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Bemannte Raumfahrt 2005

Sojus-TMA 6 (ISS 11)

	Start	Landung	Besatzung	Flugdauer
	15.04.2005 (0.46 WZ)	11.10.2005 (1.10 WZ)	Sergej Krikaljow (6) John Phillips (2) Roberto Vittori (2)	179:00:22 d 009:21:22 d

ISS-Expedition 11; Wartungs- und Forschungsarbeiten in der Internationalen Raumstation; 2 Ausstiege

Discovery (STS 114)

	Start	Landung	Besatzung	Flugdauer
	26.07.2005 (14.39 WZ)	09.08.2005 (12.11 WZ)	Eileen Collins (4) James Kelly (2) Soichi Noguchi Stephen Robinson (3) Wendy Lawrence (4) Andrew Thomas (4) Charles Camarda	13:21:32 d

Mit der Discovery gelangte nach zweieinhalbjähriger Überarbeitung wieder ein Space Shuttle in eine Erdumlaufbahn. Hauptaufgaben der Mission waren zum einen die Evaluation der Veränderungen an Haupttank, Orbiter und Feststoffboostern, zum zweiten einige materialintensive Reparatur- und Montagearbeiten an der Raumstation sowie der Transport von Versorgungsgütern und zusätzlichen medizinischen Forschungsgeräten.

Neue Sicherheitskonzepte

Nach dem Columbia-Unglück und dessen gründlicher Analyse wurden umfangreiche Veränderungen am Space Transportation System vorgenommen. Insbesondere sollte ausgeschlossen werden, dass sich beim Start Teile des Isolationsmaterials vom externen Treibstofftank lösen können. Da man als Treibstoff flüssigen Wasserstoff und flüssigen Sauerstoff verwendet, muss dieser bei ca. -250 °C in den Tank gepumpt und gelagert werden. Dazu muss der Tankinnenraum thermisch von der Umgebung isoliert sein. 90% des Isolationsschaums auf Polyurethan-Basis werden auf glatten Flächen vom einem speziellen Roboter aufgebracht. Kritisch sind vor allem die 10% der Flächen, an denen Teile aus der Außenhaut des Tanks herausragen. Dazu zählen Halterungen und Treibstoffleitungen. Der Orbiter ist an drei Stellen mit dem Außentank verbunden, die beiden Feststoffraketen an jeweils zwei. Hier wurden nun neue Verfahren für das Auftragen des Isolierschaums erarbeitet. Außerdem wurden so genannte Luftwiderstandsrampen (Protuberance Air Load Ramps) deutlich verkürzt. Ragen Teile aus der typischen Raketenform des Tanks heraus, so entstehen davor und dahinter Luftwirbel. Bei zehnfacher Schallgeschwindigkeit verursachen diese Wirbel viel stärkere Energie- und Stabilitätsverluste als z. B. die Außenspiegel am Auto bei 200 Stundenkilometern. Deshalb werden diese Rampen aus Isolierschaum angelegt. Direkt an den Halterungen wird jetzt aber teilweise ganz auf Isolierschaum verzichtet. Der vordere Haltebolzen für den Orbiter (siehe Bild) wird stattdessen bis kurz vor dem Start beheizt. Damit verhindert man die Eisbildung. Andere Teile, wie Verbindungsstücke zwischen Tank und der Versorgungsleitung für den flüssigen Sauerstoff (Liquid OXygen - LOX), wurden neu gestaltet. Diese fünf Verbindungsstücke (Liquid Oxygene Feedline Bellows) erlauben es, dass sich einzelne Segmente der Versorgungsleitung unterschiedlich stark ausdehnen oder geringfügig gegeneinander verschieben. Die 20 Meter lange Versorgungsleitung selbst ist notwendig, da sich der Flüssigsauerstoff im oberen Teil des Tanks befindet, der Übergang zum Orbiter mit den drei Haupttriebwerken aber im unteren Teil. Um die Effektivität der Neuerungen zu überprüfen wurde direkt über der Versorgungsleitung eine Kamera angebracht, die insbesondere diesen Bereich im Blickfeld hat.

