Ein Beitrag von Martin Knipfer. Quelle: NASA, NSF.

Im US-Bundesstaat Louisiana steht die kaum bekannte Geburtsstätte zahlreicher Elemente der bemannten Raumfahrt der Vereinigten Staaten: Die Michoud Assembly Facility (MAF). Dabei handelt es sich um gewaltiges Fabrikationsgebäude nahe New Orleans. Nachdem im 2.Weltkrieg hier Kampfflugzeuge und im Koreakrieg Panzer gebaut wurden, wurden in den 60ern die Erststufen der Saturn V-Mondrakete in den weitläufigen Hallen hergestellt. Auch der orangefarbene Außentank des Space Shuttles wurde hier lange Zeit gefertigt. Nach der Einstellung des Space Shuttle-Programms kehrte Ruhe in die MAF ein. Doch diese hielt nicht lange an: Mittlerweile wird hier bereits die Hauptstufe der nächsten großen Rakete der US-amerikanischen Luft- und Raumfahrtbehörde NASA gebaut: Dem Space Launch System (SLS). Zusammen mit dem Raumschiff Orion sollen so wieder Menschen zu Zielen jenseits des niedrigen Erdorbits aufbrechen. Nicht nur das SLS, sondern auch Orion werden beide in der MAF konstruiert.

Dazu verfügt die Herstellerfirma Lockheed Martin über eine spezielle 4-Achsen CNC-Schweißmaschine mit der Bezeichnung Universal Weld System II. Mit ihr werden sieben einzelne Platten aus einer Aluminium-Lithium Legierung zu einem fertigem Raumschiff zusammengeschweißt. Diese Platten werden auf zwei Arbeitsplattformen vor der Schweißmaschine mithilfe von Haltevorrichtungen fixiert und vorbereitet. Bei der Schweißmethode handelt es sich um Rührreibschweißen, einer State-of-the-art Fertigungstechnologie. Bei ihr wird ein Metallstift sehr schnell rotiert und dann zwischen den Metallplatten aufgesetzt. Durch die Reibungswärme verwandelt sich das Metall in einen plastikähnlichen Zustand, in welchem es sich miteinander verbindet. Die Schweißnähte, die so entstehen, sind weitaus stabiler und leichter als bei einer konventionellen Schweißmethode. Sind alle Platten miteinander verschweißt, so ist die Druckkabine der Orion-Kapsel fertig. Dabei handelt es sich um die tragende Struktur der Raumkapsel, in der sich die Astronauten während des Fluges aufhalten sollen.

Zwei solcher Druckkabinen wurden bereits gefertigt: Bei der ersten handelt es sich um den sogenannten Ground Test Article (GTA) von Orion. Mit dieser Kapsel wurden Herstellungstechnologien und -abläufe erprobt sowie Belastungs-, Vibrations- und Akustiktests unternommen. Vom März 2009 bis zum Juni 2010 wurde er in der MAF hergestellt, danach zu den Fabriken des Hersteller in Denver, Colorado, transportiert. Im Juni 2012 kam er in dem Kennedy Space Center in Florida an, das er im Februar 2014 wieder verließ. Momentan befindet sich der GTA in dem Langley Research Center der NASA, wo er auf Wasserlandungstests 2016 vorbereitet wird. Die andere Druckkabine flog tatsächlich in den Weltraum: Und zwar bei EFT-1 (Exploration Flight Test 1) im Dezember 2014. Bei diesem ersten Testflug wurden zahlreiche wichtige Systeme an Bord des Raumschiffs erprobt. Von August 2011 bis Juni 2012 wurde sie in der MAF gefertigt, danach zu Kennedy Space Center gebracht, wo sie auf ihren Flug vorbereitet wurde. Momentan befindet sich diese Raumkapsel nach EFT-1 wieder im Kennedy Space Center in Florida, wo sie sorgfältig inspiziert wurde. Als nächstes soll sie bei Ascent Abort 2 2019 zum Einsatz kommen, einem Testflug des turmförmigen Startabbruchsystems von Orion.

