Kaffee im Weltraum: Trinken im Orbit und der erste Espresso auf der ISS

Warum Kaffee im Orbit ein Problem der Physik ist

Unter allen Geschichten über Kaffee und Kaffeemaschinen spielt sich die ungewöhnlichste, die wir kennen, rund vierhundert Kilometer über unseren Köpfen ab, an Bord der Internationalen Raumstation.

Auf der Erde ist es selbstverständlich, dass der Kaffee in der Tasse bleibt, beim Kippen in den Mund fließt und die Crema oben schwimmt. All das funktioniert dank der Schwerkraft. Im Orbit ist ihre Wirkung nahezu aufgehoben, weil die Station und alles in ihr gemeinsam um den Planeten fallen.

Ohne ein „Unten“ sammelt sich eine freie Flüssigkeit zu einer schwebenden Kugel, die von der Oberflächenspannung zusammengehalten wird. Sie lässt sich nicht eingießen, setzt sich nicht am Boden ab, und wenn man das Gefäß kippt, bleibt sie, wo sie ist, oder löst sich und treibt durch die Kabine.

Auch das Unsichtbare ändert sich: Wärme verteilt sich nicht mehr durch natürliche Konvektion, Bläschen steigen nicht an die Oberfläche, und ein Schaum bleibt stehen, statt abzutropfen. Für alle, die mit Espresso arbeiten, sind das genau die Vorgänge, die über die Crema entscheiden.

Hier erklären wir, wie Astronauten wirklich trinken, wie die Kapillartasse funktioniert und wie der italienische Espresso 2015 in den Orbit kam. Die Geschichte der Espressomaschine auf der Erde haben wir bereits im Beitrag über die Geburt des Espresso erzählt.

Wie auf der Raumstation wirklich getrunken wird

Die praktische Antwort der Astronauten ist einfach: keine Tassen. Getränke, Kaffee eingeschlossen, kommen als Pulver an Bord, versiegelt in Beuteln aus Verbundfolie mit einem Einwegventil.

Zum Trinken wird der Beutel an den Wasserspender der Bordküche angeschlossen, der durch das Ventil eine abgemessene Menge heißes oder raumtemperiertes Wasser einspritzt. Der Inhalt wird vermischt, ein Trinkhalm eingesetzt, und getrunken wird direkt aus dem Beutel.

Der Trinkhalm hat eine Klemme, die zwischen zwei Schlucken geschlossen wird; sonst würde die Flüssigkeit weiter austreten und freie Kugeln in der Kabine bilden.

Das System ist sicher und leicht, nimmt aber fast das ganze Vergnügen der vertrauten Geste. Aus diesem Mangel sind die beiden folgenden Ideen entstanden.

Die Tasse, die mit Kapillarkräften arbeitet

Die erste Idee entstand an Bord. Im Jahr 2008 baute ein NASA-Astronaut, der das Trinken aus Beuteln leid war, aus einer durchsichtigen Kunststofffolie eine tropfenförmige Tasse mit einem engen Winkel entlang der Wand. Das Prinzip ist dasselbe, das Wasser in einem dünnen Röhrchen aufsteigen lässt: die Kapillarwirkung.

In dieser engen Kante schieben Kapillarkräfte die Flüssigkeit bis zum Rand, wo sie in ein Gleichgewicht kommen. Nehmen die Lippen einen Schluck, ist das Gleichgewicht gestört, und weitere Flüssigkeit steigt vom Boden nach, bis die Tasse leer ist, mit etwa so wenig Rest wie bei einer Keramiktasse auf der Erde.

Der Prototyp wurde später von amerikanischen Forschern gemeinsam mit der NASA weiterentwickelt, und 2015 ging eine Reihe im 3D-Druck gefertigter Tassen für ein eigenes Getränkeexperiment zur Station, zur gleichen Zeit wie die Espressomaschine. Für die NASA reicht das Thema über das Frühstück hinaus: Dieselben Prinzipien dienen dazu, Flüssigkeiten ohne Pumpen in Tanks und Lebenserhaltungssystemen zu bewegen.

