ESA: ESM für Orion – hergestellt in Deutschland

Die europäischen Servicemodule (ESMs), die Orion zum Mond und zurück bringen werden, bestehen aus 20.000 Teilen und Komponenten, die in zehn europäischen Ländern und in den USA hergestellt werden. In diesem Artikel sehen wir uns an, welcher Beitrag aus Deutschland kommt. Er ist Teil einer Serie, die im ESA Orion-Blog veröffentlicht wird. Eine Information der Europäischen Weltraumorganisation (ESA).

Quelle: ESA.

ESM-3-Struktur in Bremen. (Quelle: Airbus)

28. April 2022 – Der europäische Mischkonzern Airbus, der einen sehr umfangreichen Beitrag leistet, ist für den Bau und die Auslieferung dieser European Service Modules verantwortlich. Das Werk, in dem alles zusammengebaut wird, befindet sich in Bremen. Hier wurde Airbus von der ESA mit dem allgemeinen Programmmanagement betraut, das die Montage, die Integration und die Tests (zusammen mit der ArianeGroup) sowie das Management des Bodenbetriebs umfasst – das gesamte Paket also.

Als Hauptauftragnehmer ist Airbus für das Endergebnis verantwortlich und wählt, koordiniert und stellt sicher, dass alle in dieser Blogserie erwähnten Subunternehmen ihre Hardware pünktlich und gemäß den richtigen Spezifikationen an die Airbus-Montagehalle in Bremen liefern.

Die Montagehalle für die European Service Modules ist ein riesiger Reinraum, in dem jeweils zwei Module (und einige andere nicht unbedeutende europäische Raumfahrtelemente wie die Ariane-5-Oberstufe) untergebracht werden können. Hier arbeiten Fachleute im Schichtbetrieb 24 Stunden am Tag an der Montage der Hardware, die Menschen auf den Mond bringen soll. Nach der Fertigstellung kümmert sich Airbus auch um den Transport der European Service Modules zum Kennedy Space Center der NASA in Florida, USA, zur Montage an das Besatzungsmodul und die SLS-Trägerrakete. Ferner liefert Airbus während der Missionen technisches Know-how.

Allerdings übernimmt Airbus nicht nur das Management und die Montage, sondern wendet auch „Sustaining Engineering“-Techniken an, um alle Aspekte der Entwicklung der European Service Modules sicherzustellen und zu verbessern. Im Rahmen des Vertrags über die Lieferung von sechs Modulen soll sichergestellt werden, dass jedes European Service Module die genauen Spezifikationen erfüllt, die erforderlich sind, um Menschen sicher zum Mond und zurück zu bringen, aber auch um zu sehen, wo Verbesserungen vorgenommen werden können, um leichter, stärker und schneller zu sein.

Orion-ESM Hauptbestandteile – Infografik (Grafik: ESA / K. Oldenburg)

Schnell, sicher und pünktlich
Das deutsche Unternehmen Leoni liefert die Kabel für das Datennetzwerk an Bord des European Service Modules. Es ermöglicht Geschwindigkeiten von Gigabit pro Sekunde, schneller als üblich für Raumfahrtzeuge. Darüber hinaus können die von Leoni gelieferten Kabel und Steckverbinder problemlos Temperaturen von -180 °C bis zu 120 °C standhalten, was weit mehr ist als bei herkömmlichen Heimnetzwerken und bei Reisen durch die Tiefen des Weltraums von Vorteil ist. Diese Kabel bieten im Vergleich zu einer Büro- oder Heimverbindung einen wesentlich höheren Schutz und eine höhere Zuverlässigkeit und unterstützen den Time-Triggered-Ethernet-Standard, der sicherstellt, dass kritische Daten innerhalb eines präzisen Zeitlimits übertragen werden. Nicht wie zu Hause, wo Ihr Browser langsamer wird, wenn die ganze Familie oder die Mitbewohner gerade einen Film streamen.

Über Schubkraft – von Lampoldshausen bis zum Mond
Die ArianeGroup ist bekannt für ihre zuverlässigen Trägerraketen, die denselben Namen tragen, und sie ist führend bei der Entwicklung und dem Betrieb von Triebwerken für die Raumfahrt. Obwohl das Unternehmen in vielen Ländern tätig ist, werden wir uns in diesem Blogeintrag nur auf die deutschen Standorte konzentrieren. Ab der dritten Version des European Service Module hat Airbus die ArianeGroup mit der Lieferung vieler Teile des Antriebssystems beauftragt.