Am 7. Mai begann dann die Konstruktion der nächsten Druckkabine in der MAF. Diese soll als Demonstratorartikel für die Druckkabine dienen, die bei Orions nächstem Flug zum Einsatz kommen wird: Exploration Mission 1 (EM-1) 2018. Bei dieser unbemannten Mission wird Orion erstmals zum Mond fliegen. Für die Konstruktion dieser Druckkabine wurden in den vergangenen Monaten in verschiedenen Fabriken in den gesamten Vereinigten Staaten die notwendigen Platten gebaut und zur MAF transportiert. Durch neue Erkenntnisse von EFT-1 gelang es Lockheed Martin, die Anzahl der Schweißnähte der Druckkabine deutlich zu senken. Für die Druckkabine des GTAs waren noch 33 Schweißnähte nötig, bei EFT-1 waren es schon 19 und bei EM-1 werden es nur noch 15 sein. So kann nicht nur die Arbeitszeit gesenkt, sondern auch die Masse des Raumschiffs reduziert werden.

Dieser sogenannte Pathfinder soll dazu dienen, die Arbeitsschritte zu erproben, die für die Fertigung von tatsächlicher Flughardware benötigt werden. Bei den ersten Einzelteilen, die für den Pathfinder zusammengeschweißt werden sollen, handelt es sich um die vordere Trennplatte und den Andocktunnel. Diese Struktur wird sich bei dem fertigen Pathfinder oben befinden, mit ihr sollen Astronauten bei späteren Flügen von Orion zu Raumstationen und anderen Raumfahrzeugen umsteigen können. Im Spätsommer sollen der Zusammenbau des Pathfinders abgeschlossen sein, er wird dann für weitere Demonstrationen ausgestattet werden. Die ersten Teile für die Druckkabine, die tatsächlich bei EM-1 zum Mond fliegen soll, sind ebenfalls bereits in der MAF angekommen, die Schweißarbeiten an ihnen sollen Ende Juli beginnen. Anfang 2016 wird diese Druckkabine zum Kennedy Space Center in Florida transportiert, wo sie mit den Systemen von Orion versehen und auf den Start vorbereitet werden soll.

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 begonnen. So konnten die Entwicklungsarbeiten an einem Raumschiff, an dem bereits mit Hochdruck gearbeitet wurde, fortgeführt werden.

Nicht später als im November 2018 ist es dann mit EM-1 (Exploration Mission 1)soweit. Bei dieser Mission soll ein unbemanntes Orion-Raumschiff zum Mond fliegen und dort in eine stabile Mondumlaufbahn einschwenken. EM-1 wird etwa 25 Tage dauern und neben einem europäischen Servicemodul, das Technologien des inzwischen eingestellten ATV-Raumtransporters verwendet, auch den neuen Schwerlastträger der NASA einsetzen, das Space Launch System (SLS). Das SLS befindet sich noch in der Entwicklungsphase, gleichzeitig werden große Teile der Infrastruktur, die bereits am Kennedy Space Center existiert, modernisiert und umgebaut, damit das SLS dort starten kann.

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Ein Beitrag von Martin Knipfer. Quelle: NASA, NSF.

Wenn Orion, das neue Raumschiff der US-amerikanischen Luft- und Raumfahrtagentur NASA, nach seiner Mission jenseits des Erdorbits wieder in die Atmosphäre der Erde eintritt, wird sich die Raumkapsel aufgrund der Reibung äußerst stark erhitzen. Temperaturen bis zu 2.400 °C werden auf das Crewmodul einwirken. Zum Glück verfügt die Kapsel über einen Schutz: Das Raumschiff verfügt an der Unterseite über einen diskusförmigen Hitzeschild, mit dem voran sie in die Erdatmosphäre eintritt. Die Oberfläche dieses Hitzeschilds besteht aus einem ablativen Material namens AVCOAT, das in mehrere Tausend Löcher auf der Oberfläche des Hitzeschildes gefüllt wird. Bei dem Wiedereintritt schmilzt das Material teilweise und transportiert so durch die Strömung die Hitze von dem Hitzeschild weg, wodurch die Kapsel gekühlt wird.

Ein solcher Hitzeschild kam auch bei Orions Erstflug erfolgreich zum Einsatz, EFT-1 (Exploration Flight Test 1) im Dezember 2014. Erfolgreich beschützte er die Raumkapsel vor den extremen Temperaturen von über 2.200 °C während des Wiedereintritts nach zwei Erdumrundungen. Inzwischen ist Orion wieder „zu Hause“ angekommen, nämlich im Kennedy Space Center in Florida. Dort wird das Raumschiff gründlich inspiziert, diese Untersuchungen sind inzwischen fast vollständig abgeschlossen. Am 13. Februar wurde die Kapsel in der Launch Abort System Facility (LASF) mithilfe eines speziellen Krans hochgehoben, um den Hitzeschild zu entfernen. Dieser wurde dann auf den Anhänger eines Lastwagens verfrachtet, um ihn für weitere Inspektionen zu dem Marshall Space Flight Center (MSFC) in Alabama zu transportieren. Dort kam der Hitzeschild am 9. März an.

