Space Blog | 18. September 2013 | von Johannes Weppler | 2 Kommentare

Premiere für den Cygnus-Raumfrachter

Den Menschen zu ermöglichen, die Welt mit anderen Augen zu sehen: Das war das Ziel von Carl Friedrich Zeiss, als er 1847 mit dem Bau von Mikroskopen startete. Das Unternehmen, das daraus hervorging, ist auch heute noch ein Inbegriff für Technologie „Made in Germany“. Ganz neue Perspektiven haben die Astronauten, die von der Internationalen Raumstation ISS die Erde beobachten können. Wenn am 18. September (zwischen 16:50 und 17:05 Uhr MESZ) eine Antares-Rakete den ersten Cygnus-Raumfrachter vom Startplatz in Virginia zur Raumstation tragen wird, ist das für den amerikanischen Betreiber Orbital Sciences Corporation eine Premiere, aber auch gleichzeitig die Fortsetzung einer deutschen Erfolgsgeschichte.

Mit der Außerdienststellung des amerikanischen Space Shuttles 2011, brach für das Raumfahrtprogramm der USA ein neues Zeitalter an. Der Begriff Kommerzialisierung spielt dabei eine wichtige Rolle. Bis 2011 war das Space Shuttle das Hauptversorgungsfahrzeug für die ISS. Es konnte sowohl Astronauten als auch große Mengen Fracht zur Station bringen. Als Ersatz für das Space Shuttle wurden in einem Wettbewerb zwei US-Firmen ermittelt, die unbemannte Raumfrachter entwickeln sollten, um die ISS mit Nachschub zu versorgen. Diese sollten dann Betreiber der Raumfahrzeuge sein und deren Flüge als Dienstleistung an die NASA verkaufen.
Die Space Exploration Technologies (besser bekannt als SpaceX) und Orbital Sciences Corperation (kurz Orbital) bekamen den Zuschlag. Während SpaceX bereits letztes Jahr sein Raumschiff Dragon erfolgreich zur ISS schickte und zwei weitere Versorgungsflüge folgen ließ, ist der bevorstehende Flug von Cygnus die Premiere für Orbital. Sollte alles nach Plan verlaufen, wird der Cygnus-Raumfrachter wenige Tage nach seinem Start vom Roboterarm der Station gegriffen und von ihm an die Station angedockt werden. Anschließend kann die transportierte Fracht entladen werden. Am Ende seiner Mission wird Cygnus mit Abfall beladen und bei seinem Eintritt in die Erdatmosphäre vollständig verglühen, so, wie es auch beim europäischen Raumtransporter ATV (Automated Transfer Vehicle) der Fall ist. Momentan konkurrieren noch drei US-Unternehmen in einem Wettbewerb um den Auftrag, Raumschiffe für den Transport von Astronauten zur ISS zu entwickeln. Eine Entscheidung zwischen SpaceX, The Boeing Company und Sierra Nevada Corporation wird für nächstes Jahr erwartet.
Die NASA konzentriert sich derweil auf die Entwicklung eines neuen Crew-Raumschiffs für Flüge jenseits erdnaher Umlaufbahnen.

Obital, vor allem bekannt für den Bau von Satelliten und Trägerraketen, arbeitet bei Entwicklung und Bau des Cygnus mit europäischen Partnern zusammen. Das Frachtkompartment wird von dem französisch-italienischen Raumfahrtunternehmen Thales Alenia Space in Turin gebaut und dann zum endgültigen Zusammenbau in die USA verschifft.

Dockingmanöver: Sensoren aus Deutschland

Aus Deutschland kommen die Sensoren, die die Annäherung an die Station und das Andocken kontrollieren und steuern. Die in Thüringen beheimatete Firma Jena-Optronik GmbH stellt diese Sensoren her. Jena-Optronik war lange Zeit Teil der von Carl Friedrich Zeiss gegründeten Carl Zeiss AG und wurde 2012 vom europäischen Luft- und Raumfahrtkonzern EADS gekauft. Rendezvous- und Dockingsensoren (RVS) spielen einen sehr wichtigen Part in einer solchen Mission. Ein Dockingmanöver im All gleicht einer präzise arrangierten Choreographie. Die beteiligten Raumfahrzeuge müssen ihre Bewegungen exakt synchronisieren und Geschwindigkeit und Richtung der Bewegung genau kennen. Eine Kollision während eines solchen Manövers könnte katastrophale Folgen haben. Die Anforderungen an Präzision und Zuverlässigkeit solcher Systeme sind enorm. Das RVS aus Deutschland erzeugt Laserstrahlen, die über eine Spiegelkonstruktion von Cygnus zur ISS gesendet werden. Am vorgesehenen Dockingport der Station sind Reflektoren angebracht, die die Laserstrahlen wieder zum ankommenden Raumfahrzeug zurückschicken. Durch die Analyse der Laufzeiten der Strahlen berechnet das RVS die exakte Lage der beiden Objekte (ISS und Cygnus) und ihre Geschwindigkeiten zueinander. Aus einer Entfernung von bis zu 3000 Meter geschieht dies millimetergenau. Diese Technologie bezeichnet man als LIDAR.

