Europas Sprungbrett ins Weltall

Die internationale Raumstation

Fred Richter, Agent and Consultant

Nach der Schaffung von leistungsfähigen Trägerraketen und den dazugehörenden Raumtransportern, ist der nächste logische Schritt eine ständig bewohnte Raumstation zu entwickeln, wenn die ständige Präsenz des Menschen im Weltraum angestrebt wird.

Aus diesem Grunde haben sich die USA, Russland, Japan, Kanada und Europa dazu entschlossen, gemeinsam eine Raumstation zu bauen, die anfangs des dieses Jahrhunderts funktionstüchtig sein soll.

Die internationale Raumstation wird nach ihrer Fertigstellung mit einer Breite von 108 m und einer Tiefe von 74 m etwa die Fläche von 1^½ Fussballfeldern einnehmen und eine Gesamtmasse von 450 t haben. Sie wird aus einer Anzahl von druckbeaufschlagten Modulen bestehen, in denen eine siebenköpfige Besatzung wohnen und arbeiten kann.

Neben Modulen, die hauptsächlich für Systemfunktionen der Station selbst dienen, sind für die Arbeit der Astronauten in erster Linie folgende Module von Interesse: Das russische Versorgungsmodul und das amerikanische Labormodul, ein amerikanisches Modul mit einer Zentrifuge, das japanische Labormodul und das europäische Columbus-Orbitallabor. Ausserdem erlauben verschiedene Aussenplattformen die Unterbringung von Beobachtungs- und Versuchseinrichtungen an der Aussenseite der Station. Die Station wird 110 kW elektrische Leistung erzeugen, wovon 46 kW für die Arbeit in den Laboren und auf den Aussenplattformen zur Verfügung stehen.

Das europäische Raumlabor

DasKernelement des europäischen Beitrags ist die sogenannte Columbus Orbital Facilty (COF). Die zylinderförmige Kabine ähnelt stark dem auf dem US-Shuttle verwendeten deutschen Spacelab. Sie bleibt ständig an der Station angedockt und soll für Arbeiten auf dem Gebiet der Werkstoffkunde, Flüssigkeitsphysik, Biowissenschaft sowie Technologien in der Schwerelosigkeit eingesetzt werden. Das Druckmodul besteht aus einer Metallzylinderröhre, die Vorder- und Rückseite wird von konischen Platten verschlossen. Es enthält ein Lebenserha1tungssystem und fünf der typischen Spacelab-Schränke(Racks) von je 700 kg.

Das europäische Raumlabor wird am zweiten Knoten der Raumstation angekoppelt und von dieser mit Energie, Sprechfunk, Atemluft und Temperaturregelung sowie anderen Ressourcen versorgt. Bis zu 13,5 kW Gleichstrom mit 120 V Spannung stehen maximal zur Verfügung. Aussen hat die Druckschale Waffelstruktur und ist mit einem rnehrschichtigen Isoliermittel und einem Meteorit- und Weltraumtrümmer-Schutzschild versehen.

Damit das Modul während seiner zehnjährigen Einsatzdauer für verschiedene Forschungszwecke verwendet werden kann, lassen sich die Experimentierschränke problemlos auswechseln. Um wichtige Experimente vor jeglichen irdischen Einflüssen abzuschirmen, werden diese auf einer Palette ausserhalb der Station angebracht.

Die Station wird ein echtes Forschungsinstitut im Weltraum sein, in der eine multinationale Besatzung wissenschaftliche und technologische Untersuchungen anstellen wird, die zu neuen und besseren Lösungen auf der Erde führen könnten. Die internationale Raumstation bietet eine einmalige Chance zur Zusammenarbeit bei der Entwicklung fortschrittlicher Spitzentechnologien.

Transferfahrzeug als logistisches Schlüsselement

Im Rahmen des sogenannten Mischflottenkonzepts des Projekts will Europa das eigene Transportsystem Ariane 5 einsetzen. Für diesen Zweck wird eine intelligente Transferstufe mit der notwendigen Avionik und den Ressourcen für die Manöver zur Ergänzung der Rakete benötigt. Das automatische Transferfahrzeug (ATV) ist eine solche Transferstufe. Es ist ein unbemannter Nutzlasttransporter, der in seiner Funktionsweise den russischen Progress-Raumschiffen ähnelt. Er kann automatisch an die Station andocken und diese mit Material und Geräten versorgen. Zudem hat dieses Vehikel auch mit grossen Treibstofftanks, Triebwerken und Lageregelungssystem die notwendige Kapazität für einen "Reboost" - eine Anhebung der Umlaufbahn der Station. Damit soll die Umlaufbahn des Komplexes regelmässig angehoben werden, dessen Bahn von der Restatmosphäre von 450 auf 350 km abgebremst wird. Die Bahnanhebungsfunktion (Reboost) gilt als europäischer Infrastrukturbeitrag am Komplex.

