Im Rahmen des Experiments Myotones untersuchten Wissenschaftler der Berliner Charité und der Universität von Southampton an Alexander Gerst die biomechanischen Eigenschaften des ruhenden menschlichen Muskels. Die Ergebnisse sollen für die astronautische Raumfahrt genutzt werden und künftig auch in die Rehabilitation nach Knochenbrüchen einfließen.

Metabolicspace heißt das Expermient des Instituts für Luft- und Raumfahrttechnik der TU Dresden. Dabei analysiert ein Gurt, den die Astronauten am Körper tragen, ihre Körper- und Stoffwechselfunktionen. Es soll die Überwachung und Auswertung des Trainings der ISS-Astronauten deutlich erleichtern und verbessern. Im Gegensatz zu bisherigen Messsystemen kommt Metabolicspace ohne hinderlichen Kabelsalat aus.

Das Gerät Flumias ist nur so klein wie ein Schuhkarton. Es macht es aber möglich, feinsten Strukturen und schnelle Vorgänge in lebenden Zellen und Organismen in der Schwerelosigkeit zu bebachten. An Bord der ISS soll zum Bespiel die Entwicklung menschlicher Immunzellen in 3D und hoher Auflösung verfolgt werden.

Das Experiment Spacetex 2 soll den Komfort von Astronauten während des Trainings verbessern. Die Astronauten tragen eine speziell für die ISS hergestellte Funktionskleidung, die von einem Forschungsverbund aus den Hohenstein-Instituten, der Charité Berlin und dem DLR entwickelt wurde. Die neuen Hightechstoffe sind für den Wärmeaustausch optimiert.

Mit Asim will die europäische Weitraumagentur ESA mehr über Gewitterstürme in der oberen Erdatmosphäre erfahren. Asim soll auf die untere Außenplattform des europäischen Columbus-Labors an der ISS montiert werden und von dort mindestens zwei Jahre lang die Wechselwirkung zwischen Gammastrahlung, Blitzen und Entladungen in der Hochatmosphäre beobachten.

Den Elektromagnetischen Levitator (EML) installierte Gerst bereits 2014 auf der Raumstation. Im Zuge der Mission Horizons bekommt der Hightech-Schmelzofen nun eine Highspeed-Kamera. Mit dem EML werden materialwissenschaftliche Fragen untersucht. Die entsprechenden Daten sind zum Beispiel wichtig für die Optimierung von industriellen Gießprozessen, etwa von Motorgehäusen oder Flugzeugturbinenschaufeln.

Das Spektrometer DESIS (DLR Earth Sensing Imaging Spectrometer) beobachtet die Erdoberfläche im Spektrum des sichtbaren Lichts und der Infrarotstrahlung, und zwar aus verschiedenen Blickwinkeln. An den gesammelten DESIS-Daten sollen sich Veränderungen im Ökosystem der Erdoberfläche ablesen lassen. Sie könnten beispielsweise dazu dienen, den Gesundheitszustand von Wäldern oder landwirtschaftlichen Flächen zu beurteilen und Ertragsprognosen zu treffen.

Beeinflusst die Schwerkraft Immunzellen und ihre Gene? Eine Serie von Experimenten in der Schwerelosigkeit soll klären, ob Immunschwäche möglicherweise genetische Ursachen hat. Die Erforschung der molekularen Mechanismen, die das Immunsystem regulieren, ist laut dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR nicht nur für zukünftige Langzeitmissionen von Astronauten von Bedeutung. Die Forschungsergebnisse sollen auch dazu beitragen, die generellen Ursachen von Immunschwäche zu verstehen und neue Therapien zu entwickeln.

Ein Granulat ist Materie, die aus Körnern oder Pulver besteht, zum Beispiel Sand oder Getreide. Je nach Zustand verhält sich ein Granulat unterschiedlich: Wenn man es verdichtet, wird es fest. Unverdichtet lässt es sich wie eine Flüssigkeit schütten. In der Schwerelosigkeit lassen sich die Dynamik und die physikalischen Eigenschaften von Granulaten leichter untersuchen. Daher kann das Volumen der ISS-Experimentzellen durch einen Kolben verändert und damit die Kompaktheit der Granulate variiert werden. Mittel- bis langfristig sollen die Forschungsergebnisse helfen, industrielle Prozesse von Schüttgütern wie Kohlenstaub, Mehl oder Getreide zu verbessern.

CAL (Cold Atoms Lab) ist ein Minilabor zur Erforschung ultrakalter Atome. Deutsche und US-Wissenschaftler werden bei diesem Experiment auf der Raumstation zusammenarbeiten. Im CAL werden Atomwolken fast auf den absoluten Temperaturnullpunkt von minus 273,15 Grad Celsius herabgekühlt. Das soll unter anderem bei der Messung von Gravitationswellen und der Entwicklung von Quantencomputern helfen.

Alexander Gerst hat sich auf der ISS auch mit einer Zeitkapsel befasst. Diese Aluminiumkugel ist allerdings kein Instrument für wissenschaftliche Experimente: Sie enthält, auf einem Datenträger gespeichert, die Zukunftsvorstellungen von Schülern. Gerst wollte die Zeitkapsel auf der ISS versiegeln und nach seiner Rückkehr dem Bonner Haus der Geschichte übergeben. Das zeitgeschichtliche Museum soll sie dann 50 Jahre lang verschlossen aufbewahren.

Bei seinem Aufenthalt im Jahr 2014 auf der ISS war Alexander Gerst Bordingenieur und damit für wissenschaftliche Experimente zuständig. Zusammen mit seinen Weltraum-Kollegen betreute er rund 160 Versuche, die in dem halben Jahr seines Aufenthalts in den Laboren der Raumstation durchgeführt wurden. Hier einige Beispiele.

Ein Experiment war der elektromagnetische Levitator: ein Schmelzofen, in dem Legierungen hergestellt und untersucht werden können. Denn die Metallschmelzen verhalten sich in der Schwerelosigkeit völlig anders als auf der Erde.
"Ich würde mich riesig freuen, wenn wir mit den Legierungen, die wir da oben erforschen, Materialien entdecken, die vielleicht in zehn Jahren in einer Flugzeugturbine Treibstoff sparen," erklärte Alexander Gerst.

Auch an der Herstellung besonders reiner Halbleiterkristalle wurde geforscht, die für die Mikroelektronik wichtig sind. Proteine wurden auf der ISS in ihrer Kristallform gezüchtet, um sie zu untersuchen. Biochemiker auf der Erde möchten den Aufbau der Eiweiße genau verstehen, die vielleicht in Medikamenten Verwendung finden können.

Es gibt auch eine Art Wetterstation - für das Sonnenwetter. Die Beobachtung der Sonnenaktivität wird für uns auf der Erde immer wichtiger, denn Sonnenstürme mit ihren stark geladenen Teilchen bringen Navigationsgeräte und andere elektronische Geräte durcheinander.

Gewollt oder ungewollt nehmen die Astronauten an Bord an einem weiteren Experiment teil: Wie sich der lange Aufenthalt im All und in der Schwerelosigkeit auf den menschlichen Körper auswirkt. Und vor allem: Was Astronauten tun können, um die Schädigungen so gering wie möglich zu halten. Sie seien selbst "Versuchskaninchen" gewesen, sagte Alexander Gerst im Interview. "Es gibt sehr viele Experimente, mit denen wir Krankheiten erforschen. Sehr individuell, natürlich." Die Astronauten versuchten, Maßnahmen gegen den rapiden Muskel- und Knochenschwund sowie die schnellere Hautalterung zu finden, gegen die in der Schwerelosigkeit noch niemand gefeit ist.