Studienergebnisse SpaceBed

Broschüre zum Vertiefungskurs Baurealisierung 

Lehrstuhl für Baurealisierung und Bauinformatik 

Prof. Dr.-Ing. Thomas Bock 

WS 1998/1999 - SoSe 1999 

SpaceBed: Schlafkomfort in Schwerelosigkeit

Lehrstuhl für Baurealisierung und Bauinformatik, Prof. Dr. T. Bock 

microarchitecture space studies 

Projekt: SpaceBed: Schlafkomfort in Schwerelosigkeit 

Entwurf: Thomas Dirlich 

0.1.1 Inhaltsverzeichnis 

0. Intro 

0.1 Inhaltsverzeichnis 

0.2 Einleitung 

0.3 Projektbeschreibung 

1. Stage 1: Crew Quarter Concepts 

1.1 Anforderungen Crew Quarter 

1.2 Space-Architecture-Design Grundlagen 

1.3 Crew Quarter Konzept mit seinen Funktionen 

1.4 Volumenuntersuchung 

2. Stage 2: Sleep Restraint Concepts 

2.1 Aufgabe Sleep Restraint 

2.2 Medizinisch-Physiologische Grundlagen 

2.3 Sleep-Restraint-Design Grundlagen 

2.4 Design Entwicklung 

3. Stage 3: Ergonomic Testing 

3.1 Versuchsbeschreibung 

3.2 Versuchsauswertung 

4. Stage 4: Prototyping SpaceBed 

4.1 Prototypen Herstellung und Materialien 

4.2 Entwicklung des Prototypen





0.1.2 Inhaltsverzeichnis 

5. Stage 5: Parabular Flight Campaign 

5.1 Parabelflug Grundlagen 

5.2 Parabelflug Testablauf 

5.3 Auswertung der Befragung der Testpersonen 

5.4 Auswertung des Bildmaterials 

6. Stage 6: Project Evaluation 

6.1 Zusammenfassung der Ergebnisse 

7. Extro 

7.1 Ausblick 

7.2 Danksagung





0.2 Einleitung 

In der vorliegenden Arbeit wird der Entstehungsprozeß des Produkts 

„SpaceBed, Schlafkomfort in Schwerelosigkeit“ beschrieben. 

Es handelt es sich um eine neuartige Schlafeinrichtung für die Internationale 

Raumstation (ISS). 

Das Projekt durchlief sechs Phasen (Stages 1-6 ): 

Stage 1: 

Stage 2: 

Stage 3: 

Stage 4: 

Stage 5: 

Stage 6: 

Crew Quarter Concepts 

Beschreibung des hier entwickelten Entwurfs für die 

„Privatkabine“ der Astronauten, Crew Quarter 

Sleep Restraint Concepts 

Konzeptionelle Entwicklung der Schlafeinrichtung im 

Rahmen des Crew Quarter Konzepts 

Ergonomic Testing 

Ergonomische Tests zur Schlafeinrichtung anhand von 

1:1 Modellen (Mockups) 

Prototyping SpaceBed 

Entwicklung der Prototypen des Produkts „SpaceBed“ 

Parabular Flight Campaign 

Vorbereitung und Durchführung der Parabelflug Kampagne 

mit dem SpaceBed 

Projekt Evaluation 

Auswertung des gesamten Projekts 

Die Munich Space Design Group bildete sich im WS 1998-1999 am 

Lehrstuhl für Gebäudelehre und Produktentwicklung unter der Leitung 

von Prof. Ing. Richard Horden. 

Mit Unterstützung eines interdisziplinären Teams von Professoren und 

Assistenten beschäftigten sich die Architekturstudenten mit dem Design 

von ALLtagsgegenständen. In enger Zusammenarbeit mit dem Johnson 

Space Center der NASA wurden die Entwürfe zur Produktreife weiterentwickelt 

und schließlich im Oktober 1999 auf einem Parabelflugzeug 

der NASA in Houston, Texas, in simulierter Schwerelosigkeit getestet.





0.3 Projektbeschreibung 

Die Aufgabe der Munich Space Design Group umfaßte die komplette 

Einrichtung des Habitation Module für die Internationale Raumstation 

ISS. Das Habitation Module war von der NASA als zentrale Wohneinheit 

für die 6 Personen starke Besatzung geplant. Es sollte die drei 

unterschiedlichen Funktionen Essen/Aufenthalt, Körperhygiene und 

Schlafen/Privatbereich in sich vereinen. Die Studenten bildeten drei 

Teams, welche die drei Aufgabengebiete übernahmen. 

Das „Galley Team“ beschäftigte sich mit der Planung des Küchenbereichs 

und des zentralen Eßplatzes; das „ Hygene Area Team“ befaßte 

sich mit dem Design einer Naßzelle; das „Crew Quarter Team“, bestehend 

aus Julia Habel und mir, Thomas Dirlich, entwarf den Privatbereich 

der Crewmitglieder. 

Ergebnisse dieser Projekte waren die Produkte: 

FLOW - Flexible Onorbit Workstation - ein Arbeitstisch (Galley Team) 

PHA - Personal Hygene Assistent . eine Dusche (Hygene Team) 

BOCS - Builtin Onorbit Container System - ein Schrank (Julia Habel) 

SpaceBed - ein neuartiges Bett (Thomas Dirlich)





1.1 Anforderung: Crew Quarter 

Ein Crew Quarter besteht aus einem persönlichen Arbeitsplatz mit Datenanschluss, 

Schlafplatz, Lagermöglichkeit für persönliche Gegenstände 

und Kleidung, sowie der Möglichkeit sich umzuziehen. Es sollte ein Rückzugsraum 

mit maximaler regenerativer Effektivität auf minimalem Raum 

für Menschen in extrem belastenden Arbeitssituationen entstehen. 