An den Feststoffraketen, die den größten Teil des Antriebs in den ersten zwei Minuten erbringen, wurden ebenfalls Kameras angebracht. Zwei sitzen im oberen Bereich, eine am unteren Segmentring. Dessen Dichtung war beim Challenger-Unglück 1986 Ursache für die Explosion des Haupttanks, durch die der Orbiter auseinander gerissen wurde. Seitdem wurden die Dichtungen allerdings erheblich weiter entwickelt. Verbessert wurden nun die Bolzenfänger und die Separationstriebwerke. Die Feststoffraketen sind mit zwei ca. 60 cm langen Metallbolzen am Haupttank befestigt. Diese werden beim Abtrennen der Booster nach 124 Sekunden Flugzeit gesprengt. Die Reste der Bolzen werden durch die Bolzenfänger (Bolt catcher) aufgehalten. Darin befindet sich ein neuartiges wabenförmiges Material, das die Wucht der Explosion auffängt, es verformt sich plastisch. Dabei wird die Bewegungsenergie in Wärme umgewandelt. Zusätzlich wurden die Außenhüllen der Bolzenfänger verstärkt. Man verwendet jetzt eine neue, festere Aluminiumlegierung und die doppelte Wandstärke. Nach dem Abtrennen der 38,5 Meter langen Booster werden mehrere kleine Separationstriebwerke für 0,8 Sekunden gezündet, welche die Raketen vom Orbiter und dessen Außentank weg drücken. Diese Triebwerke (Solid Rocket Booster Separation Motors) wurden überarbeitet.

Bleibt noch der Orbiter. Hier wurde das Isolationsmaterial einer gründlichen Prüfung unterzogen, insbesondere die verstärkten Kohlefaserteile an den Flügelvorderkanten. Außerdem wurden Überwachungstechniken erarbeitet und Reparaturverfahren entwickelt. So wird der Start nun von insgesamt 107 Kameras im Startkomplex und in der Umgebung des Startortes überwacht. Einige der Kameras ähneln dabei eher Teleskopen (Bild rechts). Außerdem befinden sich auch zwei neue Kameras am Orbiter. Zusätzlich verfolgen drei Radarstationen den Flug, eine im C-Band (500 MHz) in der Nähe von Kennedy und zwei im X-Band auf Schiffen. Durch diese strikte Überwachung des Starts sollen Gegenstände, die sich während des Starts lösen identifiziert und verfolgt werden. Bei einer eventuellen Kollision kann ein Startabbruch erfolgen. Diese Entscheidung trifft der Flugdirektor. Zusätzlich wurden in jeden Flügel 66 Vibrationssensoren und 22 Temperaturmessfühler eingebaut. Sie übermitteln ihre während der zehnminütigen Startphase gesammelten Daten kabellos an einen Computer im Shuttle. Zur Auswertung werden die Daten später auf die Erde gefunkt.

Für Notfälle befindet sich jetzt bei jedem Flug einer US-Raumfähre eine Ausstiegsschleuse in der Nutzlastbucht. Dadurch sowie durch neu entwickelte Materialien und Verfahren werden Reparaturen am Hitzeschutz des Orbiters möglich. Beschädigte Kacheln an der Unterseite oder der Nase können mit einem ablativen Zwei-Komponenten-Material aufgefüllt werden. Dieses Silizium-basierte Material kann von einem im All arbeitenden Raumfahrer aus einem kleinen Rückentank auf die betreffende Stelle aufgetragen werden. Die zweite Komponente ist ein Katalysator, der die verfestigende Reaktion in Gang setzt. Das Aushärten dauert 24 bis 48 Stunden. Danach schmilzt das Material beim Kontakt mit heißem Plasma langsam und kühlt so den Shuttlerumpf. Eine derartige ablative Kühlung (Kühlung durch Abschmelzen) wurde bei allen Raumschifftypen vor dem Spaceshuttle eingesetzt und erfüllt ihren Zweck auch heute noch bei den russischen Sojus-Landekapseln. Ist hingegen nur die dunkle, hitzebeständige Lackschicht auf der Außenseite der Kacheln beschädigt, so kann die aufgenommene Wärme nicht mehr schnell genug in den Weltraum abgestrahlt werden. In derartigen Fällen kann mit einem speziellen Gerät, einem Schwamm und einem Spachtel eine Ersatzschicht auf Siliziumkarbidbasis aufgetragen werden.