Das europäische Transferfahrzeug hat die Form eines kurzen Zylindermoduls von etwa 2,5 m Höhe und 5 m Durchmesser und passt unter die Nutzlasthaube der Ariane 5 Rakete. Es besteht aus einem Antriebs- und einem Avionsmodul mit den Treibstofftanks und den Untersystemen für Lageregelung, Temperaturhaushalt, Stromversorgung und Funkverkehr. Der Antrieb erfolgt mit acht kleinen Raketenmotoren am Heck. Auf der Frontplatte des ATV werden die Nutzlasten montiert, entweder in einem Containermodul mit geregeltem Atmosphärendruck oder auf einer L-förmigen Palette, wenn sie dem Vakuum des Weltraumes ausgesetzt werden können. Gemischte Nutzlasten können ebenfalls befördert werden, damit wiegt das ATV 6,7 bis 9 t. Abhängig von der jeweiligen Mission kann dieses ATV direkt an einem Kopplungsstutzen der Station anlegen oder an einem anderen Punkt in der Nähe "parken", wo die Nutzlast vom Manipulatorensystem aufgenommen wird. Das Fahrzeug kann bis zu sechs Monaten an der Raumstation angekoppelt bleiben, um mit Abfällen gefüllt zu werden. Dann wird es auf eine Absturzbahn über unbewohntes Gebiet gebracht, auf der es zusammen mit dem Abfall durch Reibungshitze und mechanischer Belastung während des Wiedereintritts in die Erdatmosphäre zerstört wird. Gesteuert werden die Manöver des Transferfahrzeuges vom Kontrollzentrum (ESOC) in Darmstadt. Eine verbesserte Version soll später auch als Schlepper für bemannte Raumfahrzeuge dienen.

Europas intelligenter Roboterarm

Von den drei Manipulatorsystemen, die auf der internationalen Raumstation verwendet werden sollen, ist besonders der europäische Roboterarm ERA (External Robotic Arm) von Bedeutung. Man kann ihn wegen seiner Mobilität überall einsetzen. Beim Einsatzszenario für die russischen Elemente kann er Aufgaben übernehmen, die weder der bisherige Umdockarm der MIR-Station noch der russische Kran Strela bewältigen kann. Letzterer beispielsweise besteht aus einem Teleskopausleger, der um einen Fusspunkt am Kernmodul drehbar ist. Er hat keinen Motor, sondern wird von einem Kosmonauten mittels Kurbel angetrieben. Jeder Einsatz des Krans erfordert einen Ausstieg von zwei Kosmonauten aus der Raumstation. Einer muss die Kurbel bedienen, der andere die Last am Ende des Krans positionieren. Weder Umdockarm noch Kran lassen sich an einen anderen Einsatzort verlegen, sie können auch nicht gemeinsam eingesetzt werden.

ERA ist ein über 10 m langer symmetrischer Manipulatorarm, der aus vier Teilen besteht: zwei Ellenbogen und zwei Handgelenken. Jedes Handgelenk ist mit gleichartigen Greifvorrichtungen an einem auf der Aussenseite der Station eingebauten Fusspunkt befestigt, über den er mit elektrischer Energie und Daten versorgt wird. Dank seines Aufbaus kann er sich von einem Einsatzort zum anderen bewegen, indem er sich abwechselnd mit einer Greifvorrichtung festhält und die andere zum nächsten Fusspunkt ausstreckt. Er kann entweder halbautomatisch durch die Bedienung eines sich ausserhalb der Station befindlichen Astronauten betrieben werden oder auch vollautomatisch mit einem vorgegebenen Programm unter Aufsicht eines Raumfahrers der Station.

Die Greifvorrichtung ist dafür ausgelegt, Nutzlasten, die mit Standardhalterungen ausgerüstet sind, zu ergreifen und sie an anderer Stelle wieder abzusetzen, Kräfte und Drehmomente zu messen und elektrischen Strom, Daten- und Videosignale an die Nutzlasten zu übertragen, die sie erfasst haben. Um mechanische Arbeiten durchführen zu können, sind die Greifvorrichtungen mit einem integrierten Servicewerkzeug - einer Art Schraubenschlüssel - ausgerüstet. ln Verbindung mit einer Platte, die mit Fusshalterungen und Handgriffen versehen ist, kann dieser Greifarm auch Astronauten bei Aussenbordarbeiten tragen. Kameras und Lampen an beiden Enden auf dem Arm erlauben einen Blick auf den Arbeitsort und ermöglichen Inspektionen auf der Aussenseite der Raumstation. Alle Arbeitsschritte für den europäischen Roboterarm sind im bordeigenen Computer, der ebenfalls direkt auf dem Greifarm angebracht ist, vorprogrammiert, so dass die Astronauten sich darauf beschränken können, die einzelnen Arbeiten abzurufen und ihren konkreten Ablauf nur zu überwachen haben.