Als Grundlage für den Entwurf wurde die modulare Einheit des International 

Standard Payload Racks (ISPR) gewählt. Das ISPR stellt das 

Grundmodul für die Einrichtung der amerikanischen Teile der ISS dar, 

und nimmt alle Einrichtungen (Technik, Lagerung, etc.) auf. 

Pro Achse sind jeweils vier ISPR auf den Querschnitt der zylindrischen 

Raummodule verteilt. Sie bilden die beiden „Seitenwände“, sowie 

„Decke“ und „Boden“ des quadratischen Mittelraums. Alle ISPRs können 

aus ihrer Halterung rotiert, aus ihrem Platz entnommen und überall 

modular in der Station eingesetzt werden. Sämtliche Versorgungsleitungen 

befinden sich in den „Ecken“ des Querschnitts. 

Mit seinen Dimensionen von 110/200/90 (B/H/T in cm) bietet jedes ISPR 

ein Volumen von ca. 2,00 cbm. Pro Crewmitglied stand jeweils nur eine 

solche Einheit zur Verfügung. Ein Raumvolumen von nur 2 cbm mußte 

also die komplette Privatkabine aufnehmen.





1.2 Space-Architecture-Design Kriterien, Teil 1 

Für die Planungen von sogenanntem Habitability Equipment (Wohnlichkeitsausrüstung) 

sind verschiedene Kriterien zu beachten. 

Warum Wohnlichkeit 

Die Struktur von Raumfahrtmissionen hat sich im Laufe der letzten Jahre 

stark gewandelt. Statt kurzfristiger Missionen von wenigen Tagen (bis 

zu 11 Tage auf dem Shuttle) wird die Missionsdauer stetig größer. Die 

Belastungen für die Mannschaft bei diesen sog. Longtime Space Missions 

(Langzeitmissionen) sind wesentlich höher. 

Auch die Zusammensetzung des Astronauten Corps hat sich verändert. 

Die Generation von Astronauten aus dem direkten Militärdienst 

(vornehmlich Piloten von Kampfjets) wird zunehmend abgelöst durch 

Wissenschaftler und Forscher. Diese sind nur dann bereit, die volle 

Leistung in den sehr intensiven Missionen zu bringen, wenn ihnen ein 

gewisses Maß an Komfort geboten wird. Dieser Komfort ist erforderlich, 

um den physischen und psychischen Streß zu lindern und eine hohe 

Effektivität der Mission zu ermöglichen. 

Umweltfaktoren 

Der bedeutendste Umweltfaktor in der Raumfahrt ist die Schwerelosigkeit. 

Sie bewirkt einen gewissen Anpassungsdruck auf sämtliche 

Körperfunktionen. Die neutrale Körperhaltung - auf der Erde entspanntes 

Stehen - ändert sich und wird zur sog. Zero-G Haltung. Bei fast allen 

Aufgaben muß der Astronaut sich fixieren. In der Schwerelosigkeit gibt 

es keine Konvektion an Bord der Station, so daß eine ständige mechanische 

Lüftung vorhanden sein muß. 

Masse und Volumen 

Jedes Kilogramm Masse, das mit einer bemannten Mission in den 

erdnahen Orbit transportiert wird, kostet ca. 35 000 EUR. Daher ist die 

Minimierung der Masse von für die Raumfahrt bestimmten Produkten 

ist ein vordringliches Ziel. Auch eine Minimierung des Packvolumens 

ist ein wichtiges Ziel. Diese Forderung ergibt sich aus der Tatsache, 

daß mehr Volumen mehr Masse bedeutet und daß mehr Volumen eine 

größere Hüllfläche erfordert, was wiederum größere Dichtungsprobleme 

(Nahezu-Vakuum im erdnahen Orbit) bedingt.





1.2 Space-Architecture-Design Kriterien, Teil 2 

Reliability und Redundancy 

Die Zuverlässigkeit und Sicherheit von Produkten für die Raumfahrt 

ist das wichtigste Kriterium. Da die Start- und Transportkapazitäten 

gering und sehr teuer sind, muß jedes einzelne Produkt mit höchster 

Zuverlässigkeit arbeiten. Critical Systems (wie das Lebenserhaltungssystem) 

müssen außerdem Redundanzen aufweisen, die im Notfall 

unterbrechungsfrei ausgefallene Funktionen übernehmen können. 

Sämtliche Gefährdungen für die Mannschaft und die Mission sind zu 

minimieren. 

Kejko und Sven 

Alle Produkte, die von den Mitgliedern der Mannschaft gemeinsam 

genutzt werden (Laborstationen, Arbeitsplätze, Werkzeug) müssen auf 

alle Körpergrößen angepaßt werden können. Von der NASA wird als 

Untergrenze eine „55-percentile female“ (eine 155 cm große Japanerin: 

Kejko) und als Obergrenze ein „95-percentile male“ (ein 195 cm großer 

Schwede: Sven) angegeben. 

KISS 

Als Motto für das Design muß stets gelten: Keep It Simple Stupid 

(KISS). Ein Produkt ist nur dann gut, wenn es einfach zu benutzen und 

zu warten ist.





