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Projekt Spacetex bringt Funktionstextilien ins All

04.04.2014 - (idw) Hohenstein Institute

Am 28. Mai 2014 wird der deutsche ESA-Astronaut Alexander Gerst
vom Weltraumbahnhof in Baikonur (Kasachstan) zur Internationalen Raumstation
ISS aufbrechen. Während der sechsmonatigen Mission Blue Dot wird er rund 40
Experimente durchführen. Dazu gehören im Rahmen des Projekts Spacetex erstmals
auch bekleidungsphysiologische Untersuchungen unter Schwerelosigkeit, bei denen
das Zusammenspiel von Körper, Kleidung und Klima beleuchtet wird. Untersuchungen in der Schwerelosigkeit helfen bei der Entwicklung innovativer
Textilien für Grenzbereiche auf der Erde

Das Projekt Spacetex und seine Ziele

Die Spacetex-Forschungspartner der Hohenstein Institute (Bönnigheim/Deutschland),
Schoeller Textil AG (Sevelen - Schweiz), Charité (Berlin - Deutschland) und DLR
(Bonn/Bremen - Deutschland) versprechen sich von dem gemeinsamen Vorhaben
eine Vielzahl neuer Erkenntnisse. Diese sollen zum einen die Grundlage für die
Entwicklung neuer textiler Produkte für den Einsatz unter extremen klimatischen und
physiologischen Bedingungen auf der Erde liefern. Zum anderen soll das gewonnene
Datenmaterial dabei helfen, die Kleidung der Astronauten für künftige Aufenthalte im
All und auf Langzeitmissionen wie z. B. die für 2030 geplante, rund dreijährige Reise
zum Mars zu optimieren.

Die Herausforderungen bei Null-Gravitation

Projektleiter Dr. Jan Beringer von den Hohenstein Instituten sieht sowohl im Bereich
des Tragekomforts als auch bei Zusatzfunktionen großes Verbesserungspotenzial:
Die fehlende Gravitation wirkt sich u. a. auf den Abtransport der Körperwärme und
des Schweißes über die hautnahe Kleidung aus. Um die Kühlmechanismen des
Körpers trotzdem adäquat unterstützen zu können, müssen Textilien für den Einsatz
im Weltall entsprechend angepasst sein. Neben der physiologischen Optimierung der
Textilien stellen für den Industrieforscher Dr. Beringer, der im Raumfahrer-Jargon auch
als Principal Investigator (PI) bezeichnet wird, Zusatzfunktionen wichtige Eckpunkte
künftiger Entwicklungen dar. Dazu zählen z. B. antimikrobielle Textil-Ausrüstungen zur
Minimierung der Geruchsentwicklung, wie sie durch die Zersetzung von Körperschweiß
durch Bakterien entsteht.

Trageversuche durch Astronaut Alexander Gerst

Ende Februar begleitete Projektleiter Dr. Jan Beringer zusammen mit Prof. Dr. Hanns-
Christian Gunga vom Center of Space Medicine an der Charité in Berlin, der beim
Projekt ebenfalls als Principal Investigator (PI) fungiert, das projektbezogene Training
von Alexander Gerst am Europäischen Astronautenzentrum (EAC) in Köln. Wie
später in der Erdumlaufbahn absolvierte Gerst während des sogenannten pre-flight
trainings bisher vier intensive Belastungseinheiten auf dem Laufband an ebenso vielen
Tagen. Dabei trug er bei zwei Trainings-Sessions körpernahe Funktionstextilien aus
speziellem Polyester. Bei zwei weiteren Trainings-Einheiten kam ein konventionelles
Baumwolle-Set, bestehend aus T-Shirt und Short zum Einsatz. Anhand eines
Fragebogens beurteilte der 37-jährige Künzelsauer, wie gut Körperwärme und Schweiß
vom Körper mit Hilfe der Kleidungssysteme abgeleitet wurden. Auch nach den
Trainingseinheiten im All wird Alexander Gerst direkt seinen subjektiven Eindruck
wiedergeben und damit erste wichtige Vergleichsdaten für das Projekt Spacetex
liefern.