Als nächstes wurde er ausgeladen und auf einer großen Halterung befestigt, damit Ingenieure Proben des AVCOAT-Materials entnehmen konnten. Durch diese Proben kann die Dicke der einzelnen Schichten bestimmt werden, wodurch die NASA das Verhalten des Hitzeschilds besser verstehen kann. Als nächstes wird die verbleibende AVCOAT-Schicht mit der 7-Achsen CNC-Fräse des Marshall Space Flight Centers „wegrasiert“. Auch werden Sensoren entfernt, die als nächstes zu dem Ames Research Center zurückgebracht werden sollen, genauso wie die herausgefrästen Proben des Hitzeschilds. Im Juni wird der Hitzeschild zum Langley Research Center in Virginia befördert, wo er an einer Testversion der Orion-Kapsel angebracht werden soll. Mit dieser Kapsel sollen 2016 Wasserungstests in dem Wasserbecken auf dem Gelände des Zentrums stattfinden. Der ursprüngliche Hitzeschild dieses Testartikels wurde vor Kurzem an Bord eines Super Guppy-Frachtflugzeuges wieder zurück zum Hersteller Lockheed Martin in Denver geschickt. Die Orion-Kapsel, die bei EFT-1 zum Einsatz kam, soll nach Abschluss aller Untersuchungen den Bodenanlagen des Kennedy Space Centers übergeben werden. Die Kapsel wird dann für einen Testflug des turmförmigen Startabbruchsystems 2019 erneut eingesetzt.

Der größte Teil des Hitzeschilds von Orion wird -wie beschrieben- mit AVCOAT-Material bedeckt sein. Es existieren weiterhin jedoch noch sechs scheibenförmige Kompressionspads auf der Oberseite, deren Konsistenz eine andere ist: Sie bestehen aus einem Material namens zweidimensionaler Kohlenfaserphenol. Sie beschützen Orion nicht nur vor der Hitze während des Wiedereintritts in die Erdatmosphäre, sondern verbinden auch die Kapsel mit dem Servicemodul und müssen daher den enormen Kräften während des Starts und der Abtrennung der Kapsel standhalten. Für Orions nächsten Flug haben die Ingenieure des Ames Research Center jedoch ein neues Material als Ersatz entwickelt: Dieser wird als dreidimensionaler Multi-Functional Ablative Thermal Protection (3D-MAT) bezeichnet. Der Unterschied liegt darin, dass nun Schnüre aus Quarz dreidimensional gewoben werden. Das bedeutet, dass die Schnüre nicht mehr nur der Länge und Breite nach, sondern auch senkrecht gewoben werden.

Die Entwicklung dieses Materials begann vor drei Jahren. Der Grund für diese Entscheidung lag darin, dass Orions Hitzeschild bei der nächsten Mission wesentlich höheren Temperaturen widerstehen muss, die jenseits der Grenzen von dem bisherigen zweidimensionalen Kohlenfaserphenol liegen. Deshalb wurden Proben verschiedener Materialien in dem Ames Research Center hohen Temperaturen ausgesetzt. Während diesen Tests zeigte sich, dass 3D-MAT sich wesentlich besser verhält als das bisherige zweidimensionale Material, das unter den selben Bedingungen brach. Nach drei Jahren der Entwicklung werden nun die Ergebnisse dem Orion-Programm übergeben. Die Fertigung des neuen Materials ist aufwändig: 5.000 Fäden, jeder einzeln kontrolliert, werden zu einem etwa 7,5 Zentimeter dicken, 60 cm breiten, 50-lagigen Block verwoben. Mit einem Spezialkleber werden kleinste Lücken zwischen den Lagen und den einzelnen Fäden verschlossen.

Die Daten, die während EFT-1 gesammelt wurden, sollen auch in das Critical Design Review des Raumschiffs im Sommer einfließen, eine rigorose Designprüfung, bei der das endgültige Design von Orion festgelegt wird. Im Mai soll dann in der Michoud Assembly Facility, einer gewaltigen Fabrikationshalle nahe New Orleans, die Fertigung der nächsten Orion-Kapsel beginnen, im April die Montage des turmförmigen Startabbruchsystems für diesen Flug. Ebenfalls soll dieses Jahr eine Testversion des europäischen Servicemoduls strukturell getestet werden.