1.3 Crew Quarter Konzept 

Planung: 

Konzept: 

Konstruktion: 

Lokalisation: 

Entwicklung: 

Oktober 1998-März 1999 

Weitgehende Belassung des zur Verfügung stehenden 

Volumens als freie nicht verbaute Aktivitätszone. Aus 

diesem Grund sind alle Gebrauchsgegenstände (und 

Möbel) faltbar und werden in den ca. 6 cm starken 

Wänden des ISPR verstaut. 

Standard ISPR ausgerüstet mit einem Wassertank auf 

der Außenseite (Strahlenschutz). Einbauten in Form 

eines modular austauschbaren Schranksystems in 

den statischen Rahmen des ISPR unter Ausnützung 

der vorhandenen Freiräume in den statischen Elementen. 

Der Arbeitsplatz befindet sich direkt gegenüber dem 

Eingang in die Kabine, mit der Blickrichtung nach 

vorne zum Wassertank hin. Der Schlafplatz ist an der 

einen Seitenwand angeordnet und bietet den Eindruck 

eines Fensters durch einen Flachbildschirm auf der 

gegenüberliegenden Wand. 

Das Volumen des ISPR wurde durch eine von der 

NASA genehmigte faltbare Erweiterung in den Durchgangsbereich 

ergänzt. Nach Modellstudien und ergonomischen 

Untersuchungen hatte sich herausgestellt, 

daß das Crew Quarter nur mit einer solchen Erweiterung 

für „Sven“ benutzbar ist. 

Die folgenden Grafiken und Bilder zeigen die Entwicklung des Konzepts 

auf. Das endgültige Kabinendesign wurde dann in drei verschiedenen 

1:1 Mockups gebaut und getestet.





1.4 Volumenuntersuchungen 

Crew Quarter Mockup 1: 

Konstruktion: 

Einrichtung: 

Tests: 


Konstruktion: 

Einrichtung: 

Tests: 

Björn Bertheau, Alu-Meier GmbH, München 

Julia Habel, Thomas Dirlich 

Grundsätzliche Volumen- und Aktivitätstests 

Einfaches Innenlayout und Positionierung des Sleep 

Restraints, grundsätzliche Überlegung zu Materialien. 

Holger Bombosch, Vontana Industrie GmbH, 

Oer-Erkenschwick 

Thomas Dirlich 


Konstruktion: 

Einrichtung: 

Tests: 

Genauere Untersuchungen zur Lage und Größe des 

Sleep Restraints. Versuche zu Tätigkeiten (An/Ausziehen, 

Arbeiten ect.) 

wie bei Mockup 2 

wie bei Mockup 2 

End-Mockup mit Beleuchtung. Lichtuntersuchungen, 

Tests mit SpaceBed Designmodell. 

Die Test mit den verschiedenen Mockups des Crew Quarter haben 

ergeben, dass die zur Verfügung stehenden Volumina für alle Personen 

bis 190 cm Körpergrösse ausreichend sind. 

Daraus folgt, daß für Sven (195 cm) eine Möglichkeit zur Erweiterung des 

Crew Quarters (besonders in vertikaler Richtung) gegeben sein sollte; 

andernfalls könnte Sven nur in Zero-G Haltung, also nicht vollständig 

ausgestreckt, schlafen. 

Die Position des SpaceBed an der Seitenwand kann fest sein, da in 

Schwerelosigkeit auch eine kleinere Person ein für einen grossen Nutzer 

positioniertes Bett benutzen kann.





2.1 Aufgabe Sleep Restraint 

Bis jetzt hat die NASA Planung für Raumfahrtmissionen die Schlafzeiten 

als kostspielige, für die Arbeits- und Experimentierzeiten verlorene, 

Zeitabschnitte angesehen. Die Qualität des Schlafens war nicht von 

großem Interesse, solange das Crew Mitglied nach möglichst kurzer 

Regeneration seine Aufgaben wieder zufriedenstellend bewältigen 

konnte. Bei Langzeitmissionen kommt jedoch gerade Schlafzeit eine 

sehr große psychologische und pysiologische Bedeutung zu. 

Die Neuentwicklung eines komfortablen Schlafsystems, das eine effektive 

Regeneration auf engstem Raum ermöglicht, ist Ziel der folgenden 

Produktentwicklung. Nach einer Analyse vorhandener Systeme und 

unter Einbeziehung von Erkenntnissen der Schlafforschung wurde das 

SpaceBed Konzept entwickelt. 

Auch beim Schlafen, wie bei vielen anderen Tätigkeiten in der Schwerelosigkeit, 

muß man sich fest machen um nicht davon zu schweben 

und sich zu verletzen. 

Dazu wird ein Haltegurtsystem verwendet. Anders als bei den bisher 

verwendeten Systemen, muß die Geometrie des Sleep Restraints an die 

anatomischen Gegebenheiten des menschlichen Körpers angepaßt 

sein. Desweiteren müssem Gurte entwickelt werden, die unangenehme 

und schmerzhafte Druckstellen vermeiden. Das Layout des Restraints 

soll außerdem eine gute Körperatmung und Belüftung zulassen. Darüber 

hinaus ist die Problematik des anfallenden Schweißes besonders 

zu behandeln. Schließlich muß das System ein Höchstmaß an Hygiene 

garantieren.





2.2 Medizinisch-Physiologische Grundlagen 

Um seine Leistungsfähigkeit zu erhalten, sollte der Mensch ca. 7 bis 

7,5 Stunden täglich schlafen können. Dabei ist ein hoher Tiefschlafanteil 

wichtig, da hier der Körper am effektivsten regeneriert. 

