HOUSTON / LONDON (IT BOLTWISE) – Ein Nachwuchsforscher an der Texas A&M University verbindet Biologie und Engineering, um die Auswirkungen von Mikrogravitation auf die Raumfahrtleistung messbar zu machen. Sein Ansatz nutzt galvanische vestibuläre Stimulation (GVS), die Disorientierung auch im Erdumfeld simuliert. Mit einem VR-gestützten Andock-Setup untersucht er, wie gut Astronauten unter vestibulären Störungen Manövrieren steuern. Der NSTGRO-Preis finanziert diese Arbeit und eröffnet ihm parallel Einblicke in NASA-Projekte.
Wer aus der Human-Medizin in die Raumfahrt wechselt, landet oft in einer anderen Denkweise: nicht nur „Wie fühlt es sich an?“, sondern „Wie verändert es messbar die Leistung unter realen Randbedingungen?“ John Hayes wuchs nahe dem NASA Johnson Space Center auf und startete an der Texas A&M University zunächst auf einem Pre-Med-Track. Erst nach dem COVID-19-gedrückten Zeitplan und einem Gap Year kippte sein Interesse deutlich in Richtung Engineering. Damit wurde sein Weg auch methodisch klarer: Er suchte nach einem Forschungsproblem, das seine biologische Perspektive nicht ausbremst, sondern als Vorteil nutzbar macht. In seinem Fall mündete das in Bioastronautik – also der Frage, wie physiologische Effekte aus dem Weltraum in Ingenieur-Entscheidungen für Training, Safety und Operations übersetzt werden.
Der Kern seiner Arbeit basiert auf einem bekannten, aber im Training bislang schwer greifbaren Zusammenhang: Mikrogravitation verändert die Flüssigkeitsverteilung im Innenohr und stört damit Gleichgewicht und räumliche Orientierung. Diese Störungen können sich als Disorientierung bemerkbar machen, deren vollständige Auflösung nach Angaben aus der Raumfahrtpraxis Tage dauern kann. Hayes setzt an dieser Stelle nicht nur auf Beobachtung, sondern auf eine experimentelle Annäherung. Er verwendet galvanische vestibuläre Stimulation (GVS), die über Elektroden hinter den Ohren elektrische Signale einsetzt und so eine Disorientierung nachbilden soll. Für die Tests am Boden bedeutet das: Ein Proband erhält einen Kontakt mit einem kühlen Gel an der Anschlussstelle, danach sitzt er in einer Bewegungsplattform und bekommt eine VR-Brille. Das Zusammenspiel aus vestibulärer Stimulation und virtueller Umgebung ist dabei entscheidend, weil das Gehirn dadurch „Konflikte“ verarbeitet, die während realer Missionen entstehen.
Praktisch läuft das Experiment in zwei Schritten ab. Zuerst wird das Gleichgewicht gezielt gestört, bis das Subjekt eine unruhige, instabile Wahrnehmung erlebt. Hayes lässt die Teilnehmenden dabei wissen, dass die GVS aktiv ist – ähnlich wie Astronauten den Übergang in die Mikrogravitation nicht als abstraktes Konzept, sondern als Ereignis erfahren. Anschließend führt er die Probanden durch eine simulierte Docking-Situation. Die Idee dahinter ist nicht, Mikrogravitation 1:1 zu „ersetzen“, sondern die Leistungsfähigkeit unter vestibulären Störungen zu testen: Wie gut bleibt man in einem manuell kontrollierten Szenario, wenn die Orientierung nicht zuverlässig ist? Genau hier setzt die NSF-nahe Logik hinter Förderprogrammen wie dem NASA Space Technology Graduate Research Opportunities (NSTGRO) an: Fördermittel sollen Wissenslücken schließen, die sich später direkt in Training, Missionsplanung und Safety-Strategien übersetzen lassen.