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 begonnen. So konnten die Entwicklungsarbeiten an einem Raumschiff, an dem bereits mit Hochdruck gearbeitet wurde, fortgeführt werden.

Der nächste Flug von Orion steht nicht später als im November 2018 mit der Mission EM-1 (Exploration Mission 1) an. Bei dieser Mission soll ein unbemanntes Orion-Raumschiff zum Mond fliegen und dort in eine stabile Mondumlaufbahn einschwenken. EM-1 wird etwa 25 Tage dauern und neben einem europäischen Servicemodul, das Technologien des inzwischen eingestellten ATV-Raumtransporters verwendet, auch den neuen Schwerlastträger der NASA einsetzen, das Space Launch System (SLS). Das SLS befindet sich noch in der Entwicklungsphase, gleichzeitig werden große Teile der Infrastruktur, die bereits am Kennedy Space Center existiert, modernisiert und umgebaut, damit das SLS dort starten kann.

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Ein Beitrag von Martin Knipfer. Quelle: spaceflightnow, WAFF, NASA, NSF.

1. Unterer Hitzeschild

Bei dem unteren Hitzeschild von Orion handelt es sich um eine runde und gewölbte Platte mit einem Durchmesser von etwa fünf Metern. Er ist an der Unterseite der Orion-Kapsel angebracht und soll die Kapsel vor den extremen Temperaturen während des Wiedereintritts beschützen. Dieser Hitzeschild besteht aus einer Titan-Trägerstruktur, über der eine Membran aus Kohlefaser-Materialien angebracht wird. Danach wird das ablative, rötliche AVCOAT-Material, das bereits bei den Apollo-Raumschiffen eingesetzt wurde, manuell in jedes der 320.000 honigwabenartigen Löcher hineingespritzt, woraufhin der Hitzeschild mithilfe von Röntgenstrahlung inspiziert wird. Doch Analysen vor Orions erstem Testflug haben gezeigt, dass der Hitzeschild nicht die Erwartungen erfüllt, die die Ingenieure in ihn haben.

Die Oberfläche des Schildes war etwas unebener als ursprünglich erwartet. Obwohl er während EFT-1, dem ersten Testflug von Orion, gute Arbeit geleistet hat, wird nun eine Designänderung empfohlen. Diese betrifft aber nicht das Material des Hitzeschilds, sondern seinen Fertigungsprozess. Bisher wurde der Hitzeschild als ein Ganzes gefertigt, von dieser Methode will man nun wegkommen und ihn stattdessen in mehrere Blöcke aufteilen, die einzeln mit AVCOAT im Voraus gefüllt werden. So kann das ablative Material von Zeit zu Zeit statt alles auf einmal aufgetragen werden, wodurch sichergestellt wird, dass die Arbeiter in Übung bleiben. Die endgültige Entscheidung bezüglich dieser Designänderung soll im April gefällt werden, im März wird der Hitzeschild, der bei EFT-1 zum Einsatz kam, zu dem Marshall Space Flight Center in Alabama gebracht, wo er für genauere Analysen mithilfe einer CNC-Fräse „rasiert“ wird.

2. Druckkabine

Bei der Druckkabine von Orion handelt es sich um eine flaschenähnliche, innen hohle Struktur. Sie besteht aus mehreren gewölbten Platten aus einer Aluminium-Lithium Legierung, die mithilfe von Rührreibschweißen miteinander verbunden werden, einer State-of-the-art Fertigungstechnologie, bei der zwei Platten durch die Reibungswärme eines rotierenden Metallstiftes miteinander verschweißt werden. Die Druckkabine von Orion hat ein Innenvolumen von etwa 20 Kubikmetern (etwa dreimal höher als das der Druckkabine von Apollo), um sie sind sämtliche Systeme der Kapsel angeordnet. Da die Druckkabine der einzige Bereich des Raumschiffs ist, der mit Luft unter Druck steht, werden sich hier die Astronauten während des Fluges aufhalten.

