Europa nimmt Kurs auf die ISS

Mit dem Raumtransporter Automated Transfer Vehicle (ATV) erhält Europa einen eigenen Zugang zur Internationalen Raumstation ISS. Als komplexestes, jemals in Westeuropa gebautes Raumfahrzeug ist ATV ein bedeutender Meilenstein in der europäischen Raumfahrtgeschichte. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Oberpfaffenhofen koordiniert dabei die Kommunikation zwischen den weltweit verteilten Kontrollzentren von ATV. Beim DLR in Lampoldshausen wurden außerdem die deutschen, wiederzündbaren Oberstufentriebwerke der Ariane 5 getestet.

Das erste ATV mit Namen "Jules Verne" flog am 9. März 2008 zur ISS. ATV-2 "Johannes Kepler" startete am 16. Februar 2011 erfolgreich vom europäischen Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guyana. ATV-3 "Edoardo Amaldi" startete am 23. März 2012 und verbrachte knapp sechs Monate angedockt an der ISS. Das nach dem deutschen Physiker Albert Einstein benannte ATV-4 brach am 5. Juni 2013 zur ISS auf. Der Start von ATV-5 "George Lemaître" ist für Juni 2014 vorgesehen.

Sechs Tonnen Versorgungsfracht für die ISS aus Europa

Das Automated Transfer Vehicle ist ein Raumfahrzeug, das unbemannt Fracht zur ISS transportieren kann. Es ist etwa zehn Meter lang und hat einen Durchmesser von 4,5 Metern. Mit entfalteten Solarpanelen hat ATV eine Spannweite von 22,3 Metern. Die Gesamtmasse des startbereiten und beladenen Fahrzeugs beträgt um die 20 Tonnen. Die Nettonutzlastkapazität eines ATV liegt zurzeit bei circa sechs Tonnen. Die Zusammenstellung der Fracht variiert jedoch von Mission zu Mission. Neben Nahrungsmitteln und sonstigen Versorgungsgütern können die ATVs auch wissenschaftliche Ausrüstung, Ersatzteile und Experimente zur ISS transportieren.

Das Fahrzeug besteht aus einer Sektion für den Antrieb und aus der Avionik, den elektronischen Steuergeräten. Zudem hat es ein ständig unter Druck stehendes Nutzlastsegment, in dem Trockenfracht befördert wird. Diese ist in so genannten ISPRs (International Standard Payload Racks) untergebracht, das heißt, sie ist so verpackt, dass sie auf der ISS problemlos verstaut werden kann. Das unter Druck stehende Segment wird von den Astronauten beim Ent- und Beladen des ATV von der Station aus betreten.

Selbstständiges Andocken an der ISS

Alle ATVs werden auf einer Trägerrakete des Typs Ariane-5 mit einer wiederzündbaren Oberstufe von Kourou in Französisch-Guyana aus gestartet. Durch die ATV-Flüge ist also auch die Ariane-5 Bestandteil des Logistikkonzepts für die ISS. Nach der Trennung von der Oberstufe wird das ATV die erforderlichen Rendezvous- und Andockmanöver mit der Raumstation autonom fliegen. Hierbei wird es vom ATV-Kontrollzentrum in Toulouse überwacht.

ATV korrigiert die Umlaufbahn der Raumstation

Das ATV wird am russischen Stationsmodul Swesda andocken, wo es sechs Monate lang bleiben kann. Ähnlich wie der russische Transporter Progress wird ATV mit seinen Haupttriebwerken von hier aus die Station in eine höhere Umlaufbahn heben. Dies ist von Zeit zu Zeit nötig, da durch den Widerstand der Restatmosphäre die Raumstation kontinuierlich abgebremst wird und zurzeit etwa 50 bis 100 Meter Bahnhöhe pro Tag verliert.

