HTL MÖSSINGERSTRASSE INTERNATIONALE RAUMSTATION

Transkript

1 HTL MÖSSINGERSTRASSE INTERNATIONALE RAUMSTATION CHRISTIAN GAMLINGER

2 INTERNATIONALE RAUMSTATION Geschichte: Schon zu Beginn der 1960er-Jahre, noch vor der ersten Mondlandung, dachte die NASA an eine Raumstation die von rund zehn bis zwanzig Personen dauerhaft besetzt sein sollte. Ein Auslöser für den Bau der ISS war, das die USA den Anschluss an die damalige Sowjetunion nicht verlieren wollte. Die Sowjets hatten 1971 die erste Raumstation Saljut1 in die Umlaufbahn der Erde gebracht. Die Amerikaner bauten daraufhin die sogenannte Skylab, die 171 Tage bewohnt war. Die Sowjetunion konzentrierte sich weiter auf den Bau von Raumstationen. In den folgenden Jahren beförderten sie sechs weitere Saljut-Stationen ins All. Darunter war eine der bis heute bekanntesten Raumstationen, die MIR. Während die Sowjetunion unermüdlich Raumstationen bauten und in die Umlaufbahn brachten, konzentrierten sich die USA hauptsächlich auf das Space Shuttle. Nach dem erfolgreichen Erstflug eines Space Shuttles im Jahr 1981, begann die NASA sich wieder mehr auf Raumstationen zu Konzentrieren. Nach ihren Überlegungen ist eine Raumstation der erste Schritt für die bemannte interstellare Raumfahrt. Aus diesem Grund wurde 1982 im NASA- Hauptquartier die Space Station Task Force gegründet. Ähnlich wie bei der Mondlandung bezeichnete der US-Amerikanische Präsident Ronald Reagan eine bemannte Raumstation als nationales Ziel Nummer eins. Die Station trug am Anfang den Namen Freedom. Als 1993 William Clinton Präsident der USA wurde, mussten die Kosten die Raumstation verursachen würde um einiges gesenkt werden. Der Raumstationsplan war sowohl in der Entwicklung als auch in den Betriebskosten zu hoch. William wollt die Budgetdefizite die es unter Reagan und Bush gab wettmachen. Daraufhin bildete die NASA das sogenannte Redesign Team unter dem Vorsitz des ehemaligen Astronauten Bryan O Connor. Das Team hatte fünf Hauptaufgaben: 1. Kosteneffizienteres Design für Forschung 2. Kurz und Langfristig das Projekt innerhalb eines Budgetrahmens zu bringen 3. Internationale Beteiligung sollte gefördert werden 4. Risikominimierung des technischen Programms 5. Kompatibilität mit der russischen Hardware Abbildung 1 William Clinton Nach diesen fünf Punkten wurden drei neue Raumstationsprojekte geplant, welche dennoch nicht in die Nähe der angeforderten Budgetgrenze blieben entschied sich Clinton mit weiteren Kostensenkenden Modifikationen für das Projekt A. Die drei Projekte wurden mit A, B und C bezeichnet um Voreingenommenheit bei der Entscheidung auszuschließen. Das Projekt A war eine Modulbasierende Aufbauweise, ähnlich jener die bei der russischen MIR verwendet wurde.