Mit dieser Druckkabine gibt es kein unmittelbares Problem, sie erfüllt die Erwartungen der Ingenieure. Jedoch möchte die Herstellerfirma von Orion, Lockheed Martin, die Masse des kapselförmigen Crewmoduls um 25 Prozent senken. Eine Designänderung, die zu diesem Zweck vorgeschlagen wurde, sieht vor, die Anzahl der Paneele zu senken, die für die konusförmig gewölbte Platte der Druckkabine miteinander verschweißt werden. Statt den bisherigen sechs sollen nun drei genügen. Die Bereiche dieser Platte, durch die Schweißnähte verlaufen, müssen für gewöhnlich verstärkt werden. Da es nun an drei Stellen keine Schweißnähte mehr geben wird, kann an diesen Bereichen Material eingespart werden.

3. Aufrichtungssystem

Eine weitere mögliche Designänderung, die direkt aus Orions erstem Testflug EFT-1 (Exploration Flight Test 1) resultiert, betrifft das Selbstaufrichtungssystem der Kapsel. EFT-1 war ein äußerst erfolgreicher Erstflug, fast alle Komponenten haben ihre Erwartungen getroffen. So war etwa die Genauigkeit des GPS-Navigationssystems an Bord höher als erwartet, die Steuertriebwerke der Kapsel haben deutlich weniger Treibstoff verbraucht als vorher berechnet wurde und auch der Stromverbrauch war niedriger als vorhergesagt. Obwohl es kein Ziel des Fluges war, befindet sich diese Orion-Kapsel in einem Zustand, der es ermöglicht, sie erneut zu verwenden, und zwar für einen suborbitalen Test des turmförmigen Startabbruchssystems 2018. 85 von 87 Designzielen wurden erreicht, die beiden nicht-erfüllten betrafen beide das Selbstaufrichtungssystem der Kapsel.

Diese Komponente kommt zum Einsatz, wenn die Orion-Kapsel abgebremst von Fallschirmen im Wasser gelandet ist. Es könnte passieren, dass die Kapsel sozusagen „kopfüber“ im Wasser landet, also mit dem unteren Hitzeschild nach oben. Dann sollen fünf Ballone an der Oberseite der Kapsel mit Helium aufgeblasen werden, um die Kapsel wieder in die richtige Lage zu kippen. Obwohl Orion bei EFT-1 in korrekter Ausrichtung landete, wurde das Selbstausrichtungs- system zu Testzwecken ausgelöst. Die Pyrotechnik dafür funktionierte, jedoch wurden von den fünf Ballonen nur zwei aufgeblasen, zwei verloren sehr bald Druck und ein weiterer blies sich überhaupt nicht auf. Als Ursache wird ein Leck in dem Hochdruck-Heliumsystem vermutet. Kaum ein Ingenieur glaubt, dass das jetzige Design eine langfristige Lösung ist. Deshalb erscheint nun eine Designänderung der internen Helium-Rohrleitungen wahrscheinlich.

Die Daten, die während EFT-1 gesammelt wurden, sollen auch in das Critical Design Review des Raumschiffs im Sommer einfließen, eine rigorose Designprüfung, bei der das endgültige Design von Orion festgelegt wird. Im Spätsommer soll dann in der Michoud Assembly Facility, einer gewaltigen Fabrikationshalle nahe New Orleans, die Fertigung der nächsten Orion-Kapsel beginnen, im April die Montage des turmförmigen Startabbruchsystems für diesen Flug. Ebenfalls soll dieses Jahr eine Testversion des europäischen Servicemoduls strukturell getestet werden.

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 begonnen. So konnten die Entwicklungsarbeiten an einem Raumschiff, an dem bereits mit Hochdruck gearbeitet wurde, fortgeführt werden.

Der nächste Flug von Orion steht nicht später als im November 2018 mit der Mission EM-1 (Exploration Mission 1) an. Bei dieser Mission soll ein unbemanntes Orion-Raumschiff zum Mond fliegen und dort in eine stabile Mondumlaufbahn einschwenken. EM-1 wird etwa 25 Tage dauern und neben einem europäischen Servicemodul, das Technologien des inzwischen eingestellten ATV-Raumtransporters verwendet, auch den neuen Schwerlastträger der NASA einsetzen, das Space Launch System (SLS). Das SLS befindet sich noch in der Entwicklungsphase, gleichzeitig werden große Teile der Infrastruktur, die bereits am Kennedy Space Center existiert, modernisiert und umgebaut, damit das SLS dort starten kann.

