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GRAVITATIONSBIOLOGIE

Forschung im Weltraum und auf der Erde

"Frühe Prozesse der Schwerkraftwahrnehmung im Modellsystem Chara und in Höheren Pflanzen - Untersuchungen in Mikrogravitation und auf der Erde" gefördert von BMBF durch DLR

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Institut für Molekulare Physiologie und Biotechnologie der Pflanzen

 

MAXUS-5 Kampagne

März - April 2003

Esrange, Schweden

 

 

 

 

 

 

 

Logo MAXUS 5

MAXUS Rakete Esrange Vogelperspektive

Start MAXUS

 


+++ Erfolgreicher Start der MAXUS-5 Rakete am 01.04.2003 +++

Startvideo hier downloaden

 

MAXUS-5 Logbuch

Bilder zum Vergrößern anklicken!

++03.04.03++

Abreisetag. Hochzufrieden mit dem Verlauf der perfekt organisierten ESA-Kampagne, aber auch ein bisschen wehmütig, heißt es heute Abschied nehmen von Esrange und vom winterlichen Lappland. Wir starten mittags von Kiruna aus gen Heimat - im Gepäck unsere weltraumerprobten Rhizoide und Protonemen. Nach Zwischenstopps in Stockholm und Kopenhagen fliegen wir in den Abend hinein und landen sicher in Düsseldorf. Zu Hause steht nun die Auswertung unserer Ergebnisse auf dem Programm - und natürlich die Planung zukünftiger Projekte im Sounding Rocket Programm.

030403 Kiruna Flughafen

030403 Kopenhagen Dämmerung

++02.04.03++

Entspannung. Nach ersten Auswertungen und dem Packen der Laborkiste ist nun endlich auch einmal Zeit für einen Besuch des Abisko Nationalparks, der sich zwischen der eigentümlichen Gebirgsformation Lapporten (Lappensattel) und dem 50 km langen Torneträsk-See erstreckt. Die wunderschöne Schlucht mit seinen vereisten Wasserfällen präsentiert sich in schönstem Sonnenlicht – auf Esrange ist es bedeckt und es schneit. Auf dem Rückweg steht noch der langersehnte Besuch des Eishotels in Jukkasjärvi an. Die 60 Zimmer aus Schnee und Eis sind traumhaft schön mit Eisskulpturen gestaltet. Eine Eisbar, natürlich mit Gläsern aus purem Eis, und eine Eiskapelle dürfen auch nicht fehlen. Morgen geht´s nach Hause.

Es war ein großartiges Erlebnis.

020304 Lapporten

020403 Eishotel

++01.04.2003++

Tag L-0: Lift-off. Ein Bilderbuchstart. Bei -20 Grad jagt Maxus-5 in den fast blauen Himmel und trägt unsere Zellen in die Schwerelosigkeit. Der Schlaf mußte ausfallen - wir mussten durcharbeiten, aber was macht das schon. Restlos begeistert verfolgen wir am Monitor im Blockhaus die Reaktion der Zellen auf verschiedene Beschleunigungsreize. Dann bange Sekunden beim Wiedereintritt und – Erleichterung: der Fallschirm hat sich geöffnet und bereits 60 min später haben wir unsere Proben zurück, die wir sofort weiter auswerten. Unsere Erwartungen wurden 100%ig erfüllt – ein großer Erfolg! Kleiner Wermutstropfen: die Nutzlast ist bei der Landung hart aufgeschlagen und wurde arg verbeult, aber alle Experimentmodule sind unversehrt.

010403 Start MAXUS-5
010403 Payload
010403 Herr Grothe mit Einschub
010403 Nickerchen

++31.03.2003++

Tag L-1: Practice Countdown. Der gesamte Ablauf des Countdowns wird durchgespielt und alle Stationen melden „Ready for flight – Flugbereitschaft“. Das Maxushaus wird probeweise für 45 min zurückgefahren und gibt den Blick auf die 17m hohe MAXUS-Rakete frei. Es dauert bis spät in die Nacht, alle Flug- und Reserveexperimentkammern mit Rhizoiden und Protonemata zu füllen und in Agar einzubetten. Aufgrund schlechter Wetterprognosen soll der Start auf 7:00 vorverlegt werden. Das bedeutet: Aufstehen kurz nach Mitternacht und die Proben für den Einbau in die Rakete vorbereiten.