Schwieriger wird die Reparatur von Löchern in den verstärkten Karbonabdeckungen an den Vorderseiten der Flügel. Eine derartige Beschädigung führte am 1. Februar 2003 zum Auseinanderbrechen der Columbia. Durch die Öffnung trat heißes Plasma in den Innenraum des Flügels und brachte die Aluminiumstruktur zum Schmelzen. Jetzt verfügen die Raumfahrer über hitzebeständige Teile verschiedener Formen, die auf beschädigte Stellen gelegt werden können. Über eine Spannvorrichtung, die in das Loch gesteckt wird, kann der Thermoschild festgezurrt werden. Damit sollen sich Öffnungen bis zu 15 cm Durchmesser abdecken lassen. Ein mit Graphit-Silizium-Pulver durchdrungenes vor-keramisches Polymer-Dichtmittel sorgt für das endgültige Verschließen der beschädigten Stelle. Dieses Dichtmaterial (Non-Oxide Adhesive eXperimental NOAX 3124D) kann auch in anderen Bereichen der Thermoisolierung des Shuttle verwendet werden. Im Bild links zu sehen ist eine Palette mit Teilen, an denen die beschriebenen Reparaturtechniken erprobt wurden.

Ein weiteres Schutzkonzept ist das Prinzip des sicheren Hafens. Jeder zukünftig startende Shuttle soll in der Lage sein, an der Internationalen Raumstation anzudocken. Dazu muss er eine Andockvorrichtung mitführen und ist an eine Bahnneigung von 51,6° gebunden. Im Notfall soll die Besatzung der Raumfähre an der Raumstation ankoppeln, alle Vorräte an Nahrung, Wasser und Sauerstoff in die Station transportieren und auf die Ankunft einer Rettungsmission warten. Bei deren Ankunft wird das beschädigte Shuttle unbemannt abgekoppelt. Bei den folgenden Missionen sollen daher die in der Station gelagerten Vorräte aufgestockt werden. Die Rettungsmissionen werden als STS 300 und STS 301 bezeichnet, ihre Mannschaften sind bereits benannt.

Missionsbericht

Nach dem Start und dem erfolgreichen Eintritt in eine stabile Erdumlaufbahn wurden verschiedene Bordsysteme aktiviert. Dazu gehörte auch der Manipulatorarm der Discovery, mit dem bereits am zweiten Flugtag die Oberfläche der Raumfähre untersucht wurde. Neben einer Kamera befand sich auch ein Laser-Scanner für zwei- und dreidimensionale Aufnahmen an der Spitze einer 15 Meter langen starren Erweiterung des Manipulators (Orbiter Boom Sensor System). OBSS besteht aus zwei jeweils 6 Meter langen Standard-Manipulatorteilen, an deren einem Ende eine Greifvorrichtung mit elektrischen Kontakten befestigt ist. Am anderen Ende befindet sich das optische Sensorsystem, bestehend aus Laser-Abstandsmesser (Laser Dynamic Range Imager), Laser-Kamera und optischer Kamera (Intensified Television Camera). Mit dem Laser wurden insbesondere die kritischen Stellen an den Flügelvorderkanten, an der Nase und um die Fahrwerksklappen herum abgetastet. Die Daten wurden innerhalb von 24 Stunden am Boden ausgewertet. Damit waren etwa 200 Spezialisten beschäftigt. Beim Start hatte sich an fünf Stellen Isolationsmaterial vom Tank gelöst. Ein 70 cm langes Stück, das aber nicht mit dem Orbiter kollidierte, war dabei auch für die Fernseh-Zuschauer deutlich sichtbar.  