Um möglichst lange, zusammenhängende Tiefschlafphasen zu erreichen, 

muß der Körper so gelagert sein, daß keine ermüdenden oder 

schmerzenden Druckpunkte entstehen. Dies kann auf der Erde nur durch 

die flächige Lagerung des Körpers auf einer verformbaren Unterlage 

garantiert werden. Die Unterlage muß die Wirbelsäule in ihrer gesunden 

natürlichen S-Form (stehende Position) unterstützen und so den ungehinderten 

Flüssigkeitstransport durch das Rückenmark ermöglichen. In 

dieser Position sind auch die Muskeln des Rückens am entspanntesten. 

Eine stabile und druckfreie Lagerung des Kopfes ist von besonderer 

Bedeutung, da schon kleine Bewegungen (plötzliches Absacken des 

Kopfes) zu einer Störung der Tiefschlafphasen führen können. 

Versuche in der Schwerelosigkeit zeigen, daß die Probleme der Rükkenverspannung 

und des schlechten Flüssigkeitstransports durch das 

Rückenmark bedeutend sind. Die entspannte Zero-G Körperhaltung in 

Schwerelosigkeit hat eine für den Körper ungewohnte Biegung der Wirbelsäule 

zur Folge. Diese Krümmung erschwert den Flüssigkeitstransport 

im Rückenmark und vermindert dadurch die Leistungsfähigkeit der 

Crew Mitglieder. Daher ist zu fordern, daß sich der Benutzer auf seinem 

„Bett“ aufrecht und ausgestreckt (unter Erdgravitation aufrecht stehend) 

fixieren kann. 

Um auch in Schwerelosigkeit ein druckpunktfreies Schlafen zu 

garantieren, ist es wichtig, daß die Haltegurte ihre Kräfte flächig 

aufbringen und der Schlafende auf eine verformbare Unterlage 

gedrückt wird. Auch muß darauf geachtet werden, daß die Gurte an 

den anatomisch richtigen Stellen (mit Knochenunterbau) aufliegen. 

Andererseits ergibt sich die Forderung einer Minimierung der Gurtauflagefläche 

aus dem Problem des „Schwitzens“. Die durchschnittliche 

Temperatur auf der ISS beträgt ca. 30°C, Konvektion ist als Wärmetransportmechanismus 

nur im Bereich eines mechanischen erzeugten 

Luftstroms möglich. Der Anfall von Schweiß in der Privatkabine, besonders 

beim Schlafen, stellt ein wesentliches Thema dar.





2.3 Sleep Restraint Design Grundlagen 

Layout 

Das Schlafsystem „SpaceBed“ besteht aus folgenden Grundelementen: 

Kopfstütze (collar), Haltegurte (restraints), Rückenauflage (back 

rest), Fuß-/Beingurt (lower body restraint) und integrietem Schlafsack 

(sleepliner). 

Benutzung 

Der sleepliner ist fest, aber austauschbar, mit den Halteelementen des 

SpaceBed verbunden. Er bildet die innerste Schicht der Konstruktion 

und nimmt den Schlafenden auf. Es ist angedacht, daß der Schlafende, 

ähnlich wie auf der Erde, nur mit Unterwäsche bekleidet das Bett benutzt. 

Aus diesem Grund ist der komplette sleepliner alle 2 Monate auszutauschen 

und zu entsorgen. Die Haltekonstruktion wird von jedem 

Crewmitglied mitgebracht und modular in die Kabine eingepasst. 

Um in das Bett einzusteigen, schwebt der Nutzer in den bereitstehenden 

lower body restraint und fixiert seinen Unterkörper. Dann „zieht“ er 

die restraints wie eine Weste an und schließt sie auf seiner Brust. Die 

weichen restraints drücken ihn sanft auf die sich dem Körper anpassende 

back rest und lagern seine Wirbelsäule in der idealen S-Form. 

Mit dem Schließen der restraints wird auch der Kopf durch das collar 

gestützt. 

Materialien 

Sämtliche Halteelemente, das collar, die restraints, die back rest 

und der lower body restraint, sind aus leichtem, aufblasbaren und 

abwaschbarem Material. Sie sind mit einem weichen Stoff überzogen, 

der den Schweiß aufnimmt und abtransportiert. Sämtliche Materialien 

werden auf ihre Hautverträglichkeit hin getestet. 

Kejko und Sven 

Idealerweise soll ein Satz Halteelemente für jede Körpergrösse anpassbar 

sein. Die Anpassung soll rein über das Verschließen der Restraints 

erreicht werden. Die passend geschneiderten sleepliner können dann 

von jedem Crewmitglied selbst montiert werden. 

System 

Die Halteelemente stellen ein aufblasbares System gewählt. Die dazu 

erfoderliche Luft wird durch mechanisch Arbeit zugeführt. So wird Packvolumen 

und Masse eingespart. Das System wird nach Benutzung in 

der Kabinenwand verstaut.





2.4 Designentwicklung 

Die folgenden Grafiken zeigen die designerische Durcharbeitung des 

Sleep Restraint zum SpaceBed auf.





3.1 Versuchsbeschreibung 

Es wurden Versuche mit verschiedenen ergonomischen Modellen des 

Sleep Restraint durchgeführt. Diese befaßten sich ausschließlich mit 

dem Tragekomfort, der Benutzung und dem Stützverhalten des Kragens. 

Mit Hilfe des Crew Quarter Mockups 1 wurden auch Ein- und Ausstiegsprozeduren 

entwickelt. 