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Erstellt von Martin Knipfer. Quelle: NASA, NASA TV, NSF

Am 5. Dezember begann eine neue Ära der bemannten US-Raumfahrt: Das neue Raumschiff Orion der US-amerikanischen Luft- und Raumfahrtbehörde NASA startete zu seinem historischen Erstflug EFT-1 (Exploration Flight Test 1). Nach dieser erfolgreichen Mission wurde die Raumkapsel aus dem pazifischen Ozean geborgen und an Bord des Bergungsschiffes USS Anchorage zurück an Land befördert. Am 8. Dezember erreichte die Anchorage dann den Militärhafen von San Diego. Dort wurde Orion ausgeladen und in ein spezielles Zelt gebracht, in dem die Herstellerfirma Lockheed Martin die Kapsel inspizierte und Daten aus ihr gewonnen hat. Daraufhin wurde Orion in eine Transportstruktur verladen, die den Spitznamen „Armadillo“(Gürteltier) trägt, diese Transportstruktur wurde dann auf einem LKW befestigt.

Danach begann die lange Fahrt von San Diego nach Florida, 3.700 km quer durch die Vereinigten Staaten. Am 18. Dezember kam Orion dann am Kennedy Space Center an. Die Transportstruktur wurde gereinigt und dann in der LASF (Launch Abort System Facility) abgestellt, einem Gebäude auf dem Gelände des Kennedy Space Centers. Im Kennedy Space Center fanden die Endmontage und Vorbereitungen auf den Start statt, nun kehrt das Raumschiff quasi an seinen „Geburtsort“ zurück. Orion wurde aus der Transportstruktur herausgehoben und mit einer Pressekonferenz empfangen, nun beginnen genauere Analysen der Systeme der Kapsel. Dazu werden der obere Hitzeschild demontiert und Kabel, Rohre und Avionik- und Antriebssysteme im Inneren des Raumschiffs genauer inspiziert.

Vorläufige Untersuchungen des Raumschiffs haben ergeben, dass keine unerwarteten Beschäd- igungen aufgetreten sind. An der Seite der Kapsel gab es Anzeichen für Einschläge von Mikrometeoriten oder Weltraummüll, wovon man schon vor dem Flug ausgegangen ist. Von dem Hitzeschild wurden bereits Proben entfernt und in ein Labor für genauere Analysen geschickt. Generell ist der Zustand der Orion-Kapsel gut genug, um sie aufzuarbeiten und bei einem weiteren Flug verwenden zu können: Ascent Abort 2 (AA-2) 2018. Bei diesem Test soll Orion mitsamt dem Startabbruchsystem auf einer Peacekeeper-Rakete von dem Startplatz SLC-46 in Cape Canaveral starten. Kurz vor dem Überschreiten der Schallmauer, wenn die dynamische Belastung an ihrem höchsten Punkt ist, die auf das Raumschiff wirkt, soll das Startabbruchsystem während des Fluges zünden und Orion von der übrigen Rakete entfernen. Dieser Flug wird den letzten Test des Startabbruchsystems vor der ersten bemannten Orion-Mission darstellen.

Auch ein weiterer Flug von Orion steht 2018 an: Exploration Mission 1 (EM-1). Bei diesem Flug soll Orion erstmals auf dem Space Launch System starten, der neuen Schwerlastträgerrakete der NASA, und bis zum Mond fliegen. Die einzelnen Metallpaneele der Druckkabine der Kapsel, die bei diesem Flug zum Einsatz kommen soll, sind momentan bereits in Südkalifornien im Bau. Sie werden danach zu der Michoud Assembly Facility transportiert, eine gewaltige Fabrikationshalle im US-Bundesstaat Louisiana, und dort ab dem Spätsommer 2015 mithilfe von Rührreibschweißen miteinander verbunden, einer State-Of-The-Art Fertigungstechnologie. Vorher soll im April 2015 die Endmontage des Startabbruchsystems für diesen Flug beginnen. Eine Testversion des europäischen Servicemoduls, das auf dem Servicemodul des Raumtransporters ATV basiert und bei EM-1 zum Einsatz kommen soll, befindet sich momentan in Bau. Es wird wahrscheinlich 2015 für strukturelle Belastungstests zum Einsatz kommen.

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 begonnen. So konnten die Entwicklungsarbeiten an einem Raumschiff, an dem bereits mit Hochdruck gearbeitet wurde, fortgeführt werden.