Während der Annäherung an die Internationale Raumstation wurden auch die wichtigsten Vorbereitungen für die drei Außenbordeinsätze von Robinson und Noguchi getroffen. Etwa 200 Meter vor der Station vollführte die Discovery dann eine Rolle rückwärts (0,75 Grad pro Sekunde). Dabei fotografierten die ISS-Bewohner die Unterseite des Shuttle mit hoch auflösenden Kameras und Objektiven verschiedener Brennweiten (400 mm bzw. 800 mm). Auch diese Aufnahmen wurden zur Auswertung auf die Erde übermittelt. Insgesamt fand man 25 Stellen mit leichten Beschädigungen. (Der Durchschnitt der Beschädigungen bei den Missionen vor der Columbia-Katastrophe liegt bei 145.) Bedenklich erschienen den Verantwortlichen nur zwei vorstehende Streifen Füllmaterial zwischen mehreren Kacheln auf der Unterseite der Discovery. Alle anderen Mängel wurden nach entsprechenden Simulationen am Boden als ungefährlich eingeschätzt, von der Presse allerdings teilweise dramatisiert.

Auf die sanfte Kopplung am 28. Juli, um 11.18 WZ, folgten eine kurze Begrüßungszeremonie sowie ein Briefing. Am nächsten Tag wurde das Logistikmodul Raffaello mit dem Stationsmanipulator aus der Ladebucht der Discovery gehoben und am Unity-Modul der Station angekoppelt. Mit ihm wurden 1,7 Tonnen Versorgungsgüter und Ersatzteile sowie die Human Research Facility II zur Station gebracht. Außerdem wurden mehr als 700 Liter Wasser aus dem Energiesystem der Raumfähre in der ISS deponiert. Diese Arbeiten nahmen mehrere Besatzungsmitglieder über mehrere Tage in Anspruch. Im Logistikmodul deponiert wurden vor allem Experimentierergebnisse und persönliche Gegenstände der vorherigen Stationsbesatzungen aber auch defekte Geräte und Verpackungsmaterial. Raffaello wurde am 5. August verschlossen und in die Ladebucht der Discovery zurück transportiert.

Am 30. Juli unternahmen Stephen Robinson und Soichi Noguchi ihr erstes Ausstiegsmanöver. Dabei erprobten sie gemeinsam verschiedene Reparaturtechniken an speziell dafür präparierten Isolationsmaterialien. Diese befanden sich auf einer Palette in der Ladebucht der Raumfähre. Die Haltbarkeit der reparierten Teile wird auf der Erde getestet. Hier werden die Kacheln und Carbonteile Bedingungen ausgesetzt, die auch bei der Rückkehr aus dem Weltraum auftreten. Die Astronauten erneuerten einen elektrischen Anschluss am Lageregelungsgyroskop 2 (Control Moment Gyroscope 2), erneuerten eine defekte GPS-Antenne am Gitterstrukturelement S0, befestigten eine Basis mit mechanischen Halterungen und elektrischen Anschlüssen für eine Stauraumplattform am Schleusenmodul Quest und demontierten hier außerdem zwei Container mit Materialproben (Materials International Space Station Experiment MISSE 1 und 2), die sich bereits seit längerem im freien Weltraumes befanden. Zu den Proben gehören ultraleichte Membranen, Verbundstoffe, Keramiken, Polymere, Strahlungsschilde, Abdeckungen, Schalter, Solarzellen, Sensoren, Spiegel, Saatgut, Pflanzenteile und Bakterien. Ziel des Experiments ist es vor allem, geeignete Materialien zu finden, die zur Konstruktion von Raumstationen verwendet werden können und den harten Bedingungen des Weltraums, wie Mikrometeoriten, starken Temperaturschwankungen und harter Strahlung, möglichst lange stand halten. Der Ausflug dauerte 6 Stunden und 50 Minuten.