Einmal Weltall - kein Zurück

Der europäische Raumtransporter ist kein wiederverwendbares Raumfahrzeug. Zum Ende der Mission werden die Astronauten der Internationalen Raumstation ISS den Raumtransporter noch mit bis zu 6,5 Tonnen Abfall von der ISS beladen. ATV dockt dann von der Raumstation ab und wird kontrolliert in die Erdatmosphäre zurückgeführt, wo es über dem Pazifik verglüht. Die ESA hat sich damit für eine kostengünstige Variante eines Raumtransporters entschieden. Ein wieder verwendbares Raumfahrzeug wäre für die europäische Weltraumorganisation in der Entwicklung ungleich komplexer und im operationellen Betrieb teurer gewesen. Unter anderem hätte ein Raumtransporter, der wieder auf die Erde zurückkehren kann, noch mit Hitzeschild und Fallschirmen ausgestatten werden müssen. Das wäre auf Kosten der Nutzlast, sowohl beim Transport zur ISS als auch bei der Müllentsorgung von der ISS gegangen. Entwicklungspotenzial für ein Raumfahrzeug, das Nutzlasten von der ISS auf die Erde zurücktransportieren kann, hat der europäische Raumtransporter jedoch durchaus.

Die ATV-Flüge sind der europäische Beitrag zur Versorgung der ISS. Der größte Betrag der für Europa anteilig zu tragenden ISS-Betriebskosten wird durch diese Sachleistungen anstelle von Devisenzahlungen an die NASA abgegolten. Die gesamten Entwicklungskosten für das ATV belaufen sich auf etwa 1,35 Milliarden Euro. Darin enthalten sind der Prototyp (ATV-1 Jules Verne mit etwa 1 Milliarde Euro), das Bodensegment, die Anpassung der Ariane-5 Trägerrakete, sowie die Trägerrakete selbst. Deutsche Firmen erhalten allein bei Jules Verne Aufträge in Höhe von insgesamt rund 240 Millionen Euro.

Ob nach den fünf bis 2015 geplanten ATV-Missionen noch weitere folgen, hängt nicht zuletzt vom Erfolg der wissenschaftlichen ISS-Nutzung ab.

Weltweites Netz von Kontrollräumen

Das ATV-Kontrollzentrum der ESA in Toulouse überwacht die Mission. Es ist mit den Kontrollzentren der NASA in Houston und der russischen Raumfahrtbehörde Roskosmos in Moskau verbunden. Das Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum des DLR in Oberpfaffenhofen bei München ist ebenfalls als Zentrale des sogenannten Interconnection Ground Subnetwork beteiligt. In drei weiteren Kontrollräumen arbeiten in Toulouse Ingenieure und Techniker und überwachen das ATV. Etwa 90 Minuten bevor das Raumfahrzeug die äußere ISS-Sicherheitszone von gut zwei Kilometern Radius um die Station erreicht, geht die Missionsverantwortung bis zum Andocken an die Kontrollzentren in Houston und Moskau über.

Zuletzt geändert am: 21.03.2014 14:25:44 Uhr

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ATV "Albert Einstein" verlässt die ISS

ATV "Albert Einstein" verlässt die ISS

Am 28. Oktober 2013 legte ATV-4 "Albert Einstein" von der ISS ab. Wenige Tage später trat es über dem Pazifik in die Erdatmosphäre ein, wo es verglühte.

Das ATV ist Europas Zugang zur ISS

Europas Zugang zur ISS

Wenn sich der 8,5 Meter lange Raumtransporter ATV auf 700 Meter an die ISS angenähert hat, übernehmen seine optischen Sensoren die Navigation. Dabei tasten Infrarotlaser des so genannten Telegoniometers entsprechende Zielreflektoren auf der Außenhülle des russischen Servicemoduls Swesda ab. Anhand der Reflektionen kann der ATV-Bordcomputer die relative Lage des ATV im Raum berechnen und über seine 28 Steuerdüsen korrigieren. Die letzten 20 Meter werden über ein Videosystem, das bislang das Telegoniometer überwacht hat, navigiert. Mit dem inzwischen ausgefahrenen mechanischen Sensor des Docking-Adapters wird das ATV mit einer relativen Geschwindigkeit von etwa drei Zentimetern pro Sekunde an die ISS angedockt und verankert. Beendet wird das Docking mit dem Verriegeln, dem Druckausgleich und dem Check der Dichtigkeit. Vom ersten Kontakt bis zum Andocken vergehen etwa fünf Stunden.