Die Versuche wurden mit einer grossen Zahl unterschiedlicher Testpersonen, 

Frauen und Männern, von 158 cm bis 190 cm Körpergröße 

durchgeführt um die Anpassbarkeit des Systems auf die Bandbreite der 

Nutzer zu testen.





3.2 Versuchsauswertung 

Die Versuche mit den verschiedenen ergonomischen Modellen des 

SpaceBed haben folgendes ergeben: 

- 

- 

- 

- 

- 

- 

Für Benutzer verschiedenster Körpergrössen (158-190 cm) reicht 

ein SpaceBed Modell aus. 

Die Anpassung an die jeweilige Körpergröße wird durch das 

Veschließen der Restraints auf verschiedenen Längen erreicht. 

Ein gewisses Problem stellt die Unterstützung in der Lendenwirbelbereich 

dar. Diese sollte individuell in der Lage angepasst 

werden können. 

Es zeigte sich, daß ein Schließen des Knierestraints ist nicht mehr 

möglich ist, sobald sich der Nutzer in den restraints festgemacht 

hat. Daher wurde auf eine Fixierung der Knie zu Gunsten eines 

fixierten Fußsacks verzichtet. 

Um Stabilität und Paßgenauigkeit zu erreichen und den Liegekomfort 

zu verbessern, muß der Luftdruck in den aufblasbaren Elementen 

des SpaceBeds individuell angepasst werden können. 

Obwohl im Prinzip eine einzige Größe SpaceBed für alle Nuter 

ausreicht, erscheint es vorteilhaft das Endprodukt in drei Größen 

(small, medium, large) zu produzieren. 

Dadurch kann erstens der individuelle Paßkomfort verbessert werden 

und zweitens kann von einer Maßanfertigung abgesehen werden. 

Dies hat dann wiederum eine Verbesserung der Redundanz und Austaschbarkeit 

der Crew Quarter Ausrüstung zur Folge. 

Für den Test auf dem Parabelflug wurde jedoch nur eine Größe SpaceBed 

verwendet. Dieser eine Prototyp um wesentliche Aspekte der 

Funktionalität des Systems untersuchen zu können.





4.1 Prototypen Herstellung und Materialien 

Die Weiterentwicklung des SpaceBed Konzepts wurde in enger Zusammenarbeit 

mit der Vontana Industrie, Oer-Erkenschwick, und dem Institut 

für Interdisziplinäre Schlafforschung (ISIS), Münster, durchgeführt. 

Der Hersteller 

Die Vontana Industrie ist größter heimischer Hersteller von Wassebetten. 

Ihr Produkt, das „Tassobett“, ist weltweiter Marktführer und wird auch 

wissenschaftlich in seiner Wirkungsweise anerkannt. Zusammen mit 

der Entwicklungsabteilung der Vontana Industrie wurde das SpaceBed 

Konzept zu einem Prototypen weiterentwickelt. 

Prototyp Materialien 

Als Material für die aufblasbaren Elemente des SpaceBed wurde ein 

Spezialvinyl gewählt, daß die Vontana für ihre Wassermatrazen verwendet. 

Es ist ungiftig, weich und anschmiegsam, sowie luftdicht und relativ 

leicht. In die Vinylelemente wurde noch ein sehr leichter, formfähiger 

Schaumstoff gegeben, der auch bei einem möglicherweise auftretenden 

Leck die Benutzbarkeit des Systems garantieren soll. 

Der Bezug der Vinylelemente war ein spezieller Stoff der Firma Odlo 

International, Schwiz. Dieses Material wird in der Herstellung von High- 

Tech Sportunterwäsche verwendet. Es nimmt Schweiß leicht auf und 

führt ihn zu den Nähten ab. Dadurch wird erreicht, daß der Benutzer 

nicht das Gefühl hat, „im eigenen Saft zu schmoren“. 

Um die Gesamtkosten möglichst gering zu halten wurden nur Standardmaterialien 

und -Produktionsverfahren verwendet. Sich daraus 

ergebende Einschränkung im Designbereich wurde für den Parabelflugprototypen 

in Kauf genommen.

29 

80 6 

5 

18 

9 

4 

8 

31 

3 

5 

9 

93 

5 4 1 

37 37 37 

50 8 

8 

50 

2 

56 

2 

56 

40 





4.2 Entwicklung des Prototypen 

Im Laufe der Herstellung verschiedener Prototypen des SpaceBed 

wurden folgende Veränderungen vorgenommen: 

- 

- 

- 

- 

Zur Verbesserung der Stützwirkung des Kragens wurden die 

Luftöffnungen reduziert und verlagert. 

Um die Dichtigkeit des Systems zu garantieren wurde von dreidimensionalen 

Schweißungen der restraints abgesehen und einfache 

zweidimensionale Schnittmuster mit Randverschweißung 

verwendet. 

Um die beim Parabelflug auftretenden Lasten aufnehmen zu 

können wurde, das weiche Vinylmaterial der aufblasbaren Elemente 

durch ein gewebeverstärktes Vinyl ersetzt. 

Aus Gründen der Wartung wurde das Back Piece modular 

als System aus aufblaseren Kissen und davon unabhängigen 

Schaumstoffmatten ausgeführt. 

Für den Test auf dem Parabelflugzeug der NASA wurde eine Experimentierplattform 

entwickelt, die das SpaceBed, sowie alle benötigte 

Technik und Lagerung aufnahm.





5.1 Parabelflug Grundlagen 

Die Tests im Rahmen sog. Parabelflug-Kampagnen sind eine der wichtigsten 

Hürden für Weltraumprodukte. 

