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Bemannte Raumfahrt 1981

Sojus T 4

Mit dem Flug der sechsten Stammbesatzung an Bord der Raumstation SALUT 6 wurde das erfolgreiche Programm der Station abgeschlossen. Neben einer eingehenden Überprüfung der Bordsysteme auf Verschleiß und außergewöhnliche Beanspruchung wurden wissenschaftliche Forschungsarbeiten ausgeführt. Sie betrafen vor allem Erderkundung, Biologie und Materialforschung. Gemeinsam gearbeitet wurde mit den internationalen Besatzungen der Raumschiffe SOJUS 39 und 40.

Sojus 39

Die Arbeiten an Bord der Raumstation SALUT 6 umfassten eine komplexe visuelle und fotografische Erkundung des Territoriums der Mongolei. Erstmals wurde dabei aus drei Flughöhen gleichzeitig beobachtet und gemessen: aus Flugzeugen (Flughöhe um 10 km), aus der Raumstation (300 km) und aus hochfliegenden unbemannten Kosmos-Satelliten (mehrere Tausend Kilometer Flughöhe). Gegenstand der Untersuchungen waren in erster Linie Fragen des Umweltschutzes und der landwirtschaftlichen Nutzung. Weitere Experimente betrafen die Medizin (Biorhythmus, Raumfahrerkrankheit, Einfluss von Pflanzenpräparaten auf den Stoffwechsel der Raumfahrer, Blutkreislauf) und Materialforschung (Diffusion von Blei und Zinn, Halbleiter aus Vanadiumdioxid, Metallschmelzen unter Verwendung von Kupfer, Molybden und Kupfersulfat).

Columbia (STS 1)

Beim ersten Flug eines Spaceshuttle standen technische Erprobungen im Vordergrund. Für Notfälle war die Columbia mit Schleudersitzen ausgestattet. Getestet wurden vor allem die Navigations- und Steuerungseinrichtungen sowie die Mechanismen der Nutzlastbucht. Beim Start hatten sich 16 Hitzeschutzkacheln gelöst, was sich aber bei der Landung nicht als kritisch erwies. Die Columbia landete auf einer Piste auf einem ausgetrockneten Salzsee in Erdwards. Ursprünglich sollte der Ersteinsatz des Space Shuttle bereits Ende der siebziger Jahre erfolgen, musste aber aufgrund technischer Schwierigkeiten, insbesondere mit den Hitzeschutzkacheln und den Feststoffraketen mehrfach verschoben werden.

Das Projekt Space Shuttle wurde bereits 1968 initiiert, zunächst mit wissenschaftlichen Studien. 1972 fiel die Entscheidung zur Entwicklung eines solchen Systems. Der geplante Entwicklungszeitraum betrug 5 Jahre. Das Space Transportation System STS besteht aus drei Grundkomponenten: zwei Feststoffraketen als Starthilfe, einem großen Tank für Treibstoff und Oxydator des Shuttle und dem Orbiter selbst. Dieser hat die Form eines Flugzeuges mit Deltaflügeln, eine Länge von 37,24 m, eine Flügelspannweite von 23,79 m und eine Gesamthöhe von 17,27 m (mit Fahrwerk). Der Rumpfdurchmesser beträgt 5,20 m. Die Leermasse des Orbiters liegt bei etwa 68 t, als Obergrenze für die Nutzlast beim Start werden 29,5 t angegeben, aufgrund der zu hohen Leermasse aber nicht ganz erreicht (ca. 25 t). Die Ladebucht des Shuttle hat eine Länge von 18,29 m, einen Durchmesser von 4,57 m und verfügt über Halte- und Versorgungspunkte für Nutzlasten. Außerdem kann ein computerunterstützter Manipulatorarm (15,24 m) montiert werden. Für kleinere Nutzlasten werden isolierte Spezialtonnen mitgeführt. Die Nutzlastbucht wird von zwei schalenartigen Abdeckungen verschlossen, die in der Umlaufbahn geöffnet werden. Auf ihrer Innenseite befindet sich ein thermisches Regulationssystem, über das überschüssige Wärme in den Weltraum abgestrahlt wird. Die Druckkabine wird in drei Sektionen eingeteilt: das Oberdeck, in dem sich die Steuerungs- und Kommandozentrale befindet, das Mitteldeck als Arbeits- und Wohnraum sowie das Gerätedeck mit allen notwendigen Versorgungseinrichtungen. Insgesamt stehen den 2 bis 8 Astronauten etwa 73 Kubikmeter Raum zur Verfügung. Die Energieversorgung geschieht über 3 Brennstoffzellen, die mit Wasserstoff und Sauerstoff betrieben werden. Ihre Kapazität begrenzt die Missionsdauer zunächst auf etwa 10 Tage. Eine in der Nutzlastbucht montierbare Palette kann die Aufenthaltsdauer der Raumfähre aber auf 18 Tage setigern. Die Steuerung der meisten Funktionen wird von mehreren Computern übernommen, die größtenteils redundant sind. Daneben existiert eine Handsteuerung, die sowohl vom Pilotensitz als auch von der Rückwand des Kommandoraumes aus bedient werden kann. Dazu befinden sich auch mehrere Fenster nach oben bzw. zur Ladebucht hin.

