4. Technik

4.1 Raumfähren

4.1.1 Space Shuttle

Ein Space Shuttle besitzt drei Hauptteile. Das erste davon ist ein Treibstoffaußenbehälter, dieser dient auch als Brennkammer. Er hat eine Länge von 47 m, einen Durchmesser von rund 8,4 m und ein Volumen von ca. 2000 m3. Ein anderer wichtiger Teil sind die Feststofftriebwerke. Diese Triebwerke haben einen konstanten Schub, welche je nach Bauart und Stoffgemisch eine andere Schubkraft besitzen. Die Amerikaner nutzen welche, die ungefähr 45,5 m lang und einen Durchmesser von 3,7m haben. Diese haben dann eine Schubkraft von ca. 12.000 kN. Zu guter letzt kommt dann noch das Raumflugzeug oder der Orbiter hinzu, welches eine Ähnlichkeit mit einem Flugzeug hat. Der Orbiter hat eine Nutzmasse von ungefähr 25-29t je nach Modell und Aufbau. Der Orbiter und die Triebwerke wiegen vor dem Start über 2.000t. Deshalb ist auch die hohe Schubkraft erforderlich. Die drei beschriebenen Teile werden vor dem Start zusammen gezündet und sobald die Feststofftriebwerke ausgebrannt sind, werden diese abgeworfen und fliegen an Fallschirmen zurück zur Erde, damit man sie später wieder verwenden kann. Nachdem der Treibstoffaußenbehälter leer ist, wird dieser auch von dem Space Shuttle gelöst. Der Unterschied zu den Triebwerken ist, das dieser danach verloren geht oder unbrauchbar ist. Deshalb ist ein Space Shuttle umweltfreundlicher als eine Rakete, da mehrere Gegenstände wiederverwertet werden können. Ebenso hat ein Space Shuttle noch alle Geräte an Bord, um im Shuttle mehrere Tage oder Wochen überleben zu können. Dazu gehört zum Beispiel der Sauerstoffvorrat und die technischen Einrichtungen, dass man zum Beispiel auf die Toilette gehen kann oder die Geräte, welche das Klima im Space Shuttle an das Klima der Erde anpassen, damit die Menschen lebensfähige Bedingungen haben.

4.1.2 Rakete

Es werden alle Flugkörper dessen Antrieb durch das Rückstoßprinzip funktioniert, Rakete genannt. Ebenso müssen Raketen alle Stoffe, welche zum Vortrieb nötig sind selber mitführen. Durch diese Technik können die Raketen eine Geschwindigkeit von bis zu 40.000km/h erreichen. Die meisten Raketen werden dazu benötigt um Satelliten auf die gewünschte Umlaufbahn zu bringen. Die Raketen werden meisten mit mehreren Flüssigkeitstriebwerk ausgestattet. Die Rakete hat mehrere Stufen, wobei jede Stufe eine andere Schubkraft besitzt. Die Raketen werden eigentlich nur noch dafür verwendet Satelliten in den Orbit zu befördern und deshalb müssen auch nicht die ganzen Geräte an Bord sein, welche ein Mensch zum Überleben benötigt.

4.2 Raumstationen

Raumstationen sind Stationen, die in eine Umlaufbahn der Erde transportiert und montiert werden. Sie dienen als Satelliten mit Aufenthalts-, Labor- und Beobachtungseinrichtungen für eine mehrköpfige Besatzung und eine längere Zeitdauer. Sie können aber auch unbemannt sein. Die ersten Raumstationen waren „Saljut 1“ (1971) und „Skylab 1“ (1973).

Die russischen Saljuts (es gab insgesamt sieben Saljuts) dienten ausschließlich als militärische Beobachtungsstationen. Für ihre Versorgung waren sie auf andere Raumschiffe vom Typ Sojus angewiesen und wurden für mehrere Wochen angekoppelt. Die amerikanische Skylab diente als Forschungslabor zur Sonnenforschung.

