ISS: Expedition 4

STS-108 brachte die Expedition 4 von Cape Canaveral (KSC) aus zur Internationalen Raumstation. Die Landung erfolgte an Bord von STS-111 auf der Edwards AFB.

Offiziell begann die Expedition 4 mit der Abkopplung von Space Shuttle STS-108 am 15. Dezember 2001 um 17:28:00 UTC. Gleichzeitig war damit die Expedition 3 beendet.

Höchste Priorität beim Flug von STS-108 (ISS-12-UF1) besaß der Austausch der ISS-Stammbesatzung. Zudem wurde eine große Anzahl verschiedener wissenschaftlicher Experimente wurde bei diesem Flug mit dem italienischen Mehrzweckmodul Raffaello angeliefert.

Das Multi-Purpose Logistics Module (MPLM) Raffaello, (Deutsch Mehrzwecklogistikmodul), wurde verwendet, um bei Space-Shuttle-Missionen Frachten zu und von der Internationalen Raumstation (ISS) in einem unter Luftdruck stehenden Raum zu transportieren.
Das Modul wurde während des Transportes mit dem Shuttle in dessen Ladebucht befestigt. Nach dem Andocken an die ISS wurde das MPLM mit Hilfe des Roboterarmes Canadarm2 aus der Ladebucht gehoben und am Unity-Modul angekoppelt. Anschließend wurde die Luke des Moduls geöffnet und die Astronauten erhielten Zugang zum MPLM, um es zu entladen sowie mit den zur Erde zu bringenden Frachten zu beladen. Bevor das Shuttle von der Station ablegte, wurde das Modul wieder in der Ladebucht befestigt und kehrte anschließend zusammen mit der Raumfähre zur Erde zurück.
Der wesentliche Vorteil dieses Verfahrens lag darin, dass Transportgüter, insbesondere die sogenannten International Standard Payload Racks, direkt vom MPLM in den amerikanischen Teil der Station verladen werden konnten. Kopplungsadapter vom APAS-Typ russischer Bauart, die auch zum Andocken des Space Shuttles benutzt werden, haben einen wesentlich geringeren Durchmesser und lassen kein Verladen sperriger Gegenstände zu. Weiterhin ermöglichte der Einsatz des MPLM, nicht mehr benötigte Ausrüstung und beendete Experimente zurück zur Erde zu transportieren. Andere Transportschiffe wie die unbemannten Progress- und ATV-Frachter verglühen beim Wiedereintritt und transportieren daher ausschließlich Müll von der Station ab.

Knapp eine Stunde nach der Kopplung öffneten Shuttle-Kommandant Dominic Gorie und ISS-Kommandant Frank Culbertson die Luken. Dem schloss sich eine kurze Begrüßungszeremonie an.
Juri Onufrijenko, Carl Walz und Daniel Bursch wurden als vierte Expedition die neue Besatzung der ISS. Sie bauten die mitgebrachten Schalensitze in das angekoppelte Raumschiff Sojus TM-33 ein. Dies geschah als Vorsichtsmaßnahme für den Fall einer überhasteten Rückkehr vor Abholung durch das nächste Space Shuttle. Die Mannschaft der dritten Expedition (Frank Culbertson, Michail Tjurin und Wladimir Deshurow) kehrte mit STS-108 zur Erde zurück. Für ihren Rückflug waren im Mitteldeck des Orbiters Liegesitze eingebaut worden.

Am vierten Flugtag hoben die Astronauten mit dem Greifarm des Space Shuttle das Mehrzwecklogistik-Modul Raffaello aus der Nutzlastbucht der Endeavour und befestigten es am Modul Unity. Nach den üblichen Dichtigkeitsprüfungen konnten sie die Luke öffnen und mit dem Entladen der Ausrüstungsgegenstände, Verbrauchsgüter und Experimente beginnen.

Ein Weltraumspaziergang durch Linda Godwin und Daniel Tani wurde am 10. Dezember 2001 (4h 12m) zur Befestigung von Isolierungen von zwei Motoren für Sonnensegel unternommen. Die Astronauten waren aber nicht in der Lage einen Träger für ein Sonnensegel zu straffen. Unterstützt wurden sie von Mark Kelly, der vom Orbiter aus den Greifarm steuerte und Gerät und Astronauten beförderte.

Zwischenzeitlich hatte die Flugkontrolle entschieden, die Mission auf 12 Tage zu verlängern. Den beiden Besatzungen sollte dadurch mehr Zeit für die Transportarbeiten, aber auch Reparaturarbeiten gegeben werden. So musste ein ausgefallener Kompressor in der Luftversorgungsanlage im russischen Modul Swesda ausgetauscht werden.

Die Crew lud drei Tonnen Versorgungsgüter um, die von der Erde in dem Transportmodul Raffaello mitgebracht wurden. Auf dem Rückflug enthielt das Modul zwei Tonnen überflüssige Ausstattungsgüter wie z.B. Essensbehälter und Kleidung. Vor Verlassen der ISS wurde die Umlaufbahn der Station angehoben, um einem alten russischen Raketenkörper auszuweichen.