Der Parabelflug 

Beim Parabelflug handelt es sich um ein spezielles Flugmanöver, bei 

dem Schwerelosigkeit simuliert wird. Das Flugzeug beschleunigt in 

einer Höhe von ca. 8000 m mit 1,8 g (Erdbeschleunigung 9,81 ms -2 ) 

solange bis der Richtungsvektor gegenüber dem Horizont einen Steigwinkel 

von 45° hat. Dann nimmt der Pilot die Triebwerksleistung fast 

komplett zurück, gleicht nur noch den Luftwiderstand aus. Ab diesem 

Zeitpunkt wird das Flugzeug nur durch die Erdanziehung beschleunigt 

(es fällt) und beschreibt dabei eine parabolische Flugbahn. Während 

dieser herrscht im Inneren Schwerelosigkeit, die ca. 20-25 s anhält. Bei 

einem Sinkwinkel von 45° nach unten gegen den Horizont schaltet der 

Pilot die Triebwerke wieder zu und fängt die Maschine ab, im Flugzeug 

herrscht in dieser Flugphase eine Beschleunigung von ca. 1,8-2,0 g. 

Das Flugzeug 

Der Parabelflieger der NASA, Weightless Wonder Number five, ist eine 

umgebaute KC-135 (ursprünglich Tankflugzeuge). Es ist Innen komplett 

ausgepolstert und mit einem System von Halterungen für Experimente 

versehen. 

Das Protokoll 

Bei der Bewerbung für die Parabelflug Kampagne bei der NASA muß 

ein sog. „Test Data Package“ zu jedem Experiment angefertigt werden. 

Es enthält sämtliche relevanten Informationen über den Versuchshergang 

die nötigen Randbedingungen und mögliche Gefährdungen. Die 

Vollständigkeit und Genauigkeit dieses Dokuments ist Voraussetzung 

für den Flug auf der KC-135.





5.2 Parabelflug Testablauf 

Die Liste der im Test Data Package vorgesehenen Versuche für den 

Parabelflug ist im Folgenden aufgeführt. Von größter Wichtigkeit waren 

die Versuche zur Benutzbarkeit und zum Komfort des Produkts. 

1. Ein-/Ausstieg 

Verschiedene Nutzer praktizieren hintereinander mehrere Ein- und Ausstiegsmanöver. 

Es wird dabei speziell auf die intuitive Benutzung des 

Prototypen geachtet., Dies gibt Aufschluß darüber, ob die Benutzung 

des Produkts selbsterklärend ist. 

2. Komfort 

Der Nutzer verweilt eine Parabel im SpaceBed und testet ausführlich 

die verschiedenen Komfortaspekte des Produkts: 

- Fixierung des Kopfes durch den collar (Kragen) 

- Anpaßbarkeit des back piece und der restraints 

- Tragekomfort des sleepliners 

- Erreichen und Einhalten der gewünschten Schlafposition 

3. One-fits-All 

Die Benutzung eines einheitlichen Prototypen für alle Benutzer verschiedenster 

Körpergrößen. Es werden keine Verstellungen am Prototypen 

vorgenommen. Die Anpassung erfolgt ausschließlich durch das engere 

Verschließen der Restraints. 

4. BIA-Datenerfassung 

Mit Hilfe des mitgeführten BIA-Gerätes wurden Bioimpedanzmessungen 

durchgeführt. Derartige Messungen werden zur Evaluation von Schlafsystem 

vom Institut ISIS standardmäßig durchgeführt. Diese Daten geben 

Auskunft über die Regenerationsfähigkeit der Testpersonen und damit 

über die Effektivität des Schlafsystems. 

Methoden der Datenerfassung 

- festinstallierte, digitale Videokamera, die während des gesamten 

Fluges den Versuchverlauf dokumentiert 

- handgehaltene digitale Videokamera für Detailaufnahmen 

- mehrere NASAkameraleute 

- Gerät zur Bio-Impedanz-Messung, um die Regenerationfähigkeit 

einer Testperson bestimmen. 

- Fragebogen zu den durchgeführten Versuchen






Zu dem Test auf dem Parabelflugzeug wurde ein Fragebogen entwickelt, 

der von den Testpersonen nach den praktischen Tests ausgeflüllt wurde. 

Der Fragebogen ist in sechs Hauptpositionen unterteilt: Haltesystem, 

Schlafposition, Anpassbarkeit, Handhabung, Benutzbarkeit und Komfort, 

Kommentare. Die mit * gekennzeichneten Fragen sind für die am 

Parabelflug durchgeführten Versuche ausschlaggebend. Die anderen 

Versuche sind nicht mit allen Testpersonen durchgeführt worden. 