4.2.1 Die Raumstation „MIR“

Am 19.2.1986 wurde der Basisblock für die bemannte Raumstation MIR mit einer Protonenrakete in den Orbit gebracht. Sie war so ausgelegt, dass sie von zusätzlichen Modulen ergänzt werden konnte. Das Grundmodul umfasste vier Abteile:

Die erste Abteilung war der Durchgangsbereich. Er bestand aus einer Luftschleuse mit 2,2 m Durchmesser und einer Gesamtlänge von 2,85 m. Er umfasste fünf Kopplungsadapter, eine zum Andocken eines Raumschiffes, die vier anderen zum Anschluss wissenschaftlicher Module. Das Arbeitsabteil bestand aus zwei runden Räumen mit 13 Bullaugen, die zur Erdbeobachtungen dienten.

Der zylinderförmige Zwischenraum im Inneren des Triebwerkabteils hat einen Durchmesser von etwa 2 m und ist 1,67 m lang. Das Triebwerksteil selbst hat ebenfalls die Form eines Zylinders und ist 2,26 m lang und hat einen Durchmesser von 4,15 m. In ihm sind das Antriebssystem, die optischen Sensoren für das Andockziel, die Rendezvous-Antennen, die Bordscheinwerfer und andere Ausrüstungsgegenstände enthalten.

Die erste Besatzung bestand aus den russischen Kosmonauten Leonid Kizim und Wladimir Solovyew. Ihr Weltraumaufenthalt dauerte 125 Tage. Sie wurden von anderen Raumschiffen der Typen Sojus sowie Progress versorgt. Ab Anfang 1987 war die Raumstation durch verschiedene internationale Besatzungen ständig bemannt, um erste Langzeitaufenthalte im Weltraum zu absolvieren und Erfahrungen mit Raumstationen zu sammeln.

Am 31.3.1987 wurde das Erste, 11 Tonnen schwere Ausbaumodul (Quant -1) zur MIR geschickt. Es hatte eine Länge von 5,8 m und einen Durchmesser von 4,15 m. Zum Schluss umfasste die Raumstation sechs Module mit einer Gesamtmasse von etwa 140 Tonnen. Am 29.6.1995 legte mit der Raumfähre Atlantis erstmals eine amerikanische Raumfähre an der MIR an. Je älter die MIR wurde, umso mehr häuften sich die Unfälle. 1997 war das gefährlichste Jahr, da es ein Brand an Bord gab, kurz darauf kam es zu einer Kollision mit einem Progresstransporter, der eines der Module beschädigte. Die zunehmende Unfallhäufigkeit war dann ein Grund die Raumstation MIR im Januar 2001 aus dem Betrieb zu nehmen.

4.2.2 Die Internationale Raumstation

1998 wurden die ersten Bauelemente der „International Space Station“ (ISS) vom amerikanischen Space Shuttle und von der russischen Protonenrakete in die Erdumlaufbahn gebracht und dort zu einem internationalen Großkomplex ausgebaut. Die Raumstation besteht aus etwa 100 einzelnen Konstruktionselementen, ist modular aufgebaut und wird die Erde alle 94 Minuten einmal auf einer 350 bis 450 Kilometer hohen Umlaufbahn umkreisen, die um 52 Grad gegen den Äquator geneigt ist. Sie wird betrieben von den USA, Russland, zehn Länder der Europäischen Raumfahrt-Organisation ESA, sowie Japan, Kanada, Brasilien und der Ukraine und soll mindestens bis zum Jahr 2013 als Forschungsstation genutzt werden.

Die ISS ist mit 107 m spannenden Solarzellengeneratoren, einer 80 m langen Zentralstruktur und einer Masse von 500 Tonnen, die größte Raumstation, die je gebaut wurde.