310304 Rakete vor Startturm

++30.03.2003++

Tag L-2: Chara is ready for lift-off. Unsere Zellen (Rhizoide und Protonemata) sind in Hochform und warten auf den Start. Kleine Schwierigkeiten mit dem Radar-Verfolgungssystem sind behoben und wurden durch einen Hubschrauberflug getestet. Nach dem morgigen Practice Countdown wird es Ernst. Unsere Kollegen von der Klimaforschung starteten heute einen weiteren Helium-Forschungsballon. Es wird kälter.

300303 Flugküvette
300303 Ballonstart

++29.03.2003++

Tag L-3: Rollout erfolgt! Heute hat es dann doch geklappt. Die Module waren unversehrt und die Rakete steht nun fix und fertig im Startturm. Gegen Mitternacht kam Jens zu unserer Verstärkung am Flughafen an und versorgte uns mit frischem Pflanzenmaterial und dringend benötigtem Labormaterial. Frisch am Morgen gefallener Schnee läßt den Ort Jukkasjärvi, das für sein Eishotel berühmt ist, im Sonnenlicht erstrahlen.

290303 Jens Christoph Chara
290303 Jukkasjärvi

++28.03.2003++

Tag L-3 (L-4) : Roll out - Roll in. Schon früh am Morgen wird die
MAXUS-Nutzlast vom schwedischen Launch-Team aus der Integrationshalle zum MAXUS-Startturm gefahren. Dann der Schreck: auf der Fahrt dahin bricht ein Stützrad. Die tonnenschwere Nutzlast wird auf dem Transportwagen kräftig durchgeschüttelt. Resultat: die Nutzlast muss zurück und alle Module müssen überprüft werden. Ein GPS-Ring scheint defekt. Der Countdown wird um einen Tag auf den 1. April verschoben (leider kein verfrühter Aprilscherz).

280303 Roll out

++27.03.2003++

Tag L-4: Zusammenbau der Raketennutzlast.  Nachdem noch gestern Abend alle Experimentmodule in ihre Nutzlastzylinder eingebaut wurden, werden diese heute zur kompletten Nutzlast zusammengebaut. Zum Schluss kommt noch die Rakenspitze drauf. Sie beinhaltet einige Steuereinheiten und den Fallschirm, der nach Wiedereintritt in die Erdatmosphäre und Absprengen der Spitze die Nutzlast mit unseren Experimenten hoffentlich wieder sanft in den Schnee segeln läßt

270303 Zusammenbau der Nutzlast

++26.03.2003+

Tag L-5: Bench-Test.  Heute steht die komplette technische Überprüfung der Module, der TV- und Telekommandoverbindungen und der Einbau der Module in die Nutzlastzylinder auf dem Programm. Wir testen heute die chemische Fixierung unserer Zellen in den original Flugküvetten. Nach Überarbeitung der Fixierlösung sind wir mit dem Ergebnis zufrieden. Das fast frühlingshafte Tauwetter wird hin und wieder von stürmischen Schneeschauern unterbrochen.

260303 Integrationshalle260303 Schneesturm

++25.03.2003++

Tag L-6: Modultest.  Nach dem üblichen Ansetzen dutzender Küvetten, stand heute die Überprüfung der Mikroskop-Optik des Experimentmoduls und des Rotlicht-Filtersystems für die lichtempfindlichen Protonemata auf dem Programm. Die Protonemazellen machen uns das Leben schwer. Sie müssen im Dunkeln bzw. bei düsterem Rotlicht überprüft, in die Flugküvetten umgesetzt und ins Modul eingebaut werden. Wir haben alle Prozeduren, die am Starttag perfekt sitzen müssen, wieder und wieder geübt. Überraschender Weise klappte alles reibungslos und die Zellen verhielten sich mustergültig. Ein gutes Omen für den Flug?

250303 Markus + Christoph am Modul

++ 24.03.2003++

Tag L-7: Ansetzen. Der erste richtige Arbeitstag beginnt im fensterlosen Labor (bei herrlichem Sonnenschein draussen - ächz) mit dem Ansetzen von zahllosen Protonema- und Rhizoidküvetten. Heute abend steht bereits der erste Test am Modul an. Die automatische Fixierung und die Beleuchtung müssen überprüft werden. Skilanglauf muss also noch warten. Es wird eine lange Nacht

240303 Ansetzen

++23.03.2003 ++  

Tag L-8: Anreise. Wir sind gut auf Esrange angekommen. Trotz ge-cancelled-tem Flug von Kopenhagen nach Stockholm sind wir pünktlich in Kiruna gelandet. Unsere 5 Liter Flaschen mit Chara-Algen und dutzende Objekträgerküvetten kamen prima durch den Zoll. Das Labor haben wir bereits eingerichtet. Es gibt erstaunlich wenig Schnee, der tagsüber bei bis zu sonnigen 4 Grad leicht antaut und nachts bei minus 10 Grad wieder gefriert. Hundemüde geht's ins Bett (Aufstehen war 3:30).