Die drei Haupttriebwerke der Raumfähre arbeiten mit 103,1 t Flüssigwasserstoff (1522 Kubikmeter) und 621,1 t Flüssigsauerstoff (552 Kubikmeter) aus dem Haupttank und entwickeln am Boden einen Startschub von zusammen 5003 kN, der sich im Vakuum auf 6164 kN erhöht. Der Brennkammerdruck beträgt 20,9 MPa (201 Bar), die Brenndauer 480 - 520 s. Danach wird der 47 Meter lange und maximal 8,38 Meter starke zylindrische Außentank (35,4 t) abgeworfen. Er verglüht in den dichteren Schichten der Erdatmosphäre. In den Orbit gelangt die Raumfähre mit Hilfe ihrer beiden Manövriertriebwerke. Diese haben einen Schub von je 26,7 kN und verfügen über einen maximalen Brennstoffvorrat von jeweils 4,1 t Monomethylhydrazin nebst 6,7 t Stickstofftetroxid als Oxydator (zusammen maximal 21,7 t). Zur Feinnavigation und Lageregelung gibt es außerdem 44 weitere Triebwerke, die mit der gleichen Treibstoffkombination arbeiten (3,35 t maximal). Meist wird aber weniger Treibstoff mitgeführt.

Zum Start des Gesamtsystems werden zwei 45,46 m lange und 3,71 m durchmessende, zylindrische Feststoffbooster verwendet. Ihre Treibstoffmasse liegt bei jeweils 502,1 t, die Gesamtmasse bei 589,7 t. Als Brennstoff wird Ammoniumperchlorat (69,8%) verwendet. Zusätze bestehen aus Aluminium (16,0%), Eisenoxid als Katalysator (0,2%), Kunststoff (12,0%) und Epoxydharz (2,0%) als Bindemittel. Jeder Booster entwickelt einen Startschub von etwa 12900 kN. Nach etwa 50 Sekunden Brenndauer geht der Schub auf ca. 65% des Startwertes zurück. Nach 120 - 125 s sind die Booster ausgebrannt und werden in einer Höhe von knapp 46 Kilometern abgesprengt. Kleine Triebwerke an der Außenseite sorgen dafür, dass die Booster vom Haupttank weg gedrückt werden.

Bei der Rückkehr werden die Manövriertriebwerke von Computern gesteuert. Die Abbremsung von Abstiegsgeschwindigkeit auf Landegeschwindigkeit geschieht über die Luftreibung. Die Raumfähre wird so ausgerichtet, dass ihre Unterseite der Luft entgegengestellt wird (etwa 40° Anstellwinkel). Dabei erwärmen sich die eigens dafür entwickelten Hitzeschutzkacheln aus Graphit-Siliziumkarbid teilweise bis auf mehr als 1000°C. Die etwa 30000 Kacheln sind an der gesamten Unterseite, an den Flügeln, um die Kabine herum und am Heck aufgeklebt. Auf der Oberseite sorgen Matten auf Siliziumbasis für die notwendige Isolation. Der Hitzeschutz besonders beanspruchter Teile (bis 1600 °C), die Flügelvorderkanten und die Nase, besteht aus verstärkten Kohlefaserteilen. Die Landung geschieht antriebslos und wird in der Endphase, bei Unterschallgeschwindigkeit, manuell gesteuert, die Landegeschwindigkeit liegt bei etwa 350 Stundenkilometern. Der Anflugwinkel liegt bei etwa 20° (gegenüber 3° normalem Landewinkel bei Verkehrsflugzeugen). Die Steuerung ist nur mit den kombinierten Höhen-/Querrudern an den Tragflächen und mit dem Seitenleitwerk der Heckflosse möglich.

Sojus 40

Gemeinsam mit den Kosmonauten der Stammbesatzung untersuchten Popow und Prunariu an Bord der Raumstation SALUT 6 den Einfluss der Schwerelosigkeit auf den Vestibularapparat, maßen die Kontraktionsfähigkeit der Herzmuskulatur und nahmen Tests zur Schärfe und Tiefe der optischen Wahrnehmung vor. Zusätzlich erforschten sie Besonderheiten der Strömung in Flüssigkeiten, untersuchten die Wirkung von Interferon bei Leukozyten und maßen den Strahlungsdruck der Sonne. Erderkundung und materialwissenschaftliche Versuche komplettierten das Arbeitsprogramm der Raumfahrer.

Columbia (STS 2)

Die beiden Raumfahrtneulinge erprobten erstmals den 15 Meter langen Manipulatorarm, der in Kanada entwickelt wurde. Eingesetzt wurden dabei das Shuttle Imaging Radar (SIR-A) und die Plattform OSTA 1 (Office of Space and Terrestrial Applications), mit der Radar- und fotografische Bilder der Erdoberfläche aufgenommen wurden. Dabei entdeckte man ausgetrocknete Flußbetten in der afrikanischen Wüste Sahara. Untersucht wurden außerdem Lavaflussbecken, Meteoritenkrater, Verwerfungen und Erdfalten. Mit einer Infrarotkamera wurde nach Lagerstätten bestimmter Bodenschätze gesucht und Atmosphärenforschung betrieben. Zur Meeresforschung befand sich außerdem eine Multispektralkamera an Bord des Shuttle. Desweiteren wurde ein biologisches Experiment zur Ermittlung der optimalen Bodenfeuchtigkeit für Zwergsamenblumen im Mitteldeck durchgeführt. Die Mission musste allerdings wegen des Ausfalls einer der drei Brennstoffzellen zur Energieversorgung vorzeitig abgebrochen werden. Die Landung erfolgte in Edwards.

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