Der westliche Teil der ISS enthält insgesamt sieben zylinderförmige, begehbare Druckmodule. Dort leben und arbeiten die Astronauten. In den zwei amerikanischen, japanischem und europäischen Labormodul werden wissenschaftliche Experimente durchgeführt. Auch die Russen sind mit drei großen Druckmodulen, drei Wissenschaftslaboratorien, einer eigenen Energieversorgung, diversen Außenstationen sowie mehreren Versorgungselementen beteiligt. Sie bilden praktisch eine separate Raumstation innerhalb der großen Station. Das alleinige Nutzungsrecht für diese Elemente besitzt Russland. Außerdem gehört den Russen auch das „Universale Andockmodul“, an denen Forschungsmodule befestigt werden, sowie eine Luftschleuse und das Kopplungselement zum Anlegen von Zubringerfahrzeugen.

Im Modul „Tonne“ ist das Forschungslabor „Columbus Orbital Facility“, im europäische Anteil der ISS, untergebracht. Dieses ist an den großen Raumstationskomplex angekoppelt. Dort werden Schwerelosigkeitsversuche in der Erdumlaufbahn durchgeführt. Außerdem befindet sich im Unterflurstauraum des Moduls ein eigenes System. Es ist für die Erneuerung und Umwälzung der Atemluft, sowie für die Luftfeuchtigkeit- und Temperaturregelung zuständig. Die Raumstationszentrale liefert die elektrische Energie für die einzelnen Systeme. Dort werden auch die Daten wissenschaftlicher Versuche gesammelt und über große Antennen an die Bodenstation weitergeleitet. Es wird geplant, dass jährlich ein ESA-Astronaut für drei Monate in der Erdumlaufbahn arbeiten kann und sowohl im Systembetrieb sowie auch bei Forschungsexperimenten einsetzbar ist. Das zweite große Raumstationselement der ESA ist das „Automated Transfer Vehicle“ (ATV). Es wird mit 20 Tonnen Treibstoff und Vorratsgüter mit einer Ariane-5-Rakete zur Raumstation gebracht. Das ATV ist dafür zuständig das die Astronauten auf der Station wieder Nachschub von Nahrungsmitteln und sonst allem bekommen. Ebenso ist es noch dafür zuständig, das die ISS auf ihrem Kurs bleibt. Die ISS gerät von ihrem Kurs ab, weil sogar in einer Höhe von ca. 450km noch Luftmoleküle sind, welche die Raumstation abbremsen. Deshalb ist das ATV unabdingbar. Die dritte Aufgabe des ATV ist als Mülleimer zu fungieren. Es sammelt ein halbes Jahr lang den Abfall und nach diesen 6 Monaten wird es abgekoppelt und wird zurück zur Erde geschickt. Der Großteil wird in der Atmosphäre verglühen und der Rest, welcher nicht verglüht, landet im Pazifik. Dies sind aber nur sehr kleine Teile.


Japans Beiträge

Japan ist trotz des wirtschaftlichen Problems stark bei der ISS vertreten. Sie erweitern die ISS mit einer Außenplattform, welche ca. 4 auf 5 Meter ist. Auf dieser sollen einige Test unter extremen Bedingungen stattfinden. Zu der Plattform gehört auch noch ein Greifarmroboter, welcher die Außenversuche vereinfachen soll. Ebenso gehören auch noch einige Labormodule dazu, welche auch an andere Nationen vermietet werden sollen.

Die Laboratorien werden fast schon so groß wie die der USA. Deshalb wollen die Japaner gleich wie die Europäer ihre eigenen Vorräte zur ISS bringen, weil es für sie sonst zu teuer würde.



Kanadas Beitrag

Kanada entwickelte bereits für die Space Shuttles einen Greifarm. Weil dieser schon sehr gut war, bauten sie auch für die ISS einen Greifarm. Dieser hilft den Raumschiffen an die Andockstation. Ebenso hilft er den Astronauten, damit diese leichter die Module montieren können. Auch werden mit diesem Greifarm Außeneinsätze durchgeführt, bei denen der Astronaut mit dem Arm fest verbunden ist.