaftler der Universität Magdeburg die Live-Cell-Imaging-Methode (Lebend-Zellbeobachtung) an, bei der mit Hilfe spezieller Farbstoffe oder fluoreszierender Proteine spezifische Zellstrukturen sichtbar gemacht werden.

Die extrem präzisen FLUMIAS-Aufnahmen ermöglichen es den Forschern außerdem, 3D-Modelle oder kurze Videos von den Beobachtungen zu erstellen. Ziel der Forschung ist es, neue Erkenntnisse in den Bereichen von Zell- und Molekularbiologie sowie der Biomedizin zu gewinnen. Diese sollen langfristig dazu beitragen, Astronauten bei ihren Aufenthalten im Weltraum gesund zu erhalten, aber auch generell bei der Therapie von neurodegenerativen sowie Immun- oder Krebserkrankungen eingesetzt werden.

Gene Control Prime - Genregulation von Immunzellen

Welchen Einfluss hat die Schwerkraft auf die Regulation der Gene und die Funktion von Immunzellen? Diese Frage soll die Experimentserie "Gene Control Prime" beantworten und nach den genetischen Ursachen von Immunschwäche in Schwerelosigkeit suchen. Zwei der Schwerpunkte des vom DLR Raumfahrtmanagement mit Mitteln des BMWi und von der Universität Magdeburg durchgeführten Experiments sind die Aktivierung und Funktion von den Fresszellen des Immunsystems, den Makrophagen. Auf der ISS wollen die Wissenschaftler so die Wirkung der Weltraumbedingungen auf das menschliche Immunsystem untersuchen. Die Erforschung der molekularen Mechanismen, die das Immunsystem regulieren, ist nicht nur für zukünftige Langzeitmissionen von Astronauten von Bedeutung - die Ergebnisse sollen auch dazu beitragen, die generellen Ursachen von Immunschwäche zu verstehen und neue Therapien zu entwickeln. An Bord von SpaceX-15 befinden sich 24 Experimentcontainer in Smartphone-Größe.

CompGran untersucht die Dynamik von Granulaten

Materie, die aus Granulaten besteht, wie etwa Sand oder Getreide, kann sich ganz unterschiedlich verhalten. Liegt das Material verdichtet vor, verhält es sich wie ein Festkörper. So werden verdichtete Schichten aus Sand als Unterlage beim Straßenbau verwendet. Ist es nicht verdichtet, kann die Materie wie eine Flüssigkeit geschüttet werden. Die Dynamik und die physikalischen Eigenschaften granularer Materie sind sehr komplex. Sie können leichter untersucht werden, wenn die Prozesse nicht durch die Schwerkraft beeinflusst werden.

Für das CompGran-Experiment hat das DLR Raumfahrtmanagement insgesamt vier Experimentzellen der Firma AIRBUS entwickeln lassen. Das Volumen der Experimentzellen kann durch einen Kolben variiert und damit die Kompaktheit der Granulate variiert werden. CompGran wird im Labor für Fluidwissenschaften (Fluid Science Lab) im europäischen Columbus-Modul als Teil der neuen ESA-Experimentanlage Soft Matter Dynamics installiert. Von den Experimenten erhoffen sich die Wissenschaftler neue Erkenntnisse zur Dynamik granularer Materie, die mittel- bis langfristig zur Verbesserung industrieller Prozesse von Schüttgütern wie Kohlenstaub, Mehl oder Getreide beitragen sollen.

Von Pumpen und Planeten: Die Studentenexperimente PAPELL und ARISE

Mit an Bord von SpaceX-15 sind auch zwei Experimente des Überflieger-Wettbewerbs des DLR Raumfahrtmanagements und der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG). Von den Ideen, die Studierende deutscher Hochschulen für ISS-Experimente eingereicht haben, hat eine Expertenjury die drei besten ausgewählt. Im Experiment PAPELL (Pump Application using Pulsed Electromagnets for Liquid relocation) untersuchen Studierende der Universität Stuttgart eine neuartige Pumpentechnologie. Diese bewegt ein sogenanntes Ferrofluid - eine Flüssigkeit mit kleinsten magnetischen Partikeln - mit der Hilfe von Elektromagneten. Damit kommt diese Pumpe ohne bewegliche mechanische Bauteile aus: Hierdurch sollen Verschleiß, Fehleranfälligkeit und Geräuschentwicklung minimiert werden. In zwei Unterexperimenten untersucht das Team den Transport der Flüssigkeit sowie von kleinen Feststoffkügelchen, die sich darin befinden. Für eine solche Pumpe gäbe es zahlreiche Anwendungen in der Raumfahrt, etwa für die Treibstoffversorgung von Trägerraketen und Raumfahrzeugen.

Das Experiment ARISE von Studierenden der Universität Duisburg-Essen beschäftigt sich mit der Entstehung von Planeten. Nach derzeitiger Theorie stoßen in der frühen Phase der Planetenentstehung mikrometergroße Partikel zusammen, bleiben aneinander haften und bilden so größere Ansammlungen. Wachsen diese auf eine Größe von mehreren Millimetern heran, so müssten sie theoretisch beim Aufprall wie Billardkugeln voneinander abprallen. Wie kann es also sein, dass trotzdem große Planeten entstehen? ARISE untersucht dazu die elektrostatische Aufladung der Partikel. Millimetergroße Glasperlen werden hierfür in einen transparenten Behälter gefüllt und geschüttelt, so dass sie gegeneinander stoßen. Die dabei entstehenden elektrostatischen Ladungen und ihr Austausch werden mit Hilfe von Kameras beobachtet. Die Wissenschaftler vermuten, dass sich durch die Wechselkräfte Anhäufungen von Glasperlen bilden und wollen diese Theorie in der Langzeit-Schwerelosigkeit auf der ISS überprüfen.