3 Russland steuerte einige Pläne für die neue Raumstation bei und war ein enger Mitarbeiter der USA. Der neue Name für das Freedom-Projekt, Alpha wurde von den Russen abgelehnt, da die MIR die erste Raumstation in der Umlaufbahn der Erde war. Nachdem sich mehrere Länder dem Bau der Freedom angeschlossen haben wurde sie schließlich umbenannt. Bis heute trägt sie den Namen International Space Station oder kurz ISS. Neben den Russen sind ebenfalls, Japan, Kanada und die ESA an der ISS beteiligt. China hat ebenfalls Anträge auf die Mitarbeit der ISS gestellt, diese sind aber aufgrund des Vetos der USA gescheitert. Aufbau: Der Aufbau erfolgte in drei Phasen. In der ersten Phase wurde ein Abkommen mit Russland geschlossen. Demnach zahlte die NASA 400 Millionen Dollar an die Russen um einige Astronauten zur MIR senden zu können. Die Astronauten konnten auf der MIR den Umgang mit einer Raumstation in Verbindung mit einem Space Shuttle lernen. In der zweiten Phase wurde von den Amerikanern genügend Module gestartet und zusammengebaut um einen ständigen Aufenthalt der Besatzung auf der eigenen Raumstation zu ermöglichen. Das erste Modul der ISS war das russische Fracht- und Anriebsmodul Sarja. Danach folgten mehrere Module, welche zuerst unbemannt und später, nach der Installation der Atemluftaufbereitungsanlage bemannt zusammengesetzt wurden. Bei den Modulen handelte es sich sowohl um Amerikanische als auch Russische Forschungs- und Wohnmodule. Es wurden auch Versorgungsflüge durchgeführt, welche Kleidung und Nahrung zur Station brachten. In der dritten Phase wurde die ISS um Module von weiteren internationalen Partnern erweitert. Besatzung: Seit dem 20 November 2000 ist die ISS durchgehend besetzt. Die Besatzung trägt den Namen Expedition. Die einzelnen Expedition s werden fortlaufend nummeriert. Zu Anfang bestand eine Mannschaft aus drei Personen. Am 1. Februar 2003 verunglückte die Columbia, woraufhin die NASA das Space Shuttle Programm pausierte. Es standen nun keine Shuttles mehr zur Verfügung die die ISS versorgten. Um weiter eine dauerhafte Besetzung der ISS zu gewährleisten stellte man von den amerikanischen Space-Shuttles auf russische Sojus-Kapseln um. Um die Umstellung durchführen zu können waren von Beginn der Expedition 7 bis zum Ende der Expedition 12 nur zwei Personen durchgehend an Bord.

4 Seit der Expedition 20 wurde die Besatzung auf sechs Mann angehoben. Die Anzahl der Personen die sich in der Raumstation befinden hängt von den durchgehend angedockten Sojus kapseln ab. Die Sojus Kapseln dienen dazu, die Astronauten und Kosmonauten wieder zurück zu Erde zu bringen und im Falle eines Notfalls die gesamte Mannschaft zu evakuieren. In einer, von den Russen entwickelten, Kapseln haben drei Leute Platz. Seit dem , dem Beginn der Expedition 20, sind anstatt nur einer, zwei Sojus Kapseln durchgehend an der ISS angedockt. Aus diesem Grund konnte auch die Besatzung verdoppelt werden. Die ersten 12 Expeditionen bestanden ausschließlich aus amerikanischen und russischen Astronauten bzw. Kosmonauten. Seit 2006 war mit Thomas Reiter der erste deutsche Raumfahrer an Bord der ISS. Auch andere Astronauten der ESA (Europa), JAXA (Japan) und CSA (Kanada) absolvierten seit der 13ten Expedition regelmäßige Aufenthalte auf der Internationalen Raumstation. Von den 211 Personen die sich bereits an Bord der ISS befanden, waren sieben Weltraumtouristen, die für eine Woche Aufenthalt 20 Millionen US-Dollar bezahlten. Ein Flug zur ISS dauert im Durchschnitt 2 Tage. Abbildung 2 Aktuelle Besatzung

5 Technische Daten Technische Daten Abmessungen Zylinderlänge: 50,4 m Spannweite: 108,5 m Masse etwa 420 t Umlaufbahn rund 400 Kilometer Höhe Bahnneigung 51,6 Umlaufzeit rund 93 Minuten Geschwindigkeit rund km/h Beteiligte Länder USA, Kanada, Japan, Russland, Belgien, Dänemark, Frankreich, Deutschland, Italien, die Niederlande, Norwegen, Spanien, Schweden, die Schweiz und Großbritannien Module Grundsätzlich unterschiedet man zwischen unter Druck stehenden und nicht unter Druck stehenden Modulen. Unter Druck stehende Module sind Wohn- und Arbeitsmodule in denen sich Menschen aufhalten und Experimente durchführen. Nicht unter Druck stehende Module sind zum Beispiel die Solarzellen, die die Energie für die Raumstation liefern. Aufgrund des Modularen Aufbaus wäre es mit der heutigen Technologie nicht möglich die Internationale Raumstation mit der heutigen Konfiguration in einem Stück in die Umlaufbahn der Erde zu befördern. Abbildung 3 Aktuelle Konfiguration der ISS