Das RVS von Jena-Optronik wurde ursprünglich für den europäischen Raumfrachter ATV entwickelt. Auf nunmehr vier Missionen konnte er seine Zuverlässigkeit demonstrieren. Dabei ist die Aufgabe des ATV sogar noch anspruchsvoller, da das europäische Raumschiff autonom an die ISS andockt und nicht, wie Cygnus, mithilfe eines Roboterarms. Wie Europa hat auch Japan einen Frachter für die Raumstation. Das HTV setzt ebenfalls auf die Sensoren „Made in Germany“. Hier wurden bisher vier erfolgreiche Flüge durchgeführt.

Das DLR Raumfahrtmanagement unterstützt die Weiterentwicklung des RVS-Systems in dem Projekt LiQuaRD. In diesem Vorhaben soll dem LIDAR-System ermöglicht werden auch Ziele zu erfassen, die ursprünglich nicht zum Andocken vorgesehen waren und daher keine Reflektoren tragen. Solche nicht-kooperative Ziele weisen außerdem meist eine chaotische Bewegung auf.

Der Erststart von Cygnus kann live im NASA-TV verfolgt werden.

Bild oben: Labortest des RVS-Systems (Quelle: Jena-Optronik GmbH).
Bild mitte: Künstlerische Darstellung von Cygnus in der Nähe der ISS (Quelle: Orbital).
Bild unten: Künstlerische Darstellung eines LIDAR-Scans beim Annähern des ATV (Quelle: ESA).

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Über den Autor

Johannes Weppler arbeitet seit 2012 beim DLR Raumfahrtmanagement in der Abteilung „Bemannte Raumfahrt, ISS und Exploration“. Dort betreut er das ISS-Betriebsprogramm, die nationale Nutzung der Station und den europäischen Beitrag zum neuen U.S.-amerikanischen Crew-Raumschiff Orion. zur Autorenseite

Kommentare

2 Kommentare
Karl
13. Dezember 2013 um 03:55 Uhr

was ich nicht ganz verstehe ist, warum die esa und das dlr nicht stärker auf rein kommerzielle start anbieter setzen. arianespace scheint mir eher die rolle der ula (united lauch alliance) einzunehmen. demnach würde es in europa mehr konkurrenz und billigere anbieter geben, würden die esa-staaten und besonders auch das dlr national und europaweit ein ausschreibungs- und anreizsystem entwickeln mehrere konkurrierende private anbieter zu fördern und auszuloten. ähnlich wie es die nasa tut. ? eads' arianespace, sofern sie ihre hausaufgaben macht, könnte dann auch als anbieter wieder in frage kommen und könnte davon letztlich auch profitieren, logischerweise. unbegrenzte rohstoffe, neue technolgien und nachhaltiges, wirtschaftliches wachstum in europa und der welt warten darauf.

Johannes Weppler
20. Januar 2014 um 09:32 Uhr

Natürlich könnte man davon ausgehen, dass eine größere Konkurrenz unter den Startanbietern in Europa auch hier zu niedrigeren Preisen führen könnte. Aber wie Sie bereits erkannt haben, gibt es in Europa keine konkurrierenden Unternehmen in diesem Bereich. Die Entwicklung von leistungsstarken und zuverlässigen Trägerraketen ist sehr kostspielig. Daher sind nur sehr wenige Unternehmer bereit dieses Risiko einzugehen. Zu bedenken ist auch, dass die Nachfrage nach Raketenstarts in den USA, bedingt durch den militärischen Bedarf, viel höher ist. Das eröffnet andere Möglichkeiten als in Europa. DLR und ESA verfolgen daher das Ziel die europäischen Trägerraketen so effizient wie möglich zu gestalten. Die Erhöhung der Nutzlast der Ariane 5 durch die neue Variante Ariane 5 ME und ein solides Konzept für eine mögliche Ariane 6 haben daher in Europa Priorität.

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