Während der Aufbauphase wird der Arm dazu benutzt werden, ganze Module zu versetzen. Nach der Fertigstellung der Station wird er dann dazu gebraucht, die Solarzellen auszutauschen, extreme Nutzlasten zu behandeln und Inspektionen durchzuführen. Der Roboterarn wird normalerweise von einem Ankerpunkt aus betrieben, der auf einer kleinen Plattform montiert ist, die auf Schienen entlang der Trägerstruktur der russischen Plattform fahren kann. Der europäische Arm kann aber auch zu Ankerpunkten auf anderen Stationsstellen "wandern", wodurch sein Einsatzbereich erhöht wird.

Europäische Astronauten auf der Raumstation

Als Folge der Beteiligung am internationalen Raumstationsprogramm erhält Europa auch einen Anteil an der Besatzung der Station. Im Durchschnitt werden zwei europäische Astronauten pro Jahr drei Monate auf der Raumstation arbeiten. Diese werden sowohl beim Systembetrieb als auch an der wissenschaftlichen Nutzung teilnehmen. Als Stationsingenieure werden sie bestimmte Betriebsaufgaben nicht nur für das europäische Labormodul, sondern auch für andere Systeme der Gesamtstation wahrnehmen. Als Stationswissenschaftler werden sie Experimente an Bord durchführen, wobei die zuständigen Wissenschaftler am Boden aktiv einbezogen werden, soweit die jeweiligen Experimentierbedingungen dies erfordern und gestatten.

Kein europäischer Mannschaftstransporter ... ?

Ursprünglich vorgesehen war ein kapselähnlicher Mannschaftstransporter (CTV) mit stumpfbiokonischer Form, der mit vier Mann Besatzung an der Spitze der Ariane 5 auf eine geostationäre Bahn gebracht werden sollte. Die Kapsel sollte bei der Landung so genau steuerbar sein, dass sie bei der Rückkehr aus hoher Bahnneigung praktisch in jedem Teil Europas mit einem Fallschirm niedergehen konnte, zu Lande oder zu Wasser. Der Aufprall bei der Landung sollte durch eine Bremsrakete oder einen Airbag gemildert werden. Er fiel aus Kostengründen dem Rotstift zum Opfer. Inzwischen scheint jedoch den europäischen Forschungsministern klar geworden zu sein, dass ein Transport mit amerikanischen oder russischen Trägern keineswegs billiger kommt. Aus diesem Grunde wurde der französischen Aerospatiale abermals eine Mannschaftskapsel als Studienauftrag erteilt.

Vorerst einmal probt man mit einem "Atmospheric Reentry Demonstrator", der grosse Ähnlichkeit mit der Apollo-Kapsel hat. Der Durchmesser dieses unbemannten Vehikels beträgt 2.8 m und hat die Höhe von 2.4 m. Das sind 50% der Masse, die später die Astronautenkapsel haben soll. Dieser Versuchsträger hat eine Aussenhaut aus Aluminium. Der kritische Teil der Konstruktion ist das Aleastrasyl-Hitzeschild an der breiten Grundplatte der Kapsel. Das ist ein Silikon-Material mit integrierten Phenolharzen. Das elektrische System der Kapsel und das Flugleitsystem beruhen auf der für die Ariane 5 entwickelten Technologie. Das gilt auch für das von der deutschen DASA beigesteuerte Lageregelungssystem mit sieben Hydrazindüsen, welche die Kapsel vor dem Eintritt in die Atmosphäre mit dem Hitzeschild in Flugrichtung voran ausrichten soll.

Die endgültige Entscheidung über einen europäischen Mannschaftstransporter steht also noch aus, noch dazu, da die Amerikaner drängen, stattdessen das Rettungsfahrzeug für die Station zu bauen, wofür die Europäer allerdings keine allzu grosse Begeisterung zeigen ...

Zu neuen Ufern

Die Beteiligung am Programm der internationalen Raumstation soll sicherstellen, dass Europa auch morgen noch in der Lage ist, hochwertige innovative Erzeugnisse und Dienstleistungen hervorzubringen, die auf dem Weltmarkt Abnehmer finden - trotz einer wachsenden Konkurrenz von aussereuropäischen Ländern, die in den letzten Jahren erhebliche Anstrengungen unternommen haben, um eine vergleichbare Industrie- und Forschungskapazität aufzubauen.

Bleibt zu vermerken: Das von Europa für das russische Versorgungsmodul zu entwickelnde Datenmangementsystem DMS-R, hat grosse Ähnlichkeit mit der Anlage, welche die ESA für das Columbus-Modul entwickelt. Insofern hat Europa Einfluss auf das Datenmanagementsystem des gesamten Raumstationskomplexes.