Am 15. Dezember 2001 koppelte die STS-108-Besatzung mittels Federkraft wieder von der ISS ab. Dadurch wurden Beschädigungen oder Verunreinigungen der Station vermieden. Erst danach wurden die Steuerungstriebwerke aktiviert und die Raumfähre entfernte sich von ihr bis zu einer Distanz von etwa 150 Meter. Von dort aus umflog Mark Kelly die Orbitalstation eineinhalb Mal, ehe die Triebwerke der Endeavour erneut gezündet wurden und der Raumgleiter seine Distanz vergrößerte.


Der erste Weltraumspaziergang wurde durch Juri Onufrijenko und Carl Walz am 14. Januar 2002 (6h 03m) unternommen. Dabei wurde der Lastenkran Strela 2 aus dem Innenraum von Pirs in den Weltraum verbracht und an der Außenhaut des Moduls montiert. Dazu wurde der bereits vorhandene Strela-1 benutzt, der sich gegenüberliegend auf dem Ausstiegsmodul Pirs befindet. Strela (zu Deutsch: Pfeil) sind von Hand bedienbare Kräne mit einem ausfahrbaren Kranarm, der drehbar auf einem fest installierten Mast gelagert ist. Derartige Kräne wurden bereits auf der russischen Raumstation Mir verwendet. Weiterhin montierten die beiden Raumfahrer eine Amateurfunkantenne an der Außenseite des Moduls Swesda (ARISS-Projekt). Vier derartige Antennen sollen es ermöglichen, Kontakte zu Funkamateuren weltweit vom Wohnmodul aus aufnehmen zu können.

Ein zweiter Weltraumspaziergang durch Juri Onufrijenko und Daniel Bursch folgte am 25. Januar 2002 (5h 59m). Dabei wurde eine zweite Antenne montiert. Zuvor installierten die beiden Raumfahrer sechs Ablenkschilde, die Triebwerksabgase von den außen an der Station angebrachten Experimenten fernhalten sollen. Gleichzeitig wechselten sie einen Detektor (KROMKA), mit dem bisherige Schäden durch Triebwerksabgase und Partikel dokumentiert wurden. Danach wurde ein physikalisches Experiment (PLATAN-M) ausgetauscht, mit dem schwere Kerne von der Sonne oder von interstellaren Quellen aufgefangen werden. Beide Apparaturen wurden später zur Erde transportiert. Zusätzlich wurden drei Materialexperimente (SKK) am Modul Swesda installiert. Danach wurden halboffene Kabelhalterungen montiert, durch die die Halteseile der Raumfahrer bei Ausstiegen von den Experimenten ferngehalten werden sollen. Abschließend wurde die gesamte Arbeit durch Fotos dokumentiert.

Der Februar 2002 begann mit kleineren Problemen. So fiel ohne erkennbaren Grund ein Computer aus, der für die Lageregelung der gesamten Station zuständig ist. Dadurch konnten die Solarzellen nicht mehr optimal auf die Sonne ausgerichtet werden, die Energieversorgung war nicht mehr sichergestellt. In einem solchen Falle schalten sich automatisch verschiedene Systeme ab. Andere wurden von der Besatzung deaktiviert. Nach reichlich vier Stunden funktionierte die Steuerung wieder einwandfrei. Die Klimasysteme verschiedener Experimente wurden zuerst reaktiviert. Offenbar war die Temperatur in einem Kühlschrank (Biotechnologie Refrigerator), der die Resultate bereits durchgeführter Experimente enthält, noch nicht so weit angestiegen, dass deren Zerstörung zu befürchten war. Außerplanmäßige Reparaturen fielen auch beim Vibrationsdämpfungsexperiment ARIS und in einem Energiekonverter an.

Der dritte und letzte Weltraumspaziergang erfolgte durch Carl Walz und Daniel Bursch am 20. Februar 2002 (5h 47m). Dabei testeten sie ein neues Verfahren zur schnellen Verringerung des im Blut gelösten Stickstoffs. In US-Raumanzügen wird reiner Sauerstoff unter vermindertem Druck geatmet. Dabei kann es aber zur Bildung von Stickstoffbläschen im Blut kommen, was lebensgefährlich ist. Um dieser Gefahr vorzubeugen, wird der Körper langsam an die veränderte Atemluft gewöhnt. Während ihres Außenbordeinsatzes führten die Astronauten verschiedene Arbeiten durch. So überprüften sie die korrekte Funktion aller Systeme von Quest, verlegten probeweise ein Stromkabel, das später an die zentrale Gitterstruktur angeschlossen werden soll, demontierten überflüssig gewordene Halterungen, sicherten lockere Verriegelungen an Sauerstoff- und Stickstofftanks und legten Werkzeuge bereit, die bei der Montage des ersten Gitterstrukturelements S0 benötigt werden. Zusätzlich fotografierten sie MISSE (Materials International Space Station Experiment), ein Experiment, mit dem verschiedene Werkstoffe auf ihre Verwendbarkeit unter den harten Bedingungen des Weltraums getestet werden. Offenbar befürchtet man, dass sich ein Teil der Materialien von der Struktur lösen könnte. Vor und nach dem Ausstieg führten Carl Walz und Daniel Bursch Lungenfunktionstests durch (Experiment PuFF). Während ihres Aufenthalts außerhalb der Station wurde mit speziellen Detektoren die Strahlenbelastung verschiedener Körperteile präzise gemessen (MOSFET-Detektoren im Rahmen des Experiments EVA-Radiation Monitoring). Die Beschleunigungsmessapparaturen MAMS und SAMS waren währenddessen ebenfalls in Betrieb.