230303 Markus + Christoph Ankunft im Labor

++ 12.03.2003 ++ Chara-Anzucht. Die heiße Phase der Kultivierung unserer Versuchsobjekte beginnt. Um sicher zu gehen, dass wir zum Starttermin ausreichende Mengen an Rhizoiden und Protonemata zur Verfügung haben, müssen von nun an täglich dutzende Algenzellen in Agar eingebettet und unter definierten Bedingungen zur Produktion von Rhizoiden und Protonemata kultiviert werden.

120303 Chara-Anzucht

++ 10.02.2003 ++ Verschicken unserer Laborausrüstung. Heute haben wir unsere Laborausrüstung, die wir in Esrange benötigen werden, auf große Reise geschickt ... und hoffentlich nichts vergessen!! Dabei nimmt sie nicht den direkten Weg gen Norden sondern wird zuerst nach München transportiert, dort zusammen mit der Ausrüstung der anderen Arbeitsgruppen auf einen LKW verladen und dann erst nach Schweden gebracht. Hoffentlich sehen wir unsere Ausrüstung heil wieder!!!

 100203 Verschicken der Ausrüstung

++ 04.02.2003 ++  MAXUS 5 Status Review in Noordwijk. Auf diesem Meeting wurden die ESA-Verantwortlichen der MAXUS 5-Kampagne über den Stand der Vorbereitungen unterrichtet. Vertreter der Arbeitsgruppen, die ein Experiment an Bord der Rakete fliegen, berichteten über ihre Experimentvorbereitungen und eventuelle Probleme. Die Hersteller der einzelenen Module erläuterten außerdem die technischen Details. Unsere Vorbereitungen verlaufen problemlos und wir liegen genau im Zeitplan.

040203 ESA-Logo

++ 31.01.2003 ++  Petri Heil! Noch nicht genug Chara-Algen für alle Tests. Also diesmal mit dem Boot auf den teilweise überfrorenen See bei minus 3 Grad. Chara "beisst" gut - wir bringen zwei grosse Kübel ins Winterquartier. Das sollte erst einmal reichen.

 310103 Chara angeln

++ 30. /31.01.2003 ++ Laborkiste packen.  Schon so früh muß die gesamte Laborausrüstung für Esrange in große Alukisten gepackt und abgeschickt werden, da diese eine weite Reise mit dem LKW zurückzulegen haben. Etwas zu vergessen wäre fatal - Präparierbesteck oder Chemikalien gibt´s in Lappland, im hohen Norden Schwedens, nicht gerade an jeder Straßenecke.

300103 Kiste packen 

++ 29.01.03 ++ Chara-Angeln. Da das Pflanzenmaterial im Botanischen Garten Bonn knapp wird, müssen wir uns Chara globularis für die zahlreichen Tests und Kontrollversuche aus Seen der Braunkohleregion beschaffen. Die Suche war erfolgreich. Nasse Füsse und triefende Nasen werden belohnt mit mehreren Handvoll frischen, grünen Armleuchteralgen (Characeae)

 290103 Chara angeln

++ 17.12.2002++ Hardware- Fixiertest und Probelauf  bei Astrium in Trauen. Kontrollexperiment unter 1g-Bedingungen

 171202 Modul Aufsicht

 

 

 

Wissenschaftliche Zielsetzung von MAXUS 5

Gravisensibilität und Gravi-perzeptionsmechanismen von Rhizoiden und Protonemata der Grünalge Chara

Für unsere Bonner Arbeitsgruppe Gravitationsbiologie bedeuten die 12-13 min Mikrogravitation zwischen Ausbrennen der Castor 4B Rakete und Wiedereintritt in die Erdatmosphäre gerade genug Zeit, um die Empfindlichkeit unserer biologischen Gravisensoren für Massenbeschleunigungen zu analysieren. Wie wir bereits von sehr bodenständigen, zellbiologischen Untersuchungen aber auch von früheren Mikrogravitationsexperimenten (TEXUS-Flüge, Space Shuttle Missionen) wissen, ist das Cytoskelettelement Aktin und dessen Interaktionen mit speziellen, schweren Partikeln, den Statolithen, von entscheidender Bedeutung für den Prozess der Schwerkraftwahrnehmung und -verarbeitung in Pflanzen. MAXUS-5 soll uns exakte Daten über die molekularen Kräfte und Prozesse liefern, durch die die Statolithen den schwerkraftwahrnehmenden Zellen präzise Auskunft über deren Lage im Schwerefeld der Erde vermitteln.

