Die US-amerikanische Luft- und Raumfahrtbehörde steht kurz vor dem Erstflug ihres neuen Raumschiffs Orion, genannt Exploration Flight Test 1 (EFT-1). So hat das Stacking der Trägerrakete Delta IV Heavy begonnen, die bei diesem Flug verwendet werden soll. Auch die Nutzlast, das Raumschiff Orion, ist bereit für den Flug. Auch das andere System, mit dem die NASA tiefer als je zuvor in den Weltraum vordringen will, macht Fortschritte: Der Schwerlastträger Space Launch System (SLS).
Ein Beitrag von Martin Knipfer. Quelle: NASA, NSF, ULA, KUKA.
(Bild: Kennedy Space Center)
Am 11. September 2014 geschah etwas, was seit dem Rollout des Space Shuttles Endeavour aus der Fabrik in Palmdale 1991 nicht mehr passiert ist: Ein neues, einsatzbereites US- Raumschiff wurde aus der Konstruktionshalle herausgerollt. Es handelte sich um das neue Raumschiff der NASA, genannt Orion. Bei der Konstruktionshalle handelt es sich um das geschichtswürdige Neil Armstrong Operations and Checkout Building im Kennedy Space Center (KSC), in dem bereits die Apollo-Raumschiffe für ihre Missionen vorbereitet wurden. Das Raumschiff, bestehend aus dem kapselförmigen Crewmodul, das mit Plastikfolie verhüllt war, und dem zylindrischen Servicemodul, wurde zur Betankung in die PHSF (Payload Hazardous Serving Facility) transportiert, bevor es Ende September zum Startplatz für die Installation des Launch Abort-System (LAS) gebracht wird. Dieses System, das für gewöhnlich die Kapsel bei einer Gefahrensituation von der Trägerrakete wegbefördert, wird bei dem unbemannten Erstflug jedoch inaktiv bleiben.
(Bild: NASA)
Bereits vor drei Jahren, am 9. September 2011 begann die Konstruktion dieses Raumschiffes in der Michoud Assembly Facility. Dabei wurden erste Aluminiumteile der Druckkabine gewölbt und miteinander verschweißt. Fertiggestellt wurde diese Druckkabine, in der sich bei späteren Missionen mit anderen Orion-Kapseln einmal die Astronauten aufhalten sollen, am 22. Juni 2012. Danach wurde die Druckkabine von der MAF in das Operations and Checkout (O&C) Building des KSC gebracht, wo sie am 29. Juni mit einer Zeremonie von über 450 Leuten empfangen wurde. Im O&C Building fanden daraufhin die Installation der Avionik, des Reaction Control Systems (RCS), der Fallschirme und zusätzlicher Komponenten sowie verschiedene Tests und Simulationen statt. Darüber hinaus wurden 2012 die ersten Kacheln des oberen Hitzeschilds gefertigt. Im Oktober 2013 wurden das erste Mal die Computersysteme zum Leben erweckt, am 5. Dezember erreichte der runde, untere Hitzeschild das KSC. Der Turm des Launch Abort Systems (LAS), bei dem jedoch nur der Jettinson-Motor aktiv sein wird, wurde am 2. Dezember fertiggestellt. Es folgte am 22. Januar 2014 das Servicemodul, das Orion während EFT-1 mit Energie versorgen wird. Im Juni 2014 wurde der untere Hitzeschild an Orion angebracht, im Juli wurde das Crewmodul mit dem Servicemodul verheiratet. Nachdem im August der obere Hitzeschild angebracht wurde, wurde Orion am 5. September 2014 fertiggestellt.
In die Umlaufbahn befördert wird Orion bei seinem Erstflug von einer Trägerrakete des Typs Delta IV Heavy. Die Booster dieser Rakete, die etwa 40 m in der Länge und 4 m im Durchmesser messen und von je einem RS-68A Triebwerk mit etwa 3.000 kN Startschub angetrieben werden, kamen bereits im März dieses Jahres in der Integrationshalle an. Gefertigt wurden sie in Decatur, Alabama. Im Mai folgten die Hauptstufe, die dieselben Eckdaten wie die Booster hat, und die DCSS-Oberstufe, die etwa 14 m lang ist und über ein RL-10 B2 Triebwerk mit 110 kN Vakuumschub verfügt. Alle Stufen verwenden die Treibstoffkombination LH2 (flüssiger Wasserstoff) und LOX (flüssiger Sauerstoff). So handelt es sich bei der Delta IV Heavy, die für gewöhnlich Satelliten des Militärs oder des Verteidigungsministeriums befördert, um die leistungsfähigste Rakete, die momentan im Einsatz ist. Nun wurde das Stacking, das Verbinden der einzelnen Stufen miteinander, abgeschlossen.