ISSpresso: der erste Espresso im Orbit ist italienisch

Die zweite Idee entstand in Italien. ISSpresso ist die Kapsel-Espressomaschine, die Argotec, ein italienisches Unternehmen für Raumfahrttechnik, zusammen mit der Turiner Rösterei Lavazza in Zusammenarbeit mit der Italienischen Raumfahrtagentur entwickelt hat.

Sie war eines der Experimente der Mission Futura der italienischen Agentur ASI, an der die ESA-Astronautin Samantha Cristoforetti teilnahm. Die Maschine startete im April 2015 an Bord einer Dragon-Frachtkapsel, die Cristoforetti selbst mit dem Roboterarm der Station einfing.

Am 3. Mai 2015 bereitete Samantha Cristoforetti den ersten Espresso der Geschichte in der Schwerelosigkeit zu und trank ihn, ein Datum, das in die offiziellen Rekordbücher einging.

Die Funktionsweise ähnelt einer Haushaltsmaschine, mit einigen Unterschieden. Das Wasser kommt nicht aus einem Tank, sondern aus einem an die Maschine angeschlossenen Beutel; die Kapsel wird in ein Fach eingesetzt; der Kaffee fließt nicht in eine Tasse, sondern in einen Standard-Trinkbeutel der NASA, aus dem er mit dem Trinkhalm getrunken oder in die Kapillartasse umgefüllt wird.

Aus Sicherheitsgründen besteht der Hydraulikkreis aus Stahl statt aus Kunststoff und ist für Drücke ausgelegt, die weit über dem liegen, was eine Haushaltsmaschine erreicht; das Gerät wiegt rund zwanzig Kilogramm. Neben Espresso lassen sich mit den Kapseln auch Caffè Lungo, Tee und Brühe zubereiten.

ISSpresso blieb über zwei Jahre im Orbit. Für uns, die wir täglich Maschinen und Kapseln verkaufen, bleibt es ein Grund zum Stolz: Der Espresso, der die Erde verlassen hat, spricht Italienisch.

Was uns das über den Espresso zu Hause lehrt

Hinter dem Symbol stand auch eine wissenschaftliche Frage: Wie verhält sich eine heiße Flüssigkeit unter hohem Druck ohne Schwerkraft, und was geschieht mit dem Schaum. Beim Kaffee hat diese Frage einen genauen Namen: Crema.

Espresso gibt es, weil heißes Wasser unter Druck in wenigen Sekunden durch gemahlenen Kaffee strömt. Der Druck löst Öle und Aromastoffe und setzt das Kohlendioxid frei, das die Röstung in den Bohnen eingeschlossen hat; diese feinen Bläschen, in der Flüssigkeit verteilt, bilden die Crema.

Auf der Erde steigt die Crema an die Oberfläche. Im Orbit haben die Bläschen kein „Oben“, zu dem sie wandern könnten, und bleiben im Kaffee verteilt: einer der Gründe, warum das Experiment auch Ingenieure interessierte, die sich mit Flüssigkeiten befassen.

Eine gute Maschine muss Druck und Temperatur des Wassers während der gesamten Extraktion stabil halten; eine passende Kapsel oder ein passender Mahlgrad muss den richtigen Widerstand bieten. Fehlt eine dieser Bedingungen, ist die Crema dünn und der Geschmack flach, mit oder ohne Schwerkraft.

Was die Crema enthält und warum sie für sich genommen keine Garantie für Qualität ist, erklären wir im Beitrag über die Chemie des Kaffees.

Ein Espresso mit beiden Füßen auf der Erde

Der Kaffee, den Sie zu Hause trinken, hat einen Vorteil, den die Astronauten nicht haben: Die Schwerkraft arbeitet für ihn.

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Bild: Italien, von der Internationalen Raumstation aus gesehen, NASA.