Dass Hayes’ Weg dorthin nicht geradlinig war, zeigt auch die zweite Ebene der Geschichte: Forschung ist an Personal, Timing und Finanzierung gekoppelt. Nachdem er seine Promotion zunächst unter der Anleitung von Dr. Ranjana Mehta begonnen hatte, bekam er nach etwa zwei Jahren zwei harte Rückschläge: Seine erste Bewerbung für das NSTGRO-Stipendium wurde abgelehnt, und Mehta verließ die Universität für die University of Wisconsin–Madison. Hayes stand damit vor einer Entscheidung zwischen „weiterführen, aber am Ort des Projekts bleiben“ oder „neu starten, aber bei der Texas-A&M-Arbeitsumgebung bleiben“. Er entschied sich gegen die reine Reibungstour und suchte Gespräche mit potenziellen Betreuern. Unter anderem traf er dabei auf Dr. Nancy Currie-Gregg, die laut Hayes die Nähe von Texas A&M zum NASA-Umfeld als Hebel für Kooperationen betonte – ein Faktor, der für die Entscheidung in Richtung Raumfahrt entscheidend gewesen sein soll.
Mit Currie-Gregg als neuer Fakultätsbetreuerin wechselte Hayes in das Safety in Aerospace and Flight Environments (SAFE) Lab. Das Laborziel passt strategisch zu seiner Aufgabe: Gesundheit, Performance, Sicherheit und Effizienz in riskanten Umgebungen – in der Luftfahrt ebenso wie im Weltraum. Der Wechsel hatte auch eine inhaltliche Konsequenz, denn Hayes reichte mit einem veränderten Ansatz erneut beim NSTGRO-Stipendium ein. In der 2024er Kohorte wurde sein Projekt aufgenommen: „Development and validation of a ground-based spacecraft docking simulator with vestibular perturbations“. Der Förderrahmen finanziert seine Arbeit mit GVS und VR-Systemen, um die Fähigkeit zum Piloten und Andocken unter Bedingungen zu prüfen, die mikrogravitationstypische Desorientierung widerspiegeln. Für Hayes war der Effekt spürbar: Er konnte laut eigener Aussage weniger Zeit in Assistenztätigkeiten investieren und mehr an seiner Promotion selbst arbeiten – ein klassischer Engpass bei Promovierenden, wenn die Forschungszeit ohnehin durch Labor- und Koordinationsaufgaben begrenzt ist.
Parallel zum Laboraufbau spielt auch der Zugang zur Praxis eine Rolle. NSTGRO-Stipendiaten erhalten die Möglichkeit, für zehn Wochen pro Jahr an einer NASA-Einrichtung an aktiven Projekten mitzuwirken. Hayes nutzte diese Gelegenheit in diesem Sommer am NASA Johnson Space Center in Houston. Dort arbeitete er an einem Lunar-Lander-Simulator, der Astronautinnen und Astronauten laut Projektkontext für Trainingseinheiten im Rahmen Artemis IV dienen soll. Zusätzlich unterstützte er Arbeiten am Johnson Space Center Engineering Orbital Dynamics (JEOD)-Softwarestack. Dass er neben dem Simulator auch am orbitaldynamischen Tooling beteiligt war, ist für die Qualität seiner Dissertation relevant: Docking ist nicht nur „Bewegung im Bild“, sondern eine Kette aus Sensorik, Steuerung, Modellannahmen und Trainingsfeedback. Außerdem erhielt er Einblicke in industriell geprägte Entwicklungsabläufe, inklusive der Perspektive, wie Code und Simulationen später öffentlich zugänglich und reproduzierbar gehalten werden sollen.
Am Ende steht damit weniger eine einzelne „Technik-Trickkiste“, sondern ein belastbarer Testpfad von Physiologie zu Nutzerleistung. GVS als kontrollierbare Störung erlaubt es, Variablen systematisch zu untersuchen, statt sie im Weltraum nur unter Missionstress zu beobachten. VR und ein Docking-Szenario wiederum liefern reproduzierbare Aufgaben, in denen sich die Wirkung der vestibulären Störung auf Präzision und Timing sichtbar machen lässt. Für die Raumfahrtindustrie ist das Potenzial vor allem im Training und in der Safety-Planung relevant: Wenn sich Disorientierung gezielt nachstellen und in Leistungsmetriken übersetzen lässt, können Programme zur Akklimatisierung strukturierter werden. Hayes selbst plant laut seinen Aussagen eine Karriere bei NASA und will ähnliche Probleme weiter adressieren. In seinem Rückblick betont er außerdem die „Netzwerk“-Seite solcher Umwege: Mentoren, Mentees und Kolleginnen können Türen öffnen, vor allem dann, wenn ein Projekt wie bei ihm in kurzer Zeit Betreuung und Finanzierung neu organisieren muss.
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