13 Personen unterschiedler Körpergrössen (155 cm-190cm) haben an 

den Tests teilgenommen und den Prototypen wie folgt bewertet: 

Bewertung 1 bis 7: 

1: völlig unakzeptabel - 4: neutral - 7: völlig zufriedenstellend 

Restraint Mittel (n) 

* 1. Comfort level of restraint system 6,3 (13) 

* 2. Comfort of the collar‘s fixation mode 5,6 (11) 

3. Comfort of leg restraint 6,8 (11) 

* 4. Ability to breath freely when collar is inflated 5,5 (10) 

* 5. Effectiveness of the restraints in general terms 6,4 (13) 

Sleeping Position 

6. Comfort while assuming different sleeping positons 6,2 (09) 

* 7. What sleeping position did you prefer „on back“ (11) 

8. Should more positions be made possible, „no“ (09) 

which - 

Adjustability 

9. Adjustability of restraints 5,7 (09) 

10. Adjustability of back piece 5,8 (08) 

11. Adjustability of leg restraint 5,6 (08) 

Handling 

* 12. Ingressing the SpaceBed 6,0 (13) 

* 13. Egressing the SpaceBed 6,2 (13) 

14. Attaching/Detaching sleepliner 5,6 (07)






Usability and Overall Comfort 

* 15. Opening/closing SpaceBed 6,8 (11) 

* 16. Comfort of pressure distribution all over your body 6,2 (10) 

17. Sweat absorbtion 5,0 (03) 

* 18. Comfort of restraint fabrics 6,6 (11) 

* 19. Comfort of sleepliner fabrics 6,7 (07) 

20. Air circulation 5,8 (06) 

21. Distribution of warmth and humidity 5,8 (06) 

Comments 

Folgende positive und negative Kommentare wurden von den Testpersonen 

gegeben: 

- das System ist einfach und intuitiv zu bedienen (+) 

- sehr angenehmes Liegegefühl, erdähnlich (+) 

- kurrierende Wirkung bei der auf dem Parabelflug auftretenden 

Übelkeit (+) 

- zu starke Unterstützung des Kopfes, zu enger Kragen (-) 

- weniger Velcro (Klettverschlüsse) in der Halsgegend (-) 

Die auf dem Parabelflug anwesende Astronautin schlug nach dem Test 

des Systems fogende Veränderung vor: 

Um die in Schwerelosigkeit auftretenden starken Rückenschmerzen 

zu lindern, sollte eine Möglichkeit bestehen, sich in Embryohaltung, 

mit angezogenen Beinen, im Bett zu fixieren. Diese Schmerzen lassen 

jedoch nach wenigen Tagen nach und der Astronaut kann eine normale 

Schlafposition einnehmen.





5.4. Auswertung des Bildmaterials 

Bilder 1-6: Dr. Nigel Packam, NASA Engineer, demonstriert den 

Einstieg in das SpaceBed. 

Die einfache Benutzung des Systems geht klar aus 

den Bildern hervor. Die Testperson vollzieht intuitiv die 

richtigen Bewegungsabläufe. 

Dieser Versuch war besonders erfolgreich, da Dr. 

Packam als einziger angemessen für die Benutzung 

des Systems, d.h. nur in Unterwäsche, gekleidet war. 

Bilder 6+7: Der Übergang zwischen dem Oberteil des sleepliners, 

der Jacke und dem Fußsack schließt nicht. 

Bild 7: Die restraints sind zu klein für die Testperson, Noel 

Skinner, Head of Reduced Gravity Dept. Sie lassen 

sich nicht am Hals schließen.





5.4.2 Auswertung des Bildmaterials 

Bild 1: Julia Habel versucht ein alternatives Einstiegsverfah 

ren. Die restraints werden dabei stark strapaziert.und 

die Kontrolle der Beine ist kraftaufwendig. 

Bild 2: Hans Huber stellt fest, daß das SpaceBed gegen die 

beim Parabelflug auftretende Übelkeit hilft. 

Bild 3: Thomas Dirlich beim Durchführen einer BIA-Messung. 

Bilder 4-7: Thomas Schlieke beim Ausstieg aus dem System. 

Er hatte das Bett in Zero-G Haltungmit nicht fixierten 

Beinen getestet. 

Probleme durch die Adhäsion des sleepliner Stoffe am 

Overall der Testperson.





6. Zusammenfassung der Ergebnisse 

In der folgenden Übersicht sind die Ergebnisse nach fünf Gesichtspunkten 

zusammengefaßt. 

1. Ein-/Ausstieg 

Von den 13 Versuchspersonen, die das SpaceBed auf dem Parabelflug 

getestet haben, fanden sich 12 Personen intuitiv mit dem System 

zurecht. Eine Testperson fand es schwierig in das System einzusteigen. 

An diesem Versuchstag war keiner der beiden Experimentatoren, 

Thomas Schielke und Thomas Dirlich, auf dem Parabelflug anwesend. 

Es trat eine Fehlfunktion ein, aufgrund derer die restraints nicht aufgeblasen 

werden konnten. Der Fehler konnte während des Flugs nicht 

behoben werden. Die Einstiegsprobleme der Testperson sind warscheinlich 

dadurch verursacht worden. Im Gegensatz dazu hatten aber die 

anderen Testpersonen an diesem Tag keine Schwierigkeiten bei der 

Benutzung des Prototypen. Trotz des Fehlers war der Liegekomfort 

nach Meinung aller Testpersonen nicht eingeschränkt, was für eine hohe 

Zuverlässsigkeit des Systems spricht. 

2. Komfort 

In den auf dem Fragebogen mit * gekennzeichneten ausschlaggebenden 

Fragen erhielt das System eine durchschnittliche Wertung von 6,23. 

Damit wurde der Benutzungs- und Liegekomfort bei diesem Prototypen 

als sehr zufriedenstellend beurteilt. 

Bei der Bewertung wurde besonders der Komfort der verwendeten 

Materialien und die einfache Benutzung des Systems hervorgehoben. 

Bei der Bewertung des Stützkragen spielte es eine Rolle, daß einige 

Testpersonen es ungewohnt fanden, den Kopf beim Schlafen zu stabilisieren. 

So ergab sich die Bewertung von „nur“ 5,8. 