6 Wohn- Arbeitsmodule Sarja Sarja war das erste Modul der ISS das von der NASA finanziert und von den Russen gebaut wurde. In der Anfangsphase des Baus diente das Sarja-Modul als Energieversorgung und Antrieb. Heute ist vor allem der Stauraum des Moduls von Bedeutung. Die Tanks können 5.4 Tonnen Treibstoff aufnehmen. Sarja ist zylindrisch aufgebaut und ist 12 Meter lang mit einem Durchmesser von 4.1 Metern und wiegt etwa 24 Tonnen. Am Anfang übernahm das Modul neben der Energieversorgung auch die Lageregelung. Diese Aufgaben wurden später vom ebenfalls russischen Modul Swesda übernommen, das direkt an Sarja andockte. Abbildung 4 Sarja Unity Unity war das zweite Modul der ISS. Es ist ein Verbindungsmodul und Verbindet den amerikanischen mit dem russischen Teil. Unity besteht aus Aluminium und ist 5.5 Meter lang und hat einen Durchmesser von 4.5 Meter. Im Modul befinden sich ebenfalls Einrichtungen für diverse Steuerungen für die Lebenserhaltenen Systeme. Im Modul sind mehr als 10km Kabel verlegt. Abbildung 5 Unitty Swedsa Swedsa ist das dritte Modul der ISS und dient als Erweiterung für das Sarja-Modul. Swedsa wiegt 19.1 Tonnen bei einer Länge von 13.1 Meter und einem Durchcmesser von 4.1 Meter. Dieses Modul dient sowohl als Schlafzimmer, als auch als Trainingsraum und Essbereich. Von hier Abbildung 6 Swedsa aus werden auch die unbemannten Frachter gesteuert die die ISS mit Nahrung und Kleidung versorgen. Swedsa ist eine Erweiterung von Sarja und dient, wie bereits erwähnt, auch als Antrieb. Dieses Modul ist in der Lage die ISS auf eine höhere Umlaufbahn zu bringen und Ausweichmanöver von Weltraumschrott durchzuführen. Weiters ist hier eine der zwei Sojus Kapseln permanent angedockt.

7 Pirs Pirs ist das Dritte Modul der Russen und eines der wichtigsten der gesamten ISS. Es ist 4.9 Meter lang und 2.5 Meter breit und bringt 3.7 Tonnen auf die Waage. An diesem Modul können Sojus-Kapseln und sogenannte Progress-Raumschiffe an- und abdocken. Dieses Modul dient auch als Ein- und Ausstieg für Astronauten und Kosmonauten für Außenbordeinsätze. Abbildung 7 Pirs Destiny Destiny ist eine weiteres amerikanisches Modul und insgesamt das Sechste der ISS. Bei einer Länge von 8.5 Metern und einem Durchmesser von 4.3 Metern wiegt dieses Modul 24 Tonnen. Destiny dient als Forschungsstation, in dem verschiedene wissenschaftliche Experimente durchgeführt werden können. Außerdem kann von Abbildung 8 Destiny hier aus der SSRMS Canadarm 2 (Space Station Remote Manipulator System) gesteuert werden. SSRMS Canadarm 2 ist einen fernsteuerbarer Roboterarm für Außenbordarbeiten an der Raumstation. Weiters verteilt die Destiny die gewonnene Energie der Solarzellen auf die restlichen Module. Sie ist direkt mit den Solarauslegern verbunden. Quest Quest ist ein amerikanisches Schleusenmodul. Bei einer 5.5 Metern und einem Durchmesser von 4 Metern wiegt es 6.1 Tonnen Über dieses Modul können Astronauten und Kosmonauten auf die Raumstation über den USamerikanischen Teil für Außenbordeinsätze verlassen. Außerdem verfügt Quest über große Sauerstoff und Stickstofftanks um die Atmosphäre im Inneren aufrechterhalten zu können. Abbildung 9 Quest