(Bild: NASA/Daniel Casper)
Das Stacking fand in der Horizontal Integration Facility (HIF) des Betreibers ULA in Cape Canaveral statt. Die einzelnen Stufen wurden nach der Ankunft in Cape Canaveral inspiziert, bevor sie für das Stacking bereit waren. Der erste Booster wurde im Juni seitlich mit der Hauptstufe verbunden, der zweite im August. Die Oberstufe wurde noch in das Delta Operations Center gebracht, bevor sie am 29. August in der HIF ankam. Auf die Hauptstufe aufgesetzt und mit ihr verbunden wurde sie am 12. September. Das gesamte Stacking geschah in horizontaler Ausrichtung und wurde von ULA ausgeführt, überwacht wurde es von der NASA. Am Montag wird der Rollout der Delta IV Heavy aus der HIF zum Startplatz stattfinden. Dabei wird die Rakete noch ohne Orion mithilfe eines Elevating Platform Transporters zu dem Erector des Startplatzes LC-37 transportiert, wo sie danach aufgerichtet wird. Das soll am Dienstag geschehen. Danach befindet sich die Delta IV Heavy an dem Mobile Service Tower (MST), in dem die Nutzlast, also Orion mit dem LAS, Mitte November auf die Oberstufe aufgesetzt wird. Der Start von EFT-1 ist gegenwärtig für den 4. Dezember um 13:05 MESZ geplant.
(Bild: NASA)
Um die Bergung der Orion-Kapsel nach der Landung im Pazifischen Ozean am Ende dieses Fluges zu trainieren, haben die NASA, Lockheed Martin und die US Navy vom 12. bis zum 19. September einen dritten Bergungstest erfolgreich durchgeführt, genannt URT-3 für Underway Recovery Test 3. Genauso wie die zwei vorherigen Tests, URT-1 im Februar und URT-2 im August, fand dieser Test vor der Küste San Diegos in Kalifornien statt. Anders als bei den vorherigen Tests wurde nicht neue Ausrüstung erprobt, sondern bereits vorhandene eingesetzt. Die Auswahl dieser Ausrüstung basierte auf den Daten und den Erfahrungen, die bei den vorherigen Tests gesammelt wurden. URT-3 lief derart ab, dass ein Mock-Up der Orion-Kapsel am 11. September auf die USNS Salvor, ein Seenotrettungsschiff, verladen wurde. Am 12. September stach die Salvor in See, um die Back-Up Bergungsmethode zu testen: Mithilfe eines Kranes an Bord wurde Orion aus dem Wasser gezogen. Dieser Test wurde mehrmals wiederholt, auch in raueren Gewässern, um die Belastungsgrenzen des Krans zu testen. Bei diesem Test wurden ein Ring um die Kapsel, vier Leinen zur besseren Kontrolle beim Herausziehen und eine Art Korb, bestehend aus 10 Leinen um Orion herum, getestet. Am 15. September wurde das Mock-Up der USS Anchorage für weitere Tests übergeben. Bei diesen kam die bekannte Methode, Orion mithilfe mehrerer Leinen und mehrerer Schlauchboote auf ein mit Wasser gefülltes Deck der Anchorage zu ziehen, zum Einsatz. Da die Tests erfolgreich verliefen, sind Offizielle der NASA zuversichtlich, dass die Bergung von Orion während der realen EFT-1 Mission gelingen wird.