Noch einmal erneuert wurden Teile der Software mehrerer Computer an Bord der Station. Außerdem wurde mit den Triebwerken des angedockten Progress-Transporters die Bahn um ca. 5 Kilometer angehoben. Schließlich wurde für Bildungszwecke ein Video gedreht, in dem die Raumfahrer durch geeignete Experimente den Unterschied zwischen Masse und Gewicht sowie das Verhalten von Flüssigkeiten in der Schwerelosigkeit verdeutlichten. Diese Aktivitäten wurden auch im März fortgesetzt. Im Rahmen des Bildungsprogramms wurden insgesamt 1269 Bilder interessanter Gebiete der Erdoberfläche mit dem EarthKAM-System angefertigt. Dabei steuern Schüler auf der Erde die in einem Fenster der Station befestigte Digitalkamera und arbeiten an der Auswertung der Bilder.

Der unbemannte russische Frachter Progress M1-8 legte am 24. März 2002 um 20:57:56 UTC an der Internationalen Raumstation an. Er war am 21. März 2002 um 20:13:39 UTC vom Kosmodrom Baikonur gestartet. Das Transport-Raumschiff brachte 2,4 Tonnen Treibstoff, Experimente, Ersatzteile, Nahrung, Kleidung und Dokumente zur Stammbesatzung. Am 25. Juni 2002 um 08:26:30 UTC koppelte Progress M1-8 wieder ab. Der Frachter wurde kontrolliert zum Absturz gebracht und verglühte am gleichen Tag über dem Pazifischen Ozean.


Am 10. April 2002 erreichte das Space Shuttle STS-110 die Internationale Raumstation.
Hauptaufgabe von STS-110 (ISS-13-8A Integrated Truss Structure S0, Mobile Transporter) war die Lieferung und Installation der Integrated Truss Structure (ITS) S0 sowie des Mobile Transporter.

Die Integrated Truss Structure (ITS; dt.: Integrierte Gitterstruktur) ist die tragende Gitterstruktur der Internationalen Raumstation (ISS). Sie bildet deren Rückgrat und ist senkrecht zur Flugrichtung ausgerichtet.
Die ITS ist wie die gesamte Raumstation modular aufgebaut. Die einzelnen Elemente tragen Bezeichnungen aus einer Buchstaben-/Zahlenkombination ("P" steht für Port, von engl. Backbord; "S" steht für Starboard, von engl. Steuerbord): P1, P3/P4, P5 und P6 sind in Flugrichtung links angeordnet, während auf der rechten Seite die Elemente S1, S3/S4, S5 und S6 montiert sind. Das Element S0 liegt in der Mitte und ist über das Destiny Labor mit dem bewohnten Teil der Station verbunden.
Die Integrated Truss Structure ist eine im Querschnitt trapezförmige, starre Leichtmetallstruktur mit zusätzlichen Querstreben. Für die Verbindung der einzelnen Segmente der Gitterstruktur existiert ein spezielles "Module-to-Truss Segment Attachment System". Für jede Verbindung gibt es einen fernbedienbaren Fangriegel, der beide Elemente zunächst locker verbindet und danach festgezogen wird. Außerdem greifen dann vier motorgetriebene Bolzen, die zusätzlich gesichert werden.