8 Rasswjet Rasswejet ist ein weiteres Modul auf der russischen Seite der ISS. Es ist mit 6 Metern Länge und 2.35 Metern Durchmesser bei 8.1 Tonnen ein eher kleineres Modul. Es war eigentlich als Energieplattform geplant, ist heute jedoch ein kleines Forschungsmodul. Es wird auch als Lagerplatz für überschüssiges Equipment benutzt. Abbildung 10 Rasswjet Harmony Hamrony ist neben Unity und Tranquility eines der Knotenmodule der ISS und ist drauf ausgelegt so viele Module wie möglich miteinander zu verbinden. Es wiegt 14.7 Tonnen, ist 6.5 Meter lang bei einem Durchmesser von 4.5 Metern. Harmony verbindet das europäische Forschungsmodul Columbus und das Japanische Modul Kibo mit dem amerikanischen Modul Destiny. Zudem dient es als Wohnberiech für vier Astronauten und Kosmonauten. Abbildung 11 Harmony Piosk Piosk ist ein weiteres russisches Modul und ist eine Kopie des ebenfalls russischen Moduls Pirs. Es ist ebenfalls 4.9 Meter lang und 2.5 Meter breit und bringt 3.7 Tonnen auf die Waage. Das vierte russische Modul dient ebenfalls als Anund Abdockstation für Sojus-Kapseln und Progressraumschiffe. Wie bei Pirs können auch bei Piosk Kosmonauten und Astronauten die ISS für Außenbordeinsätze verlassen. Zudem können an der Außenseite des Moduls wissenschaftliche Experimente angebracht werden. Abbildung 12 Piosk

9 Tranquility Tranquility ist das Dritte Knotenmodul auf der amerikanischen Seiter der Station. Es wiegt 19 Tonnen bei 6.7 Meter Länge und 4.5 Meter Durchmesser Die Aussichtskuppel Cupola befindet sich in diesem Modul. Zudem sind die Meisten Lebenserhaltungssysteme der Amerikaner in Tranquility. Abbildung 13 Tranquility Cupola Cupola ist das Kleinste Modul und gleichzeitig das Auge der ISS. Dieses Modul wiegt nur 1.8 Tonnen bei 1.5 Meter Länge und 2.95 Meter Durchmesser. Cupola dient als Aussichtplattform und Beobachtungsstation der ISS. Von hier aus wird hauptsächlich die Erde erkundet. Es befindet sich auch eine Bedienkonsole für den Roboterarm Abbildung 14 Cupola SSRMS/Canadarm 2, mit dem Außenbordeinsätze gesteuert werden können, in Cupola. Dieses Modul ist auch sehr beliebt bei den Astronauten um einfach zu Entspannen. Abbildung 15 Astronauten und Kosmonauten fotografieren die Erde von Cupola aus

10 PMM Leonardo PMM Leonardo ist wurde früher als temporäres Modul auf der amerikanischen Seite verwendet. Es ist 6.4 Meter lang und wiegt bei einem Durchmesser von 4.6 Meter 4.1 Tonnen. PMM Leonardo wird als Lagerraum der ISS verwendet. In diesem Modul wird hauptsächlich der Nachschub von Nahrung, Kleidung und Gegenstände die für die Forschung benötigt werden gelagert. PMM steht für Permanent Multipurpose Module und heißt permanentes Mehrzweckmodul. Abbildung 16 PMM Leonard Columbus Columbus ist ein europäisches Modul und ist neben dem japanischen Kibo das einzige Modul das bewohnt werden kann, das nicht von Amerikanern oder Russen ist. Es ist 6.8 Meter lang, hat einen Durchmesser von 4.5 Meter und wiegt 12.8 Tonnen. Columbus ist das am besten ausgestattete Forschungslabor der ISS und ist der Hauptbeitrag der ESA zur Abbildung 17 Columbus Internationalen Raumstation. Neben den Laborkomplexen im Inneren, können auch mehrere Experimente an der Außenseite angebracht werden. Kibo Kibo ist der japanische Beitrag zur ISS Es ist 20.5 Meter lang, 4.4 Meter breit, 8.5 Meter hoch und wiegt 24.1 Tonnen. Kibo ist ein Forschungslabor mit einer eigenen Schleuse und einer eigenen Außenplattform von der Experimente zur Untersuchung ins Innere gebracht werden können. Zudem besitzt es ein eigenes Lagermodul für Experimente und Nachschub Abbildung 18 Kirs