(Bild: NASA)
Der nächste Start des Orion-Raumschiffs wird nicht mehr auf einer Delta IV Heavy, sondern auf dem neuen Schwerlastträger der NASA erfolgen: Dem Space Launch System. Bis der Erstflug dieser neuen Rakete stattfindet, werden vermutlich noch etwa vier Jahre vergehen. An der Entwicklung von ihr wird dennoch schon fieberhaft gearbeitet. So hat die NASA am 12. September das Vertical Assembly Center (VAC) eröffnet. Dabei handelt es sich um die größte Gerätschaft zum Schweißen auf der gesamten Welt. Das VAC ist etwa 50 m hoch, etwa 23 m breit und steht in der Michoud Assembly Facility (MAF) in New Orleans. In ihm werden die Tankdome, die Tankzylinder und die Tankringe der gewaltigen Hauptstufe des SLS mithilfe von Rührreibschweißen miteinander verbunden. Auch wird in dem VAC die Inspektion der Schweißnähte sowie die Fertigung der Tankzylinder stattfinden. Dafür sollen große Aluminiumplatten gewölbt und an den Enden miteinander verschweißt werden. Im Moment wird das VAC noch zu Validierungszwecken getestet. Das VAC ist aber nur eine von zahlreichen High-Tech Maschinen in der MAF, die zur Fertigung des SLS genutzt werden sollen. So gibt es etwa schon das Segmented Ring Tool, mit dem die Tankringe gefertigt werden sollen. Diese verbinden die Tankdome mit den Tankzylindern; sämtliche Tankringe für den Erstflug des SLS wurden bereits gefertigt. Das Enhanced Robotic Weld Tool wird dagegen die kuppelförmigen Tankdome der Hauptstufe des SLS produzieren. Alle diese Geräte arbeiten mit Rührreibschweißen, einer State-of-the-art Fertigungstechnologie, die zwei Bauteile mithilfe der Reibungswärme von einem rotierenden Metallstift verschweißt.
(Bild: NASA)
Alle diese Gerätschaften sollen dazu dienen, die Hauptstufe des SLS zu fertigen. Sie wird etwa 60 m in der Höhe und 8,4 m im Durchmesser messen. Ihr Zweck ist es, in zwei Tanks die Treibstoffe LH2 und LOX aufzubewahren, die am unteren Ende der Hauptstufe von den vier RS-25 Triebwerken verbrannt werden. Um zusätzlichen Schub zu produzieren und so diese Hauptstufe zu unterstützen, verfügt das SLS über zwei Feststoffbooster, die seitlich an der Hauptstufe befestigt werden. Sie basieren auf den SRBs des Shuttles, sind jedoch um ein Segment verlängert. Diese fünfsegmentigen Feststoffbooster haben Anfang August das Critical Design Review, eine rigorose Designprüfung, bestanden, sodass nun die Arbeiten zur Zertifizierung dieser Booster beginnen können. Ein Bestandteil dieser Arbeiten besteht darin, einen solchen Feststoffbooster Anfang nächsten Jahres am Boden zu zünden. Für diesen Test, genannt QM-1 für Qualification Motor 1, hat die NASA am 26. August einen sogenannten Hotfire-Test der hinteren Verkleidung durchgeführt. In ihr befindet sich ein komplexes Hydrauliksystem, mit dem die Düse des Boosters ausgerichtet und so der Schubstrahl gesteuert werden kann. Bei dem Hotfire-Test wurde nun der Hydrazin-Motor dieses Systems gestartet und mit ihm die Hydraulik getestet, ohne dass tatsächlich der Feststoffmotor des Boosters gezündet wurde. Diese finale Phase der Tests soll sicherstellen, dass sämtliche Systeme bereit für QM-1 sind.