Der nächste Flug von Orion steht nicht später als im November 2018 mit der Mission EM-1 (Exploration Mission 1) an. Bei dieser Mission soll ein unbemanntes Orion-Raumschiff zum Mond fliegen und dort in eine stabile Mondumlaufbahn einschwenken. EM-1 wird etwa 25 Tage dauern und neben einem europäischen Servicemodul, das Technologien des inzwischen eingestellten ATV-Raumtransporters verwendet, auch den neuen Schwerlastträger der NASA einsetzen, das Space Launch System (SLS). Das SLS befindet sich noch in der Entwicklungsphase, gleichzeitig werden große Teile der Infrastruktur, die bereits am Kennedy Space Center existiert, modernisiert und umgebaut, damit das SLS dort starten kann.

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Ein Beitrag von Martin Knipfer. Quelle: NASA.

Der Hitzeschild ist einer der wichtigsten Bestandteile eines Raumschiffes. Er dient dazu, das Raumschiff vor der enormen Hitze während des Wiedereintritts in die Erdatmosphäre zu beschützen. Und die neue Raumkapsel der NASA, das Orion Multi-Purpose Crew Vehicle (MPCV), besitzt sogar zwei von ihnen. Zum einen verfügt es über einen kreisförmigen unteren Hitzeschild. Da Orion mit ihm voran in die Erdatmosphäre eindringt, ist die Temperatur an ihm besonders hoch. Aus diesem Grund wird ein besonders hitzeresistentes Material namens AVCOAT für ihn verwendet. Dieser Hitzeschild wurde bereits vor zwei Monaten an der für Orions Erstflug EFT-1 vorgesehenen Orion-Kapsel befestigt. Nun kam der zweite, obere Hitzeschild hinzu. Dieser unterscheidet sich deutlich von dem unteren Hitzeschild.

Der obere Hitzeschild besteht nämlich anders als der untere Hitzeschild nicht aus einem monolithischen Block, sondern ähnlich wie der Hitzeschild des Space Shuttles aus hunderten kleinen schwarzen Kacheln, die einander sehr ähnlich sind. Dieser Aufbau ist möglich, weil die Temperatur an dem oberen Hitzeschild wesentlich niedriger als am unteren sein wird und so bereits ein weniger komplexer Hitzeschutz ausreicht. Diese insgesamt 970 Kacheln sind auf mehreren größeren Platten befestigt, die nun an der Außenseite der Orion-Kapsel montiert wurden. Berechnungen zufolge könnten sie sich auf bis zu 1.750 °C erhitzen. Obwohl die maximale Temperatur des unteren Hitzeschilds über 2.200 °C noch deutlich höher sein wird, wird der obere Hitzeschild der Orion-Kapsel doch wesentlich heißer als der Hitzeschild des Space Shuttles. Die Platten des oberen Hitzeschildes bilden zugleich auch die für die Orion-Kapsel charakteristische Kegelstumpfform.

Doch die Hitze während des Wiedereintritts ist nicht die einzige Gefahr, vor der Orion von dem oberen Hitzeschild beschützt werden muss. Auch befinden sich im Weltraum eine große Anzahl an Mikrometeoriten oder Weltraumschrott. Diese Teile sind zwar äußerst klein, deswegen jedoch nicht ungefährlich. Durch ihre hohe Geschwindigkeit können sie bei einem Aufprall trotzdem einen nicht unbeträchtlichen Schaden verursachen. Wenn nun der obere Hitzeschild von einem solchen Teil getroffen und beschädigt wird, besteht die Gefahr, dass ein Loch im oberen Hitzeschild entsteht. So kann das heiße Plasma, das während des Wiedereintritts Orion umgibt, durch das Loch in das Innere des Raumschiffes „kriechen“. Den Schaden, den es dort anrichten wird, könnte sogar zum Verlust der Besatzung führen.

Nachdem es 2003 bei dem Space Shuttle Flug STS-107 zu einem derartigen -wenn auch nicht durch Mikrometeoriten ausgelösten- Vorfall kam, wurden verschiedene Techniken entwickelt, die es ermöglichen, einen solchen beschädigten Hitzeschild zu reparieren. Zu Shuttle-Zeiten konnte man recht genau bestimmen, bei welcher Beschädigung eine Reparatur des Hitzeschildes notwendig war. Diese Daten sind jedoch wegen der komplett anderen Form nicht auf Orion übertragbar. Deshalb mussten neue Computermodelle für den Wiedereintritt von Orion entwickelt werden.