Starboard Zero S0 (englisch für Steuerbord Null) ist das zentrale Segment der über 100 m langen Gitterstruktur der Internationalen Raumstation. S0 ist über ausfahrbare Teleskopstützen mit dem Labormodul Destiny verbunden.
Das S0-Gitterelement ist 13,47 m lang, 4,57 m breit, hat eine Masse von 12.118 kg und besteht aus fünf einzelnen Buchten. Es verfügt außerdem über ein System zum automatischen Anschluss an Versorgungsleitungen (Energie, Daten, Kühlmittel), einen 6,40 m langen Radiator zur Abstrahlung überschüssiger Wärme (vor allem aus den Energiesystemen), eine transportable Arbeitsplattform, vier GPS-Antennen zur Positionsbestimmung der Station, ein davon unabhängiges System aus zwei Messkomplexen mit je drei Ringlaserkreiseln, die Beschleunigungen in allen drei Achsen bestimmen und über Computer die Position der Station berechnen, einen Detektor für geladene Partikel, vier Energie-Umschalteinheiten, zwei Stromkreisunterbrecher, drei Halogenscheinwerfer, zwei unabhängige Steuersysteme zur Fernbedienung der wichtigsten Funktionen, eine Vielzahl von Versorgungskabeln mit automatischen Anschlussvorrichtungen sowie den Mobile Transporter (MT).
Der MT ist eine Aluminiumkonstruktion, 2,74 m lang, 2,62 m breit und 97 cm hoch. Er hat eine Masse von 885 kg und läuft auf Schienen entlang der Gitterstruktur. Eine komplexe Software übernimmt die Steuerung der 20 Motoren zum Fahren, Feststellen und Anschließen der Energiekupplungen. In Zukunft stehen dem mobilen Transporter zehn Andockstellen auf den einzelnen Gittersegmenten zur Verfügung. Zwischen Schiene und Transporter herrscht im festgestellten Zustand eine Anpresskraft von etwa 30 kN. Die maximale Nutzlast liegt bei 20,9 t.

Weniger als zwei Stunden nach der Ankopplung an die ISS wurden die Luken geöffnet und die Besatzung der Atlantis wurde von der vierten Stammbesatzung der Internationalen Raumstation begrüßt. Sofort begannen beide Mannschaften mit dem Transport der von Space Shuttle mitgebrachten Ausrüstungsgüter, Verbrauchsmaterialien und wissenschaftlichen Experimenten. Ellen Ochoa und Daniel Bursch testeten den Greifarm der Raumstation Canadarm2 für den Transport des S0-Gitterelementes.

Am folgenden Tag hoben Ellen Ochoa und Daniel Bursch mit dem Canadarm2 das S0-Element, das erste Segment der zentralen Gitterstruktur der Internationalen Raumstation (ISS), mit einer Masse von zwölf Tonnen und Ausmaßen von 13,4 Meter Länge und 4,6 Meter Breite aus der Nutzlastbucht der Atlantis heraus und befestigten es am Destiny-Labor.

Außerdem wurde der Schienenwagen zur ISS gebracht. Der als Mobile Transporter bezeichnete Schlitten nutzt das auf den Gitterelementen verlegte Schienensystem.

Die erste EVA unternahmen Steven Smith und Rex Walheim am 11. April 2002 (7h 48m) bei der das (S-Zero) Truss Segment installiert wurde. Die Astronauten befestigten das Element mit zahlreichen Schrauben. Angebracht wurden auch erste Strom- und Datenkabel.

Die zweite EVA wurde durch Jerry Ross und Lee Morin am 13. April 2002 (7h 30m) ausgeführt, bei der zwei lange Streben vom S-Zero Truss zum Destiny Laboratorium gezogen wurden.

Bei der dritten EVA waren erneut Steven Smith und Rex Walheim am 14. April 2002 (6h 27m) im Einsatz. Dabei setzten sie unterbrochene Kabelverbindungen zum Canadarm2 wieder ein und begannen mit den Vorbereitungsarbeiten, um das kürzlich angelieferte Schienenfahrzeug der ISS, den Mobile Transporter, zu aktivieren.

Die vierte und letzte EVA wurde durch Jerry Ross und Lee Morin am 16. April 2002 (6h 37m) unternommen, bei der eine Art Leiter installiert, elektrische Schalter getestet und Lampen außerhalb der ISS für zukünftige Erweiterungsarbeiten angebracht wurden. Daneben befestigten die beiden Astronauten den Extravehicular Charged Particle Directional Spectrometer, der die Strahlenbelastung außerhalb der Raumstation messen und aufzeichnen soll.

Am 17. April 2002 koppelte die Atlantis-Besatzung mittels Federkraft wieder von der ISS ab. Dadurch wurden Beschädigungen oder Verunreinigungen der Station vermieden. Erst danach wurden die Steuerungstriebwerke aktiviert und die Raumfähre entfernte sich von ihr bis zu einer Distanz von etwa 150 Meter. Von dort aus umflog Stephen Frick die Orbitalstation eineinviertel Mal, ehe die Triebwerke der Atlantis erneut gezündet wurden und der Raumgleiter seine Distanz vergrößerte.


Am 20. April 2002 verlegte Juri Onufrijenko die "Rettungskapsel" Sojus TM-33 vom Modul Sarja zum Pirs Docking Modul (21m). Damit wurde der Andockpunkt für ein neues Sojus-Raumschiff frei.