11 Nicht unter Druck stehende Module Neben den Wohn- und Arbeitsmodulen gibt es auch nicht unter Druck stehende Module. Solarmodule Die Solarmodule gewinnen die Energie die in der ISS benötigt wird. HRS Modul Das HRS (Heat Rejection System) dient dazu überschüssige Wärme aus der Raumstation zu leiten und an den Weltraum abgeben. Roboterarme Es gibt 3 Roboterarme auf der ISS. Mit Candarm2, Dextre und Strela können Außeneinsätze durchgeführt werden ohne die ISS verlassen zu müssen. Experimentplattformen: Auf den Experimentplattformen Exposed Facility und Expedite the Processing of Experiments to the Space Station (EXPRESS) Logistics Carrier können Experimente im Vakuum des Weltraumes durchgeführt werden. Abbildung 19 Astronaut wird während eines Außeneinsatzes von Candarm2 getragen Alpha-Magnet-Spektrometer (AMS) Das Alpha-Magnet-Spektrometer (AMS) ist ein moderner Teilchendetektor der die Höhenstrahlung des Weltraumes untersucht. Diese Module sind bereits an der ISS verbaut. Künftig sind unter anderem ein weiteres russisches Labormodul, ein europäischer Roboterarm und ein japanischer Spektralanalytiker geplant. Energie Die Energie wird ausschließlich aus der Sonne gewonnen. Auf der amerikanischen Seite gibt es zwei mal acht Solarpaneele die sich mit Rotationsgelenken auf die Sonne ausrichten lassen. Ein Teil der gewonnen Energie wird direkt zu den Verbrauchern geführt. Überschüssige Energie wird in Nickel-Wasserstoff Akkumulatoren gespeichert. Die Solarzellen liefern 160V Spannung. Die Spannung wird in einen Spannungsumrichter geleitet in dem sie auf 128V und 28V transformiert wird da der US-amerikanische Teil der ISS mit diesen Spannungen arbeitet.

12 Die Solarpaneele auf dem russischen Teil der Station können nur um eine Achse gedreht werden. Die Energie wird direkt in die großen Module geleitet und dort transformiert. Der russische Teil arbeitet ausschließlich mit 28V Spannung. Überschüssige Energie wird in Nickel-Cadmium Akkumulatoren gespeichert. Über Konverter kann Energie zwischen den amerikanischen und dem russischen Teil ausgetauscht werden. Die Neigung der Solarpaneele hat einen sehr hohen Einfluss auf den Luftwiderstand der Station und somit auch auf den Treibstoffverbrauch. Durch den sogenannten Nachtgleitmodus kann der Luftwiderstand um 30% Reduziert werden. Dadurch werden 1000kg Treibstoff pro Jahr gespart. Abbildung 20 Internationale Raumstation Datenübertragung: Die Datenübertragung erfolgt und die Sprechverbindung auf der amerikanischen Seite erfolgt über das TDRS-Netz und das KU-Band mit dem bis 300Mbps erreicht werden können. Die Russen benutzen eine direkte Funkverbindung wie sie auch bei Außenbordeinsätzen verwendet wird. Bei dieser Technik kommt das UHF-Frequenzband von 0.3GHz bis 3GHz zum Einsatz. Der Funkname der ISS lautet Station. Experimentell wurde bereits ein Laserkommunikationssystem installiert das 2014 wieder eingeführt werden soll.

13 Beobachtung der Station Die ISS kann, da sie nur wenige hundert Kilometer hoch fliegt, ohne Hilfsmittel beobachtet werden. Sie kann als heller Punkt ohne Positionslichter nicht mit einem Flugzeug verwechselt werden. Spektakulär sind vor allem Beobachtungen bei Vorbeiflügen oder Querungen in der Nähe des Mondes oder vor der Sonne. Abbildung 21 Langzeitbelichtung der ISS