Das European Service Module hat mehrere – insgesamt 33 – Triebwerke, und die ArianeGroup in Lampoldshausen baut die 24 Lageregelungstriebwerke, mit denen sich das Orion-Modul im Weltraum drehen und orientieren, aber auch Feineinstellungen für seine Umlaufbahnen oder Geschwindigkeit vornehmen kann. Diese Triebwerke haben eine Schubkraft von 220 N und werden in kurzen Stößen gezündet. Sie werden Reaction Control System Thrusters genannt und sind zu jeweils vier mal sechs Triebwerken zusammengefasst. Die gleichen Triebwerksmodelle wurden auch bei den Automated Transfer Vehicles verwendet, die Nachschub zur Internationalen Raumstation lieferten. In diesem Video ist zu sehen, wie sie während des Abdockens des letzten ATV, das zur Raumstation flog, gezündet wurden.

Orion Tank Team – ArianeGroup & Airbus (Quelle: Airbus)

Die ArianeGroup liefert auch die vier 2100 Liter fassenden Treibstofftanks für die European Service Modules, die in der Nähe der Integrationshalle in Bremen gebaut werden, wo man seit über 40 Jahren raumfahrttaugliche Treibstofftanks herstellt. Die Treibstofftanks bestehen aus Titan und verfügen über Komponenten, die das Schwappen des Treibstoffs in den Tanks reduzieren und den Treibstoff schneller zu den Triebwerken bringen, selbst in der Schwerelosigkeit.

In einem Auto kann sich der Treibstoff auf die Schwerkraft verlassen, um das Triebwerk zu erreichen, aber im Weltraum braucht der Treibstoff einen kleinen Schub. Das European Service Module verwendet Heliumgas, um den Treibstoff zu den Triebwerken zu befördern. Die ArianeGroup Lampoldshausen stellt die Druckregelungsbaugruppe (Pressure Control Assembly) her, die das Helium an die Treibstoff- und Oxidationstanks verteilt. Die ArianeGroup in Bordeaux stellt die beiden Heliumtanks her, die das Gas unter sehr hohem Druck halten.

Ein weniger sichtbarer Teil des Systems sind die Füll- und Ablassventile sowie die Prüfanschlüsse. Diese Komponenten ermöglichen es, Tanks zu füllen, ohne dass die Flüssigkeit austritt wenn sie beladen sind, oder, was noch wichtiger ist, den gewünschten Druck zu halten, oft über Jahre hinweg.

PDE Team in Bremen. (Credits: Airbus DS)

Wir haben die Triebwerke und den Treibstoff (Tanks), aber damit endet die Beteiligung der ArianeGroup am Antrieb noch nicht. Die Antriebselektronik (Propulsion Drive Electronics, PDE), das Nervensystem des Service Modules, das die Befehle zum Zünden der einzelnen Triebwerke oder zum Öffnen und Schließen der Ventile entsprechend den Anweisungen der Flugsoftware in der Orion-Kapsel sendet, wird ebenfalls in Bremen gebaut. Mit 33 Triebwerken, die gesteuert werden müssen, und drei verschiedenen Flugdimensionen hat dieses elektronische Gerät eine wichtige und komplizierte Aufgabe. Es ist wichtig, dass das European Service Module über zwei identische PDEs verfügt, falls eine ausfällt.

Beschaffen Sie uns alle Teile!
Jeder, der sich mit Heimwerken beschäftigt, weiß, dass der Einkauf und die Suche nach den richtigen Teilen für ein Projekt die halbe Arbeit ist. Stellen Sie sich nun vor, es gibt 20.000 Teile… Die Bestellungen und die Artikel selbst im Auge zu behalten und sie zur richtigen Zeit an den richtigen Ort zu liefern, ist für viele ein Vollzeitjob. Hier kommt Tesat-Spacecom ins Spiel! Das in Backnang bei Stuttgart ansässige Unternehmen ist auf die Beschaffung elektronischer Komponenten für hochspezifische technische Projekte wie Raumfahrzeuge und das European Service Module spezialisiert.

Zu den Faktoren, die Tesat berücksichtigt und dafür sorgt, dass sie innerhalb akzeptabler Grenzen bleiben, gehören Kosten, pünktliche Lieferung, Dokumentation, Mindestbestellmengen, Qualitätskontrolle, Zuverlässigkeit und mehr. Teast berücksichtigt sogar die Lagerzeit und sagt eventuelle Probleme für künftige Anschaffungen voraus. Ein European Service Module steht bereits auf der Startrampe, das zweite wird im Kennedy Space Center der NASA mit dem Besatzungsmodul verbunden, das dritte wird in Bremen zusammengebaut und drei weitere sind bereits eingeplant – Tesat hat also eine Menge zu bestellen, zu verfolgen, zu testen und zu versenden.

Bremen
Bei den European Service Modules läuft alles in Bremen zusammen, und so wurde das erste komplette Modul nach der Hansestadt benannt. Im Inneren des Orion-Besatzungsmoduls befindet sich ein digitales Foto der Stadtlandschaft zu Ehren der Industriestadt, die dem Mondmodul seinen Namen gibt.

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