Schnitt durch das ATV angedockt an die ISS

Schnitt durch das ATV angedockt an die ISS

Schematischer Schnitt durch das ATV angedockt an die ISS. Der 8,5 Meter lange Raumfrachter hat ein Nutzlastsegment, in dem so genante "Trockenfracht", wie beispielsweise Instrumente für die Wissenschaft, befördert wird. Diese ist in so genannten ISPRs (International Standard Payload Racks) untergebracht, so dass sie auch auf der ISS problemlos verstaut werden kann. In diesem Segment herrscht Druck, ähnlich dem auf der Erdoberfläche. Es wird von den Astronauten beim Ent- und Beladen von der Station aus betreten.

Automatisches Andockmanöver an die ISS

Automatisches Andockmanöver an die ISS

Wenn das ATV sich auf 700 Meter an die ISS angenähert hat, übernehmen die optischen Sensoren des ATV die Navigation. Dabei tasten Infrarotlaser des so genannten Telegoniometers entsprechende Zielreflektoren auf der Außenhülle des russischen Servicemoduls ab. Anhand der Reflektionen kann der ATV-Bordcomputer die relative Lage des ATV im Raum berechnen und über seine 28 Steuerdüsen korrigieren. Die Infrarotlaser des Telegoniometers sind auf diesem Bild stilisiert, in Wirklichkeit sind sie mit dem menschlichen Auge nicht sichtbar. Die letzten 20 Meter werden über ein Videosystem, welches bisher das Telegoniometer überwacht hat, navigiert. Das Telegoniometer sorgt während der letzten Meter für die Überwachung dieses Vorgangs. Mit dem inzwischen ausgefahrenen mechanischen Kraft-Momenten-Sensor des Dockingadapters wird das ATV mit etwa drei Zentimetern pro Sekunde Relativgeschwindigkeit an die ISS angedockt und verankert. Danach erfolgt eine gewisse Dämpfungsphase, um die entstandenen Schwingungen abklingen zu lassen. Erst dann wird das Docking mit dem Interface Seal, dem Verriegeln, dem Druckausgleich und dem Dichtigkeits-Check, beendet. Vom ersten Kontakt über das KURS-System bis zum Andocken vergehen etwa fünf Stunden (künstlerische Darstellung).

ATV verglüht in der Erdatmosphäre

ATV verglüht in der Erdatmosphäre

Das ATV versorgt die ISS mit knapp fünf Tonnen Nahrungsmitteln, Atemluft, Trinkwasser und Treibstoff und bleibt bis zu sechs Monate an die ISS gedockt. Einmal "entladen", können die Astronauten den Raumfrachter mit bis zu 6,5 Tonnen Abfall wiederbeladen. Nach dem Abdocken von der Station verglüht das ATV mitsamt der Ladung bei einem kontrollierten Absturz vollständig über dem Pazifik.

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Links

  • ESA - Automated Transfer Vehicle
    (http://www.esa.int/esaCP/SEMLU3K26DF_Germany_0.html)
  • ATV bei der DLR Raumfahrt-Agentur
    (http://www.dlr.de/rd/desktopdefault.aspx/tabid-2277/3405_read-5097/)
  • ATV-Blog der ESA
    (http://webservices.esa.int/blog/blog/3)
  • Astrium-ATV Blog (engl.)
    (http://www.astrium.eads.net/en/)

Downloads

  • ATV-Broschüre des DLR (2,54 MB)
    (http://www.dlr.de/dlr/Portaldata/1/Resources/documents/atv_dlr_de_en.pdf)
  • Europas erstes automatisches Transportmodul ATV "Jules Verne" beim Andocken an die ISS im Februar 2008 (5,88 MB)
    (http://www.dlr.de/dlr/Portaldata/1/Resources/videos/2011/atv_docking_va_wmp_high.wmv)
  • ESA: ATV 1 - Orbitale Generalprobe für das ISS-Docking (27,3 MB)
    (http://www.dlr.de/dlr/Portaldata/1/Resources/videos/2011/ATV_ORBITAL_POD_27-03-08_wmphigh.wmv)
  • ESA: ATV 1-Docking - Probeläufe (14,72 MB)
    (http://www.dlr.de/dlr/Portaldata/1/Resources/videos/2011/ATV_TRIALS_qthigh_wmp_high.wmv)