(Bild: NASA)
Dieser Test sollte ursprünglich bereits 2013 stattfinden, der Booster war bereits vollständig zusammengebaut. Jedoch wurden kleine Risse in dem festen Treibstoff des hinteren Boostersegments gefunden. Um einen reibungslosen Ablauf des Boostertests zu gewährleisten, hat die Herstellerfirma ATK ein Ersatzsegment gefertigt. Dieses zweite Segment hatte aber ebenfalls Risse in dem Treibstoff. Deshalb hat ATK eine umfangreiche Untersuchung angeordnet. Als Ursache wird das neue Material der Hülle des Boosters genannt, die auf das giftige Material Asbest verzichtet. Nachdem in einem weiteren Testsegment erneut Risse gefunden wurden, konnte im März 2014 Entwarnung gegeben werden, als bei einem Testsegment, das mithilfe eines neuen Herstellungsprozesses gefertigt wurde, keine Risse gefunden wurden. Daraufhin gab die NASA ein zweites Segment namens PSA-2 in Auftrag, dass mit diesem neuen Herstellungsprozess gefertigt werden soll. Wenn dieses ebenfalls keine Risse haben sollte, können Ersatzsegmente für QM-1 mit dem neuen Prozess gebaut werden. Im Moment werden die Risse in den vorhandenen Segmenten genauer untersucht und PSA-2 für die Befüllung mit Treibstoff gegen Mitte November vorbereitet.
Orion wird das neue Raumschiff der NASA sein. Während die kommerziellen Partner der NASA für den Transport von Fracht und Astronauten zur ISS im Erdorbit zuständig sind, wird das auch MPCV (Multi-Purpose Crew Vehicle) genannte Raumschiff Astronauten zu verschiedenen Zielen jenseits des Low Earth Orbits (LEO) transportieren. So kann eine intensivere Erkundung des Weltalls als je zuvor stattfinden. Mit der Entwicklung von Orion wurde bereits im Rahmen des 2010 gestrichenen Constellation-Programms entwickelt. So konnte die Entwicklung an einem Raumschiff, an dem bereits mit Hochdruck gearbeitet wurde, fortgeführt werden.
(Bild: NASA)
Aktuellen Planungen zufolge soll es im Dezember 2014 dann soweit sein: Orion startet auf einer Rakete des Typs Delta IV Heavy zur Mission EFT-1. Dieser Flug beinhaltet zwei Erdumrundungen, dabei wird sich Orion bis zu 5.500 km von der Erde entfernen, und auf über 32.000 km/h beschleunigt. Eine solche Entfernung und Geschwindigkeit wurde von keinem praktisch oder theoretisch bemannbaren US-Raumschiff seit 1972 erreicht.
Auf dem Flug sollen der Strahlungsschutz, der Hitzeschild, die Avionik, die Fallschirme und das Abwerfen von Verkleidungen und des Rettungssystems getestet werden. Der nächste Testflug nicht später als im November 2018, EM-1 für Exploration Mission 1 genannt, wird der Erstflug des neuen Space Launch Systems (SLS) sein, und ein unbemanntes MPCV, das mit dem neuen, auf dem ATV basierenden europäischen Servicemodul ausgrüstet sein soll, um den Mond führen.
Das Space Launch System ist der neue Schwerlastträger der NASA. Er basiert zu großen Teilen auf dem 2011 außer Dienst gestellten Space Shuttle: So werden die Hauptstufe aus dem External Tank des Shuttles, die 5-Segmente Booster aus den SRBs und die RS-25 Triebwerke aus den SSMEs entwickelt. Es wird drei Varianten des SLS geben: Die Block I Version wird lediglich die DCSS (Delta Cyrogenic Second Stage) als Oberstufe haben. Mit ihr soll der Erstflug EM-1 erfolgen. Block IA wird über die wesentlich stärkere EUS (Exploration Upper Stage)-Oberstufe verfügen. Bei Block II handelt es sich um die stärkste Variante des SLS, seine Oberstufe wird die EUS sein; die Feststoffbooster werden durch verbesserte Booster ersetzt, ihr Konzept ist jedoch noch nicht festgelegt, obwohl bereits verschiedene Vorschläge zu neuen Flüssig- oder Feststoffboostern existieren. Der Erstflug von SLS Block IA ist nicht vor 2020, der von SLS Block II nicht vor 2030 zu erwarten, weil der Kongress sich weigert, das Etat der NASA zu erhöhen, um so auch ein höheres Budget für das SLS und Orion zu ermöglichen. Mit dem SLS sind nicht nur spektakuläre Raumsondenmissionen zu den äußeren Planeten des Sonnensystems und ihren Monden möglich, sondern auch bemannte Flüge zu Asteroiden oder sogar zum Mars. So kann eine neue Ära der Erkundung des Weltraums erfolgen, umfassender als je zuvor.
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