Der zweite Ausstieg für 7 Stunden und 14 Minuten erfolgte am 1. August. Dabei demontierten die Raumfahrer das seit Juni 2002 ausgefallene Lageregelungsgyroskop Nummer 1 (CGM 1) und installierten ein neues Gerät. Die ISS verfügt im Gitterelement Z1 (Z wie Zenit) auf dem Verbindungsknoten Unity über 4 "Control Moment Gyroscopes". Dabei handelt es sich um kugelähnliche Geräte, in denen Kreisel mit einer Masse von etwa 250 Kilogramm elektrisch angetrieben mit 6600 Umdrehungen pro Minute rotieren. Das verleiht der Station Stabilität. Dreht man die Gyroskope aber in eine bestimmte Richtung, dann ändert die gesamte Station langsam ihre Lage (Drehimpulserhaltung) und zwar so lange, bis man die Gyroskopachse wieder in ihre ursprüngliche Position bringt.  Hauptvorteil der Kreiselsteuerung ist, dass man keinen Treibstoff zur Ausrichtung der Raumstation benötigt. Zum Antrieb der Kreisel ist lediglich elektrische Energie erforderlich. Der Transport des defekten Gerätes von Z1 in die Ladebucht der Discovery und des neuen CGM in der Gegenrichtung wurde mit Hilfe des Stationsmanipulators "Canadarm2" vorgenommen.

Beim dritten Ausstieg am 3. August (6:01 h) montierten Robinson und Noguchi zunächst die Stauraumplattform External Stowage Platform 2 auf dem Schleusenmodul Quest. Dies geschah wiederum mit Hilfe des Stationsmanipulators. Die ESP-2 ist eine Plattform mit Halterungen für bis zu 8 größere Gegenstände in so genannten Orbital Replacement Units. Anschließend wurde das Materialexperiment MISSE 5 (überwiegend neuartige Solarzellen) an der Spitze des Gitterstrukturelements P6 installiert und der Rotary Joint Motor Controller demontiert und verstaut. Dannach folgte das bisher komplizierteste Manöver. Stephen Robinson bestieg eine Plattform am Ende des Canadarm2 und wurde mit diesem zur Unterseite der Discovery transportiert. Hier inspizierte er mehrere Hitzeschutzkacheln und entfernte zwei Füllstreifen, die einige Zentimeter vorstanden. Die NASA befürchtete eine zusätzliche Erwärmung der Kacheln an dieser Stelle durch das Verbrennen des Materials während der Rückkehr. Man hatte zwar bereits bei zwei vorherigen Missionen nach der Landung verkohlte Überreste ähnlicher Füllstreifen gefunden, wollte diesmal aus verständlichen Gründen aber kein Risiko eingehen. Die Streifen ließen sich ganz leicht mit der Hand entfernen. Sie werden eigentlich gebraucht, um bei der Rückkehr zu verhindern, dass Gase zwischen die einzelnen Kacheln des Wärmeschutzes gelangen. Zur Vorbereitung dieser Reparatur wurde die Mission der Discovery um einen Tag verlängert.

Bereits am 31. Juli wurde das Express-Rack mit der Human Research Facility II im Labormodul Destiny installiert und angeschlossen. Am 4. August hielten die Raumfahrer gemeinsam eine Zeremonie ab, während derer sie all der Raumfahrer gedachten, die bei einem Raumflug bzw. dessen Vorbereitung ihr Leben ließen. Dazu gehören neben den Astonauten der Columbia auch die Teilnehmer der Missionen Apollo 1, Sojus 1, Sojus 11 und STS 25.

Während der gesamten Mission gaben die Raumfahrer der Discovery und der ISS verschiedenen Journalisten und Politikern Interviews und beantworteten geduldig ihre Fragen. Vor und nach dem erfolgreichen Raumflug wurden vor allem medizinische Routineuntersuchungen durchgeführt, so u. a. zu Veränderungen von Immunfunktionen sowie der Knochen und Muskeln durch den Aufenthalt in der Schwerelosigkeit. Aufgrund schlechten Wetters in Florida landete die Discovery problemlos aber einen weiteren Tag später als geplant in Kalifornien (Edwards Air Force Base, Runway 22).

Sojus-TMA 7 (ISS 12)

ISS-Expedition 12; Wartungs- und Forschungsarbeiten in der Internationalen Raumstation; 2 Ausstiege

Schendschou 6

Erprobung der Bordsysteme und des Orbitalmoduls; Wissenschaftliche Untersuchungen und technische Erprobungen

zuletzt aktualisiert am 28.10.2005

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