Space-proofed für Extremsituationen auf der Erde

Dieses Datenmaterial wird auch der Arbeit von Prof. Dr. Hanns-Christian Gunga zu
Gute kommen. Dieser beschäftigt sich seit Jahren intensiv mit der Frage, welche
Auswirkungen der Aufenthalt unter Schwerelosigkeit im All bzw. unter extremen
klimatischen Bedingungen auf der Erde für den menschlichen Körper hat: Der
Abbau von Muskel- und Knochensubstanz beginnt unter Null-Gravitation innerhalb
kürzester Zeit. Um dieser Degeneration entgegen zu wirken, ist die Arbeit an speziellen
Trainingsgeräten für die Astronauten extrem wichtig. Dabei gibt der Körper wie auf
der Erde auch Wärme ab und versucht sich durch die Abgabe und Verdunstung
von Schweiß herunterzukühlen. Aufgrund der fehlenden Erdanziehungskraft und
damit Wärmeströmung (Konvektion) werden aber weder Körperwärme noch Schweiß
wie gewohnt an die Umgebung bzw. Bekleidung abgeleitet. Vielmehr umgibt die
Wärme den Körper quasi wie eine Aura. Der Schweiß haftet insbesondere bei locker
anliegender Kleidung hartnäckig an der Haut. Die Kühlwirkung für den Körper bleibt
damit aus und das Training führt selbst für die gut trainierten Astronauten zu einer
stärkeren physiologischen Belastung als auf der Erde.

Neben dem künftigen Einsatz im Weltall sind space-proofed Textilien deshalb auch
im Hinblick auf Extremsituationen auf der Erde von großem Interesse.
Für Hans-Jürgen Hübner CRO der Schoeller Textil AG ein wichtiger Aspekt, warum der
Gewebehersteller sich beim industriefinanzierten Forschungsprojekt engagiert: Die
Erkenntnisse aus dem Spacetex-Projekt werden wir in unsere Produktentwicklung
und -optimierung einfließen lassen. Von ihnen werden somit neben künftigen
Astronauten auch Menschen profitieren, die hier auf der Erde körperlich an die
Leistungsgrenze gehen bzw. unter extremen Umgebungsbedingungen Höchstleistung
erbringen müssen. Das sind natürlich zum einen Sportler aller Art, aber auch
Einsatzkräfte von Feuerwehr, Katastrophenschutz oder Militär.

Untersuchungen mit dem Hohenstein Hautmodell

Neben den subjektiven Trageversuchen sind objektive Bewertungen des Feuchteund
Wärmemanagements eine weitere zentrale Datenquelle für Projektleiter Dr. Beringer. Sowohl die Funktions- als auch die Baumwolltextilien wurden deshalb auf
dem sogenannten Hohenstein Hautmodell, einem Thermoregulationsmodell der
menschlichen Haut, ausführlichen Testreihen unterzogen. Dabei wurden verschiedene
bekleidungsphysiologische Kennzahlen wie der Wasserdampfdurchgangswiderstand
als Wert für die Atmungsaktivität sowie die Wärmeisolation unter standardisierten
klimatischen Bedingungen und Normal-Gravitation ermittelt. Aufgrund des immensen
Gewichtes der Messeinrichtungen ist es nicht möglich, diese zur ISS mitzunehmen.

Um Vergleichswerte unter Mikro-Gravitation ermitteln zu können, entwickeln
die Hohenstein Institute deshalb eigens eine spezielle Version des Hohenstein
Hautmodells, das an Bord eines Airbus A300 bei sogenannten Parabel-Flügen ab 2016
zum Einsatz kommen könnte. Dabei steigt das Flugzeug aus dem horizontalen Flug
steil nach oben, drosselt dann die Schubkraft der Turbinen und fliegt eine Parabel, bei
der für etwa 22 Sekunden Schwerelosigkeit herrscht. Insgesamt stehen so bei einer
solchen flight-campaign etwa 35 Minuten Schwerelosigkeit - im Wechsel mit normaler
und doppelter Erdbeschleunigung zur Verfügung, die Forscher für ihre Experimente
nutzen können.

Geruchsanalytische und mikrobiologische Untersuchungen

Nach dem Astronautentraining in Köln wurden die Testtextilien luftdicht verpackt und

anschließend an den Hohenstein Instituten hinsichtlich ihrer Geruchsentwicklung und
der Zahl der anhaftenden Bakterien untersucht. Um vergleichbare Untersuchungen der
Textilien auch nach den Trainings-Sessions im Weltall zu ermöglichen, werden diese
im November 2014 zusammen mit Alexander Gerst ebenfalls luftdicht verpackt den
Rückweg auf die Erde antreten.

Als Geruchstresor dienen dabei sogenannte Tenax-Röhrchen. Die speziellen
Polymere in ihrem Inneren nehmen die Geruchsmoleküle dauerhaft auf, so dass
sich deren Zahl im Anschluss an die Mission mit dem GC/MS (Gaschromatograph-
Massenspek
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