Sojus TM-34 koppelte am 25. April 2002 an die Internationale Raumstation an. Es beförderte die dritte Taxi-Crew zur ISS.
Die Mission diente dem planmäßigen Austausch des bisherigen "Rettungsbootes" der ISS (Sojus TM-33). Sojus TM-34 wurde somit zum neuen Rettungsboot für den Notfall. Wegen der begrenzten Betriebsdauer der Sojus-Raumschiffe von etwa einem halben Jahr ist der regelmäßige Austausch nötig.
Der Südafrikaner Mark Shuttleworth wurde zweiter Weltraumtourist und zeigte sich in bedeutend besserer Verfassung als zuvor Dennis Tito. So unternahm er auch kleinere Forschungsaufträge wie Studieren von Leben im Ozean (Planktonforschung) und biologische Experimente auf dem Gebiet der AIDS-Forschung. Dazu gehörten auch Forschungen zur Arbeitsfähigkeit von Raumfahrern, die Erprobung einer neuen, zweckmäßigeren Arbeitskleidung, die Erforschung des Einflusses kosmischer Strahlung auf das zentrale Nervensystem, die Erprobung eines verbesserten Blutdruckmessgerätes in der Schwerelosigkeit, die Durchführung einer weiteren Versuchsserie des Plasmakristall-Experiments, die Ermittlung der Konzentration von Hormonen und anderer biochemischer Indikatoren im Blut der Raumfahrer während der Anpassung an die Schwerelosigkeit, die Messung der Effekte der Schwerelosigkeit auf das kardiovaskuläre System insbesondere den Wasserhaushalt des Körpers, die Züchtung besonders reiner Proteinkristalle, die Vermehrung von Kulturen embryonaler und adulter Zellen (darunter Stammzellen) von Mäusen und Schafen in einem Inkubator sowie die Erforschung der Auswirkungen verschiedener atmosphärischer, hydrophysikalischer und geologischer Faktoren auf die biologische Produktivität des Ozeans in der Region Südafrika.

Mit dem Cellular Biotechnology Operations Support System (CBOSS) wurde das Wachstum von Blut-, Nieren- und Mandelzellen über 12 Tage untersucht. Dazu hatten die Astronauten zunächst vorbereitete Zellen in 32 Probenbehälter mit Nährlösung zu injizieren. Anschließend wurden diese in einem Inkubator verstaut. An den folgenden Tagen wurden einige Proben in verschiedenen Stadien ihres Wachstums eingefroren. In der Schwerelosigkeit wächst Zellgewebe dreidimensional. Dadurch kann man es zu funktionierenden Organteilen heranziehen. Auf der Erde hingegen ist ein dreidimensionales Wachstum bisher nur mit Stützstrukturen aus Fremdgewebe zu erreichen. Mit CBOSS wurden im weiteren Verlauf verschiedene, vor allem Krebs-Gewebe gezüchtet (u. a. Nieren-, Dickdarm- und Eierstockgewebe). Nach der Rückkehr auf die Erde wurden diese Gewebeteile dann genau untersucht. Ende Dezember wurden auch erste Messungen der kosmischen Hintergrundstrahlung vorgenommen. Im Rahmen des Experiments Extra Vehicular Activity Radiation Monitoring (EVARM) wurde erstmals eine genaue Bestimmung der Strahlendosis verschiedener Organe (Augen, innere Organe, Haut), die während eines Ausstiegs auf einen Raumfahrer wirkt, vorgenommen. Ein weiteres medizinisches Experiment war die Untersuchung des Risikos zur Bildung von Nierensteinen während längerer Raumflüge (Renal Stone Risk). Dazu wurden von einem Raumfahrer Urinproben gesammelt, während er sich an eine spezielle Diät hält. Dadurch lassen sich Auswirkungen bestimmter Nahrungsinhaltsstoffe auf den Stoffwechsel analysieren.

Fortgesetzt wurden physikalische Experimente zur Schwingungsdämpfung (ARIS-ICE) und zum Verhalten von Partikel-Flüssigkeitsgemischen (Experiment on Physics of Colloids in Space) in der Schwerelosigkeit. ARIS ist eine kleine Plattform innerhalb eines Racks. Auf der Plattform befinden sich Systeme, mit denen Schwingungen gedämpft werden, die durch die Bewegung der Raumfahrer in der Station sowie durch Steuer- oder Andockmanöver verursacht werden. Mit einer neuen Software wurde der operationelle Einsatz des Systems vorbereitet. Bei den Colloiden ging man vom Partikelgemisch AB-6 zu einem Gel über, das zu 99,992% aus Wasser und nur zu 0,008% aus Partikeln besteht. Damit wurde die Bildung selbstähnlicher Strukturen (Fraktale) untersucht. Dazu wurde das Gemisch zunächst verflüssigt. Beim Erstarren bildeten die Partikel Strukturen, die dann in stroboskopischem Laserlicht erkennbar wurden. Die Experimente liefen selbständig ab, wurden von einer Bodenstation aus überwacht und dauerten mehrere Wochen an. Von Interesse war dabei auch, wie sich das Verhalten der Kolloide innerhalb dieser Zeit veränderte (Alterung des Gels).

