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Autor: Martin Knipfer / 01. November 2015, 17:58 Uhr

SLS: Orange is the new white

Eine rigorose Überprüfung des Designs der neuen Schwerlastträgerrakete der US-amerikanischen Luft- und Raumfahrtbehörde NASA, wurde vor Kurzem abgeschlossen. Im Zuge dieses Meilensteins wurden zahlreiche neue Bilder veröffentlicht, die die Rakete nun in einem orangenen Farbton zeigen. Die Produktion von Hardware für das SLS nimmt inzwischen weiter Fahrt auf.

Quelle: NASA, NSF
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NASA/MSFC

Bild vergrößernDas SLS vor dem Start - Illustration.
(Bild: NASA/MSFC)
Es ist ein Meilenstein, wie ihn der US-amerikanischen Luft- und Raumfahrtagentur NASA seit 40 Jahren nicht mehr gelungen ist: Das Critical Design Review ihrer neuen Schwerlastträgerrakete Space Launch System (SLS) wurde mittlerweile endgültig abgeschlossen. Dabei handelt es sich um eine rigorose Prüfung des Designs der gesamten Rakete, die es der NASA ermöglichen soll, wieder Menschen zu Zielen jenseits des niedrigen Erdorbits zu befördern. Bereits im Juli haben 13 Teams aus Ingenieuren und unabhängigen Experten elf Wochen lang im Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama, über 1.000 Dokumente und 150 Gigabyte Daten bezüglich des SLS genauestens überprüft. Bei möglichen Problemen wurde das Design verbessert. Ein Team aus Experten der Agentur und der Industrie bestätigte separat, dass die Entwicklungsarbeiten in dem geplanten Zeit- und Kostenrahmen bleiben werden. Die Ergebnisse wurden dann im Oktober an das NASA-Hauptquartier weitergeleitet.

NASA/MSFC

Bild vergrößernEine Explosionsdarstellung des Block I.
(Bild: NASA/MSFC)
Unter die Lupe genommen wurde dabei das Design der drei Ausbaustufen des SLS: Der Block I, der wohl nur beim Erstflug zum Einsatz kommt und 70 t Nutzlast in einen niedrigen Erdorbit (LEO) befördern kann, der Block IB, der dank einer leistungsfähigeren Oberstufe 105 t schafft, und der Block II, der durch leistungsfähigere Booster auf 130 Tonnen LEO-Nutzlast kommen würde. Auch wurde nun offiziell die Farbgebung der Rakete bekanntgegeben: Lange war das SLS auf Renderings der NASA in einer schwarz-weißen Lackierung zu erkennen, ähnlich der der Saturn-Mondrakete, um Ähnlichkeiten zur eingestellten Ares V-Rakete zu vermeiden. Nun wird das SLS die Farbe der Isolierung haben, die zur Kühlung die Tanks der Rakete umgeben wird: Orange. „Wir haben das Design des SLS festgelegt, wir haben erfolgreich die erste Runde der Tests der Booster und der Triebwerke abgeschlossen, und alle wichtigen Komponenten für den ersten Flug werden momentan hergestellt. Es gab ein paar Schwierigkeiten, und es werden wohl noch mehr auf uns zu kommen, aber diese Überprüfung stellt sicher, dass wir auf dem richtigen Weg zum ersten Flug sind“, fasste Bill Hill, stellvertretender Administrator des Exploration Systems Development-Programms, die jüngsten Entwicklungen zusammen.

Mit dem nun endgültig abgeschlossenen Critical Design Review wurde grünes Licht für die Produktion von Hardware für das SLS gegeben. Inzwischen konzentriert sich die NASA auf die Vorbereitung aufwendiger Qualifikationstests. Diese haben es nicht mehr zum Ziel, das Design der Rakete zu verbessern, sondern sollen bestätigen, dass die wichtigsten Elemente des SLS korrekt funktionieren und bereit für den Erstflug sind. Eine Auswahl der jüngsten Fortschritte:

1. Hauptstufe
NASA/MAF

Bild vergrößernDie bisher hergestellte Hardware in der Michoud Assembly Facility.
(Bild: NASA/Michoud/Steven Seipel)
In der Michoud Assembly Facility (MAF), einer gewaltigen Fertigungshalle nahe New Orleans, ist die Produktion von Hardware für die Hauptstufe inzwischen weit fortgeschritten. Bei der Hauptstufe des SLS handelt es sich um einen etwa 65 Meter langen und achteinhalb Meter durchmessenden Zylinder, in dem in zwei Tanks der flüssige Treibstoff für die Haupttriebwerke aufbewahrt werden soll. Über 50 einzelne Elemente für diese Tanks wurden inzwischen gefertigt, Ringe, Dome und Zylinder. Auch soll das Vertical Assembly Center des Gebäudekomplexes in diesen Tagen nach einer langwierigen Reparatur wieder von der Herstellerfirma ESAB an den Betreiber Boeing übergeben werden. Bei dem Vertical Assembly Center handelt es sich um eine über 55 Meter hohe Schweißmaschine, mit der die einzelnen Ringe, Dome und Zylinder zu fertigen Tanks zusammengeschweißt werden sollen. Bis Ende dieses Jahres soll sichergestellt werden, dass die Maschine nun korrekt funktioniert, danach können die Schweißarbeiten beginnen.

NASA/MSFC

Der Teststand 4693 in der Bauphase.
(Bild: NASA/MSFC)
Neben der Hauptstufe für den ersten Flug des SLS sollen auch zwei Qualifikationsartikel der beiden großen Treibstofftanks gefertigt werden. Diese sollen dann auf dem Gelände des Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama, strukturellen Belastungstests ausgesetzt werden. Zu diesem Zweck werden dort momentan zwei neue Teststände errichtet: Einen für den LOX (Flüssiger Sauerstoff)-Tank, einen für den LH2 (Flüssiger Wasserstoff). Der Teststand für den LH2-Tank trägt die Nummer 4693 und wird mit knapp 66 Metern deutlich höher als der andere sein. Er besteht aus mehreren Stahlsegmenten, die auf dem Fundament eines ehemaligen Teststandes für das legendäre F-1 Triebwerk zusammengeschweißt werden. Schon jetzt ragt das Bauwerk weit über der Baumlinie auf. Wenn der Teststand fertig ist, wird er aus zwei Türmen bestehen, zwischen denen dann der Treibstofftank angebracht wird. Er wird mit flüssigem Stickstoff gefüllt und dann von mehreren hydraulischen Aktuatoren den mechanischen Belastungen ausgesetzt, die auch beim Start der Rakete zu erwarten sind. So soll bestätigt werden, dass der Tank den Belastungen standhält.

2. Oberstufe und Adapter
NASA/MSFC

Bild vergrößernDer Aufbau der Teststruktur.
(Bild: NASA/MSFC)
Auf dem zweiten Stand soll nicht nur der Tank für flüssigen Sauerstoff, sondern auch eine andere, über 20 Meter hohe Struktur getestet werden, die sich beim fertigen SLS oberhalb der Hauptstufe befinden wird. Sie besteht aus mehreren verschiedenen Komponenten (von unten nach oben):
- Einem etwa drei Meter hohen und achteinhalb Meter durchmessenden Simulator der Hauptstufe
- Einem Testartikel des kegelstumpfförmigen Adapters, der die Oberstufe mit der Hauptstufe verbindet
- Einem Testartikel der Oberstufe der Rakete
- Einem Testartikel des Adapters, der die Oberstufe mit der Nutzlast verbindet
- Einem Simulator der Unterseite des Orion-Raumschiffs. Eine unbemannte Version von Orion wird die Nutzlast beim ersten Flug sein, später soll das Raumschiff einmal Menschen zu Zielen in den Tiefen des Weltalls befördern.
Die Simulatoren der Hauptstufe und von Orion sowie der Testartikel des zweiten Adapters wurden bereits fertiggestellt. Der Testartikel des kegelstumpfförmigen Adapters wird momentan bei der Herstellerfirma Teledyne Brown gefertigt.