... mehr wissenschaftl. Hintergrund (PD. Dr. Markus Braun, engl.)

.... weitere aktuelle Projekte

 

Ergebnisse

Die Experimente während der 13-minütigen, parabelförmigen Flugphase der MAXUS-Rakete lieferten uns präzise Angaben über die Empfindlichkeit des Schwerkraft-wahrnehmenden Apparates dieser pflanzlichen Gravisensorzellen. Darüber hinaus konnten wir erstmals auch die molekularen Kräfte bestimmen, über die das muskelähnliche Aktomyosin-System mit den zellinternen Schwerekörperchen, den Statolithen, interagiert. Über diese Wechselwirkung wird die physikalische Verlagerung der Statolithen in ein physiologisches Signal umgewandelt, das der Zelle die räumliche Information für die Korrektur der Wachstumsrichtung liefert.

Durch geschickt dosierte Zentrifugation im Verlauf der Mikrogravitationsphase wurden die Zellen unterschiedlichen Beschleunigungen ausgesetzt und sowohl die intrazellulären Prozesse analysiert, als auch die  Wachstumsreaktionen der Zellen video-mikroskopisch ausgewertet. Die Auswertung der Experimente ergab, dass die Empfindlichkeit des Wahrnehmungs-apparates dieser Zellen bei etwa einem Zehntel der Erdschwerkraft liegt (0,1g). Vom wissenschaftlichen Standpunkt aus war aber die Beschreibung der Empfindlichkeit des Sensorapparates auf zellulärer/molekularer Ebene weitaus interessanter. Danach nimmt die Zelle bereits Änderungen in Richtung oder Betrag der (Erd)Beschleunigung wahr, wenn über die Statolithen eine Kraft von mindestens 2x10-14 Newton (kg m s-2) ausgeübt wird, bzw. eine Energie von ca. 3x10-19 Joule (kg m2 s-2) aufgewändet wird.

Solche Messungen sind im Labor bei fortwährend wirkender Erdschwere nicht möglich. Bei unseren Experimenten kamen die besonderen Vorteile der kostengünstigen MAXUS-Flüge zum Tragen. Gegenüber bemannten SpaceShuttle-Flügen und Experimenten auf der Internationalen Raumstation sind die Flexibilität, die kurze Vorbereitungszeit und schnelle Auswertbarkeit von enormer Bedeutung. Die 13 Minuten Mikrogravitation sind für die beschriebenen Experimente an den schnell reagierenden Chara-Modellsystemen ausreichend.

 

Hardware

Modul Seitenansicht

Chara Modul (TEM06-RO1M)

bestehend aus einer stationären unteren Motor- und Telemetrieeinheit und einer oberen rotierenden Platform, auf die 2 Mikroskopeinheiten fest installiert sind und 2 Einschübe mit Fixiereinrichtung und Chara-Küvetten eingeschoben werden.

Modul Aufsicht

Aufsicht auf die rotierende Plattform

Je zwei Küvetten mit Chara Rhizoiden und zwei mit Protonemata befinden sich auf 3 Radien, so dass die Zellen nach Beginn der Mikro-g Phase seitliche Beschleunigungen von ca. 0.02g, 0.14g und 0.25g erfahren.

Einschub Seitenansicht

Einschub (late access unit) 

Pro Radius (g-Level) werden Rhizoide bzw. Protonemata in einer Küvette vor Ende der Mikro-g Phase timergesteuert chemisch fixiert, während die Zellen in einer zweiten Küvetten weiterwachsen. Die Zellen bei 0.14g werden über Video-Downlink in-vivo beobachtet.                   

Fotos: Astrium  Raumfahrt Infrastruktur

 

 MAXUS in Zahlen

1989 etabl. durch SSC (Schweden) und MBB/ERNO (jetzt Astrium), Alle Starts von ESRANGE, Nordschweden

Schema Payload MAXUS-5

Raketenmotor: Castor 4B, einstufig, steuerbar

Brenndauer: 63s, Schubleistung: 450 kN

Durchmesser: 1m (Nutzlast)

Länge gesamt: ca. 17m (Nutzlast: ca. 5 m) 

Gewicht gesamt: 12 - 13 Tonnen

Nutzlastgewicht: ca. 500 kg (4-6 Experim.Module)

Flughöhe (Apogee): bis 800 km   Weite: ca. 80 km

Mikro-g Dauer: 12 - 13 min

Video (TV Module), Telekommando Operationen

Landung am Fallschirm

Nutzlast Bergung meist innerhalb ca. 60 min per Helikopter