Im Mittelpunkt der experimentellen Arbeit standen Erderkundung, medizinisch-biologische und physikalische Experimente. Beobachtungsobjekte im Rahmen der Crew Earth Observation waren u.a. Trockengebiete in der Kongo-Simbabwe-Region, Korallenriffe und Atolle des Tuamotu-Archipels (Südpazifik) und in Malaysia, der tropische Zyklon "Francesca", Gletscher in Patagonien, die Großstadt Mumbay, das Mekongdelta, Feuergebiete und Staubstürme in der Sahel-Zone, Smog über dem Mittelmeer, der Fuego-Vulkan in Guatemala und Packeis im St.-Lawrence-Strom. Im Servicemodul Swesda war für mehrere Tage das System EarthKAM montiert. Mit diesem können Schüler weltweit Aufnahmen ausgewählter Gebiete der Erdoberfläche anfertigen. Bei der Aufnahmeserie im Februar, an der auch eine deutsche Schule beteiligt war, kam erstmals ein 180-mm-Objektiv zum Einsatz, wodurch detailliertere Aufnahmen möglich wurden. Mit Hilfe medizinischer Instrumente in der Human Research Facility (HRF) und spezieller Trainingsgeräte wurden Lungenfunktions- und Fitnesstests vorgenommen. Außerdem wurde das abbildende Ultraschallgerät getestet. Im Mini-Gewächshaus Advanced Astroculture (ADVASC) wurde zum zweiten Mal Arabidopsis thaliana ausgesät. Der Samen wurde bereits im Weltraum gewonnen. Somit gediehen die Pflanzen, die zur gleichen Familie wie Kohl und Rettich gehören, bereits in zweiter Generation in der Schwerelosigkeit. Fortgeführt wurden das Experiment zur Physik von Colloiden im Weltraum zur Untersuchung fraktaler Strukturen und das Züchten von Proteinkristallen für kommerzielle Auftraggeber (Protein Crystal Growth - Single Thermal Enclosure System, PCG-STES). Außerdem wurde ein Schmelzofen zur Bildung reiner, großer und stabiler Zeolitkristalle getestet. Zeolite sind wabenartige Kristalle, die Flüssigkeiten und Gase über längere Zeit speichern können. Sie kommen bisher vor allem in der Petrolchemie und in der Elektronik zum Einsatz.

In den folgenden Wochen standen weitere wissenschaftliche Experimente und turnusmäßige Wartungsarbeiten auf dem Programm. Neue Experimente behandelten u. a. die Aufzucht von Weizen und Rübsen (Brassica rapa) unter definierten Bedingungen, wobei der Ablauf der Photosynthese bzw. des gesamten Pflanzenstoffwechsels untersucht wurde (Photosynthesis Experiment and System Testing Operation im Biomass Production System), die Messung der Strahlenbelastung innerhalb der Station (BraDoz), die Erstellung eines biochemischen Profils eines Besatzungsmitgliedes (BioTest), die Erprobung von Medikamenten gegen die Degeneration der Skelettmuskulatur (Profilaktika), die Herstellung verschiedener Proteinkristalle (Commercial Protein Crystal Growth, KAF, Vakzina K), die Isolation von Glykoproteiden (Glikoproteid) und Antikörpern (Mimetik K), Untersuchungen an wabenförmigen Zeolitkristallen (Zeolite Crystal Growth Furnace - ZCG) und die Herstellung von Antibiotika (Commercial Generic Bioprocessing Apparatus - CGBA). Fortgeführt wurden u. a. Experimente zur Messung der Mikrogravitation an Bord der Station (MAMS und SAMS), zur Beständigkeit von Materialien im freien Weltraum (MISSE), zur Produktion von Proteinkristallen (DCPCG), zur Erdbeobachtung (CEO, Uragan und EarthKAM), zur Interaktion mit der Bodenstation (Crew Interactions), zum Knochenverlust (Bone Loss), zur Langzeitwirkung von Pharmaka in der Schwerelosigkeit (Farma), zum Blutfluss im Körper insbesondere bei der Rückanpassung an die Schwerkraft (Xenon 1), zu Herzaktivität und Blutzirkulation (Kardio-ODNT) sowie zum erhöhten Nierensteinrisiko (Renal Stone Experiment).