Probleme mit der Enge des Kragens und daraus resultierende Einschränkungen 

beim Atmen traten nur bei sehr großen (größer 185 

cm) korpulenten Testpersonen auf. Die selben Personen hatten auch 

Schwierigkeiten, die restraints geschlossen zu halten. Aus diesem 

Grund wurde eine zusätzliche Verschlußlasche angebracht. 

Als gewünschte Schlafposition wurde von fast allen Nutzern (11) die 

„Rückenlage“ genannt. Die Möglichkeit zu anderen Schlafpositonen 

wurden nicht gewünscht und sogar als „in Schwerelosigket doch unnötig“ 

bezeichnet. Der oben angesprochene Vorschlag der Astronautin für 

eine embryonale Schlafhaltung ist mit der Grundposition „Rückenlage“ 

vereinbar.





6. Zusammenfassung der Ergebnisse 

3. One-fits-All 

Die Versuche haben gezeigt, daß das System für Benutzer unterschiedlichster 

Körpergrößen funktioniert. Die oben beschriebenen Probleme 

mit großen Nutzern führten jedoch nicht zu einer merklichen Verschlechterung 

des Nutzungskomforts. 

Um jedoch einen maximalen Komfort auch für Benutzer mit extremen 

Körpermaßen, besonders klein oder groß, zu garantieren, sollte das 

Produkt in den vorgeschlagenen Größen small, medium und large 

ausgeführt werden. 

4. BIA-Datenerfassung 

Wegen eines technischen Defekts des Gerätes konnten die Daten nur 

teilweise ausgewertet werden. Der Umfang der gesammelten Daten 

waren jedoch zu gering um verwertbare Ergebnisse aus diesem Versuch 

herleiten zu können. 

5. Aktivitätsvolumen 

Das in der Arbeit vorgeschlagene Einstiegsverfahren hat sich auf dem 

Parabelflug als optimal bewehrt. Einige Testpersonen, die versucht 

hatten alternative Verfahren zu entwickeln, verbrauchen mehr Volumen, 

hatten größere Kraftanstrengungen aufzuwenden und verursachten verstärkte 

Belastungen für das Gesamtsystem. 

Zusammenfassend hat sich das SpaceBed in der Parabelflug Kampagne 

bewährt. Obwohl nicht alle geplanten Versuche durchgeführt werden 

konnten, wurde das Funktionsprinzip und die Grundfunktionen von den 

Nutzern gut angenommen.





7.1 Ausblick 

Die erfolgreich abgeschlossene Testphase eröffnet im Prinzip die 

Möglichkeit das SpaceBed zu einem Produkt weiter zu entwickeln. Die 

Entscheidung darüber liegt jedoch in erster Linie bei den Raumfahrtorganisationen. 

Ein Vordringliches Ziel sollte die Verbesserung des collars sein. 

Die grundlegenden Idee des SpaceBed lassen sich jedoch auch für 

Anwendungen auf der Erde umsetzen. Es ist geplant, zusammen mit der 

Vontana Industrie ein Schlafsystem für Reisen im Auto, Zug und im Flugzeug 

zu entwickeln, das sich am Konzept des SpaceBed orientiert. 

Das SpaceBed wurde auch als Schlafeinrichtung für den in der Entwicklung 

befindlichen Marsrover WOLF, Marssociety Österreich, vorgeschlagen 

und mit großem Interesse aufgenommen.





7.2 Danksagung 

Besonderer Dank an alle Projektbeteiligten und Unterstützer: 

An der TU München: 

Prof. Richard Horden - Prof. Eduard Igenbergs - Prof. Thomas Bock 

- Dipl. Ing. Claudia Pöppel - Dr. Peter Eckard - Dipl. Ing. Jürgen Hartung 

- Dipl. Ing. Armin Schulz - Dr. Rainold Ewald - den Angestellten 

des Lehrstuhls für Gebäudelehre und Prokutentwicklung, besonders 

Dipl. Ing. Andreas Vogler - den Mitarbeitern des Fachgebiets für 

Raumfahrttechnik - Julia Habel 

Externe Experten: 

Dipl. Ing. Hans Huber - Dr. Gerd Rosenberg - den Mitarbeitern des 

ISIS Schlafforschungsinstituts - Dipl. Ing. Jürgen Tomczak, BIA Com 

- Dr. Hanne Dirlich-Wilhelm - Dr. Gerhard Dirlich 

Aus der Industrie: 

Tasso Schielke - Thomas Schielke - Holger Bombosch - den Mitarbeitern 

der Vontana Wasserbetten GmbH - Viviane Stehrenberger 

- Odlo International, Switzerland - Julia Werner, JES Fashion - Dr. 

Martin Zell, DASA - Alumeier, München - allen Sponsoren und Unterstützern 

der Munich Space Design Group 

Bei der NASA: 

Dr. John Evanoff - Dipl. Ing. David Ray - Dipl. Ing. Constance Adams 

- Dr. Janis Conolly - Dr. Tommy Capps - Dr. Nathan Moore - Capt. 

Noel Skinner - Dr. Nigel Packham - den Mitarbeitern des JE Habitation 

Design Center - Grady und Tina und den anderen Mitarbeitern 

JE Sowing Lab - den Mitarbeitern des Reduced Gravity Office JSC 

- den Mitarbeitern der Mockup Facility Building 9 NW 

sowie: 

Tine Günther - Daniela Schröer - Daniela Hinz - Sascha Clement 

- Torsten Nyncke - und allen Testpersonen

Studienergebnisse SpaceBed

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