ULA

Bild vergrößernDer Testartikel der ICPS während der Presseveranstaltung am 26. Oktober 2015.
(Bild: ULA)
Auch der Testartikel der Oberstufe wurde vor Kurzem fertiggestellt. Bei der Oberstufe, die die Bezeichnung ICPS (Interim Cyrogenic Propulsion Stage) trägt, handelt es sich um eine nur leicht modifizierte Version der zweiten Stufe der Delta-IV Rakete. Für die ICPS wird der Wasserstofftank verlängert, zusätzliche Hydrazintanks für die Lagekontrolle angebracht und die Flugelektronik für das neue Missionsprofil angepasst. Die ICPS soll -nachdem die Hauptstufe ausgebrannt ist- zünden und Orion in einen niedrigen Erdorbit transportieren. Danach führt sie auch die TLI (Trans Lunar Injection) durch, den Einschuss in eine Mondumlaufbahn. Sehr wahrscheinlich wird dies der einzige Einsatz der ICPS bleiben, da die NASA danach plant, eine stärkere Oberstufe einzusetzen. Der Testartikel der ICPS wurde am 26. Oktober 2015 bei einer Presseveranstaltung von der Herstellerfirma ULA (United Launch Alliance) vorgestellt. Er soll demnächst zum Marshall Space Flight Center verlegt werden, wo er 2016 mit den anderen Elementen zu der fertigen Teststruktur verbunden werden soll. Auch mit der Herstellung der Flugversion der ICPS wurde bereits begonnen.

3. Booster/Triebwerke
OrbitalATK

Bild vergrößernDie Isolierung wird von Innen auf ein Boostersegment für QM-2 aufgetragen.
(Bild: OrbitalATK)
Zum Antrieb verfügt das SLS neben der Ober- und der Hauptstufe noch über zwei Feststoffbooster, die links und rechts neben der Hauptstufe angebracht werden. Diese erzeugen beim Start der Rakete den Hauptanteil des Schubs, indem sie statt flüssigem festen Treibstoff verbrennen. Eine Testzündung am Boden zu Qualifikationszwecken im März 2015 war bereits ein großer Erfolg. Nun steht für April 2016 die nächste Testzündung an, die die Bezeichnung QM-2 (Qualification Motor 2) trägt. Anders als bei der ersten soll dieses Mal der Motor heruntergekühlt werden, sodass der Feststoffbooster auch für Zündungen bei niedrigen Temperaturen qualifiziert werden kann. Die Produktion und Inspektion der einzelnen Treibstoffsegmente für diese Testzündung ist mittlerweile bei der Herstellerfirma OrbitalATK in Promontory, Utah, in vollem Gange. Auch wurden die Elektroniksysteme als Vorbereitung bei einer simulierten Testzündung getestet. Die nächste Testzündung im Stennis Space Center des RS-25 Haupttriebwerks, das den flüssigen Treibstoff in der Hauptstufe verbrennt, wurde auf Anfang 2016 verschoben. Da es sich bei den Triebwerken nicht um ein kritisches Element im Zeitplan handelt, hat man sich dazu entschieden, die nächste Aktualisierung der Steuerungssoftware abzuwarten.

NASA/MSFC

Bild vergrößernDas SLS auf der Startrampe - Illustration.
(Bild: NASA/MSFC)
Diese Vorbereitungen erfolgen im Rahmen des Erstfluges des SLS, einer Mission mit der Bezeichnung Exploration Mission 1 (EM-1). Zunächst startet die Rakete das Raumschiff in einen niedrigen Erdorbit. Danach zündet das Triebwerk der Oberstufe erneut, sodass das unbemannte Raumschiff nun in Richtung Mond fliegt. Das Raumschiff bremst daraufhin mithilfe seines Servicemoduls in eine Umlaufbahn 70.000 km über der Mondoberfläche ein. Durch eine weitere Zündung des Triebwerks des Servicemoduls verlässt das Raumschiff nach etwa einer Woche diese Umlaufbahn und fliegt wieder zurück zur Erde. Das Servicemodul wird abgetrennt und das kapselförmige Crewmodul tritt mit über 39.000 km/h in die Erdatmosphäre ein, bevor die Kapsel im Pazifik an Fallschirmen landet. Diese Mission wird den ersten Flug eines zumindest bemannbaren Raumschiffs zum Mond seit 45 Jahren und den weitesten Flug eines solchen Raumschiffs aller Zeiten darstellen.

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