Im Rahmen des Photosynthese-Experiments PESTO wurden in insgesamt 4 Kammern ein schnell wachsender Weizen sowie die rapsähnliche Pflanze Brassica rapa angebaut. Beim Weizen ging es vor allem um die Untersuchung des Stoffwechsels und Veränderungen im Wachstum bei Pflanzen, deren Samen bereits in der Schwerelosigkeit entstanden war. Es wurden also mehrere aufeinander folgende Wachstumszyklen durchlaufen. Mit dem Anbau der relativ unempfindlichen Rübsen (Brassica rapa) wurde dagegen vor allem die Effektivität des "Gewächshauses" untersucht. Nach Ausfall der Feuchtigkeitsregelung in einer Weizenkammer wurden die Rübsen in diese Kammer verlegt, was kaum Einfluss auf deren Wachstum hatte. Die Raumfahrer mussten vor allem bei der Aussaat, der Kontrolle der Umweltbedingungen (Wasser, Nährstoffe, Licht, Wärme), der Entnahme von Wasser- und Luftproben, der Bestäubung der blühenden Pflanzen sowie bei der Ernte selbst Hand anlegen. Das Biomass Production System wird als Vorläufer eines ständig im Einsatz befindlichen Gewächshauses angesehen.

Das Wachstum von Zeolitkristallen wurde in einem speziellen Schmelzofen vorgenommen. Dieser war auf der Schwingungsdämpfungsplattform ARIS montiert. Bei einem 14-tägigen Testlauf wurde prinzipiell das Funktionieren des Gesamtsystems nachgewiesen. Zeolite sind wabenartige Kristalle, in deren Innerem Flüssigkeiten oder Gase festgehalten werden können. Diese geben die Zeolite bei Erwärmung oder Drucksenkung schrittweise wieder ab. Zeolite besitzen beispielsweise in der Petrolchemie eine große Bedeutung.

Mehrfach wurde auch mit dem Extra Vehicular Activity Radiation Monitoring Experiment (EVARM) gearbeitet. Nicht nur die Raumfahrer der Stammbesatzung trugen spezielle Dosimeter in ihrer Bekleidung im Verlaufe von Außenbordarbeiten. Vor und nach den Ausstiegen wurden die Dosimeterwerte abgelesen, sodass sich die Strahlenbelastung genau bestimmen lässt. Die einzelnen Messgeräte werden an verschiedenen Stellen des Körpers getragen, sodass sich die Belastung einzelner Körperteile abschätzen lässt.

Am 07. Juni 2002 brachte Space Shuttle STS-111 die Expedition 5 zur ISS. Gegen Ende der Mission übertrug der russische Kosmonaut Juri Onufrijenko das Kommando über die Station an den russischen Kosmonauten Waleri Korsun. Mit der Abkopplung von STS-111 am 15. Juni 2002 um 14:32:00 UTC endete offiziell die Expedition 4 und die ISS Expedition 5 begann.