Quelle

DLR - Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.
Das DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.) ist die deutsche Raumfahrtagentur. Es wurde 1969 durch den Zusammenschluss mehrerer Einrichtungen gegründet.

Webseite: http://www.dlr.de

CIMON und Projektverantwortliche am Kennedy Space Center
Von links: DLR-Projektleiter Christian Karrasch und Airbus-Systemingenieur Philipp Schulien posieren mit CIMON vor dem Vehicle Assembly Building auf dem Gelände des NASA Kennedy Space Centers in Florida, USA.
© DLR (CC-BY 3.0)
Start von SpaceX CRS-15
Am Freitag, 29. Juni 2018 um 11.42 Uhr Mitteleuropäischer Sommerzeit (5.42 Uhr Ortszeit) ist die Trägerrakete SpaceX CRS-15 mit sieben vom DLR gemanagten Experimenten an Bord vom Weltraumbahnhof Cape Canaveral in Florida zur Internationalen Raumstation ISS gestartet.
© NASA
Alexander Gerst beim Experiment
Während seiner ersten Wochen auf der ISS hat der deutsche ESA-Astronaut Alexander Gerst bereits an mehreren Experimenten teilgenommen. Im GRASP-Experiment testete er, wie sich der menschliche Körper an die Schwerelosigkeit anpasst.
© NASA
Die Expedition 56 Crew auf der ISS
Am 8. Juni sind die neuen Mitglieder der Expedition 56 Crew auf der ISS angekommen (erste Reihe, v. links: der russische Kosmonaut Sergei Prokopjew, der deutsche ESA-Astronaut Alexander Gerst und die NASA-Astronautin Serena Maria Auñón-Chancellor).
© NASA
Fotomontage von CIMON auf der ISS
Fotomontage von CIMON schwebend im Columbus Public Relation Modul am ESA European Astronaut Centre (EAC) in Köln-Porz (30. Januar 2018). CIMON ist ein fliegender und autonom handelnder Astronauten-Assistent. Ausgestattet mit Künstlicher Intelligenz unterstützt diese weltweit einzigartige Technologie-Demonstration die Arbeit von Astronauten auf der ISS während der Horizons-Mission von ESA-Astronaut Alexander Gerst im Sommer 2018.
© DLR / T. Bourry / ESA
CIMON im EAC in Köln
Vorne links im Bild zu sehen ist CIMON, während eines WLAN Kommunikations-Tests am ESA European Astronaut Centre (EAC) in Köln-Porz am 30. Januar 2018. Personen im Hintergrund von links nach rechts: Dr. Christian Karrasch, DLR Projektleiter CIMON, Till Eisenberg, AIRBUS Projektleiter CIMON und Christoph Kössl, AIRBUS Software System Ingenieur für CIMON.
© DLR / T. Bourry / ESA
Hyperspektrales Sensorsystem
DESIS erfasst Bilddaten auf 235 eng nebeneinander liegenden Kanälen vom visuellen bis zum infraroten Spektrum (zwischen 400 und 1000 Nanometer).
© DLR (CC-BY 3.0)
Letzter Test für FLUMIAS
Das Experiment FLUMIAS wird für einen letzten Test in das Bodenmodell der TangoLab-Facility geschoben. Herzstück der Anlage ist ein innovatives Fluoreszenzmikroskop, dessen Aufnahmen auch die Erstellung von 3D-Modellen oder kurzen Videos ermöglichen.
© DLR (CC-BY 3.0)
Makrophagen unter dem Mikroskop
Im Experiment FLUMIAS werden Zellskelett und Zellkerne von lebenden Makrophagen, also menschlichen Immunzellen, untersucht. Bei der Live-Cell-Imaging-Methode werden mit Hilfe spezieller Farbstoffe oder fluoreszierender Proteine spezifische Zellstrukturen sichtbar gemacht. Im Bild sind die blau eingefärbten Zellkerne klar von der restlichen Zellstruktur zu unterscheiden.
© DLR (CC-BY 3.0)
Experiment ARISE zur Planetenentstehung
Das Studentenexperiment ARISE beschäftigt sich mit der Entstehung von Planeten. Auf dem Bild ist das Innere des ARISE-Experiments zu sehen. In der Experimentkammer (links) wird die elektrostatische Aufladung von Glasperlen untersucht, die hierfür in einen transparenten Behälter gefüllt und geschüttelt werden.
© Team ARISE
Neue Pumpentechnolgie im Experiment PAPELL
Im Experiment PAPELL untersuchen Studierende der Universität Stuttgart eine neuartige Pumpentechnologie. Diese Pumpe kommt ohne bewegliche mechanische Bauteile aus und eignet sich für zahlreiche Anwendungen in der Raumfahrt, etwa für die Treibstoffversorgung von Trägerraketen und Raumfahrzeugen.
© KSat e.V. / Manfred Ehresmann