Während ihres Aufenthaltes an Bord der ISS führte die Crew der Expedition 4 folgende wissenschaftliche Experimente durch (vollständige Auflistung):
ADF-Otolith (Avian Development Facility - Development and Function of the Avian Otolith System in Normal Altered Gravity Environments),
ADF-Skeletal (Avian Development Facility - Skeletal Development in Embryonic Quail),
ADVASC (Advanced Astroculture),
Alteino (Space Radiation Effects on the Central Nervous System),
ARIS-ICE (Active Rack Isolation System - ISS Characterization Experiment),
ARISS (Amateur Radio on the International Space Station),
Biotest (Biochemical Status of Humans in Long Duration Space Flight),
BPS (Biomass Production System),
Brados (Acquisition of Data About the Radiological, Electromagnetic and Different Physical Environments on Board ISS, and Their Effects on the Safety of the Crew, Space Equipment and Materials),
Cardio-ODNT (Dynamics of the Main Factors of Cardiac Function, of Central and Regional Circulation in Rest and During the Influence of Lower Body Negative Pressure),
CBOSS-01-02-Renal (Cellular Biotechnology Operations Support Systems: Human Renal Cortical Cell Differentiation and Hormone Production),
CBOSS-02-Erythropoietin (Cellular Biotechnology Operations Support Systems: Production of Recombinant Human Erythropoietin by Mammalian Cells),
CBOSS-02-HLT (Cellular Biotechnology Operations Support Systems: The Effect of Microgravity on the Immune Function of Human Lymphoid Tissue),
CBTM (Commercial Biomedical Testing Module: Effects of Osteoprotegerin on Bone Maintenance in Microgravity),
CCE (Cardiovascular Responses During Rest and Exercise, and Evaluation of Energy Inputs During Exercise),
CEO (Crew Earth Observations),
CGBA-APS (Commercial Generic Bioprocessing Apparatus - Antibiotic Production in Space),
Chromosome-1 (Chromosomal Aberrations in Blood Lymphocytes of Astronauts-1),
Clinical Nutrition Assessment (Clinical Nutrition Assessment of ISS Astronauts, SMO-016E),
CPCG-H (Commercial Protein Crystal Growth - High Density),
Diatomeya (Stability of Geographical Position and Configuration of Borders of Bioproductive Water Zones of the World Oceans, Observations by Orbition Station Crews),
Diurez (Fluid and Electrolyte Metabolism and Hormonal Regulaltion of Fluid Volume),
EarthKAM (Earth Knowledge Acquired by Middle School Students),
Education-SA (Education - South Africa: Demonstration of Mass and Weight of Objects, and Action of Reactive Forces in Microgravity),
Environmental_Monitoring (Environmental Monitoring of the International Space Station),
EPO (Education Payload Operations),
ESA-GCF (European Space Agency - Granada Crystallisation Facility),
ESCD (Study of Embryonic and Stem Cell Development in Microgravity),
EVARM (A Study of Radiation Doses Experienced by Astronauts in EVA),
EXPPCS (EXPRESS Physics of Colloids in Space),
Farma (Characteristics of Pharmacological Responses (absorption, distribution and elimination of acetominophene) in Long Duration Space Flight),
H-Reflex (Effects of Altered Gravity on Spinal Cord Excitability),
Identifikatsia (Identification of the Sources of Dynamic Loads on ISS),
Inflight_Education_Downlinks (International Space Station Inflight Education Downlinks),
Interactions (Crewmember and Crew-Ground Interaction During International Space Station Missions),
Iskazheniye (Determination and Analysis of Magnetic Interference on ISS),
ISS Acoustics (International Space Station Acoustic Measurement Program),
Izgib (Effect of Performance of Flight and Science Activities on the Function of On-Orbit Systems on ISS (Mathematical Model)),
Kolibry (Developmental Testing of the Kolibry Microsatellite Deployment Profile),
Konstructor (Filming of Space Robot "Jitter" Assembled out of Legos),
Kromka (Verification of the Effectiveness of Devices for the Protection of the Exterior Surface of ISS from Contaminants Deposited by Pulsed Cycling of Liquid-Jet),
Latent Virus (Incidence of Latent Virus Shedding During Space Flight),
Meteoroid (Recording Meteoroidal and Technogenic Particles on the External Surface of the Service Module of the Russian Segment of ISS),
MISSE-1 and 2 (Materials International Space Station Experiment - 1 and 2),
Molniya-SM (Investigation of Lightning Discharges in the Earth's Atmosphere and Lower Ionosphere),
Paradont (Condition of Peridontal Tissues in Space Flight),
PCG-EGN (Protein Crystal Growth-Enhanced Gaseous Nitrogen Dewar),
PCG-STES-IDQC (Protein Crystal Growth-Single Locker Thermal Enclosure System-Improved Diffraction Quality of Crystals),
PCG-STES-MM (Protein Crystal Growth-Single Locker Thermal Enclosure System-Synchrotron Based Mosaicity Measurements of Crystal Quality and Theoretical Modeling),
PCG-STES-SA (Protein Crystal Growth-Single Locker Thermal Enclosure System-Science and Applications of Facility Hardware for Protein Crystal Growth),
PCG-STES-VEKS (Protein Crystal Growth-Single Locker Thermal Enclosure System-Vapor Equilibrium Kinetics Studies),
PESTO (Photosynthesis Experiment and System Testing and Operation),
Plankton-Linza-SA (Characterizing the Effects of Atmospheric, Hydrophysical and Geological Factors on Biological Productivity of Oceanic Waters Surrounding The Republic of South Africa),
Platan (Search for Low Energy Heavy Particles of Solar and Galactic Origin),
Privyazka (Development of High Precision Orientation of Scientific Devices in Space with Reports of Deformation of the ISS Hull),
Profilaktika (Mechanisms of Action and Influence, and Effectiveness of Various Methods of Phrophylaxis Directed Toward Prevention of Disturbances of the Human Locomotion System in Weightlessness),
Prognoz (Development of a Method of Operational Prediction of Work Load on Crew Piloting Objectives),
PuFF (The Effects of EVA and Long-Term Exposure to Microgravity on Pulmonary Function),
Relaksatia (Processes of Relaxation in the Ultraviolet Band Spectrum by High Velocity Interaction of Exhaust Products on ISS),
Renal_Stone (Renal Stone Risk During Spaceflight: Assessment and Countermeasure Validation),
SKR (Skorpion: Development and Acquisition of Multifunctional Control-Measurement Device for Controlling the Environment of Scientific Experiments Inside a Pressurized Station),
SPC (Soluble Protein Crystallization: Obtaining Crystals of Soluble Proteins FcgIII and FcgeII with a Perfect Crystal Structure),
Subregional_Bone (Subregional Assessment of Bone Loss in the Axial Skeleton in Long-term Space Flight),
Tenzor (Definition of Dynamic Characteristics of ISS),
Uragan (Hurricane: Experimental Development of Groundbased System of Monitoring and Predicting the Progression of a Naturally Occurring Technogenic Catastrophe),
Vektor-T (Study of a High Precision System for Prediction Motion of ISS
Vzglyad (Photographing the Interior of ISS),
Xenon1 (Effect of Microgravity on the Peripheral Subcutaneous Veno-Arteriolar Reflex in Humans),
ZCG (Zeolite Crystal Growth).