Um diese Modelle zu verifizieren, haben Ingenieure der NASA zwei Löcher in den oberen Hitzeschild gebohrt. Beide haben einen Durchmesser von etwa 2,5 cm, das eine mit einer Tiefe von ebenfalls circa 2,5 cm, das andere mit einer Tiefe von etwa 3,5 cm. Die Kacheln, in die die Löcher hineingebohrt wurden, sind circa 3,75 cm dick und befinden sich gegenüber dem Fenster der Kapsel. So können Sensoren an Bord der Orion-Kapsel erkennen, wie hoch die Temperaturen innerhalb der Löcher sind. Mit den dabei gesammelten Daten können dann weitaus genauere Computermodelle bezüglich Beschädigungen des Hitzeschutzschilds entwickelt werden. Nach der abgeschlossenen Montage des oberen Hitzeschildes stehen als nächstes Tests der Orion-Kapsel mit den bei EFT-1 zu erwartenden Strahlungs- und Vakuumsbedingungen an.

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.

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Ein Beitrag von Martin Knipfer. Quelle: NASA.

Nachdem die Kapsel mit dem Servicemodul vor rund anderthalb Monaten verbunden wurde, musste getestet werden, ob alle Systeme des Raumschiffes in dieser neuen Konfiguration funktionieren. Nur so kann sichergestellt werden, dass sie während des EFT-1 Flugs eine funktionstüchtige Einheit bilden. Ein Weg, diese Tests durchzuführen, ist es, verschiedene Abschnitte des Fluges zu simulieren. So „denkt“ Orion, dass es bereits fliegt, obwohl es sich immer noch auf dem Boden im Kennedy Space Center befindet.

Die Simulationen liefen derart ab, dass man beispielsweise etwa den GPS-Sensoren des Orion-Raumschiffes Daten zuspielte, wie sie bei dem realen EFT-1 Flug zu erwarten sind. Auch Aktionen wie das Abwerfen des Rettungssystems wurden simuliert. Danach prüfte man die Reaktionen des Raumschiffes auf diese Ereignisse und sorgte dafür, dass Fehler in den Abläufen behoben werden. Das ist zwar keine absolute Garantie dafür, dass unter realen Bedingungen alles funktioniert, aber das Beste, was man vor dem Flug durchführen kann.

Zuerst simulierten die Mitarbeiter der Missionskontrolle an NASAs Johnson Space Center in Houston einen fehlerfreien Flug, dann kamen simulierte Fehler hinzu, die bei dem Erstflug eines neuen Raumschiffes wie Orion nicht unwahrscheinlich sind. Beispielsweise wurde geprüft, was Orion tun würde, wenn die Trennung von der Delta-Oberstufe fehlschlägt. Doch nicht nur die Reaktionen des Raumschiffes, sondern auch die der Bodenkontrolle wurde überprüft. Dutzende mögliche Fehler und die Reaktionen auf diese wurden simuliert.

Insgesamt wurden sechs vollständige Missionen simuliert: Eine fehlerfreier und fünf mit verschiedenen Fehlern. Die Ergebnisse – sowohl seitens Orion als auch seitens der Bodenkontrolle – waren zufriedenstellend, sodass man jetzt zum nächsten Schritt zu EFT-1 übergehen kann: Das Anbringen des oberen Hitzeschilds. Zusammen mit dem unteren Hitzeschild beschützt diese kegelstumpfförmige Struktur, bedeckt mit 970 Kacheln, das Innere des Raumschiffes vor der Hitze beim Wiedereintritt und den Bedingungen des Weltraums, wie etwa Mikrometeoriten. Der obere Hitzschild ist fertiggestellt und verfügbar für die Montage. Nach der Montage ist Orion bereit für die nächsten Tests.

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. 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 im Dezember 2017, 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.

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Der Beitrag Orion in simulierten Flügen als Test für EFT-1 erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Roland Rischer. Quelle: NASA, Raumcon.

Raketenstarts und Landungen sind bis heute zum einen noch eine ziemlich ruppige Angelegenheit. Zum anderen treten beim Flug feinste Vibrationen auf. Um sicher zu sein, dass die neu entwickelte Orion-Kapsel derartigen Vibrationen bereits während ihres ersten Testfluges stand halten wird, wurde das Fluggerät vom 17. bis 24. April 2014 in der High Bay-Halle des Operations and Checkout-Building am Kennedy Space Center umfangreichen Tests unterworfen. Dafür wurde die inzwischen mit Avionik, Steuerungsdüsen, Fenster und Fallschirmen bestückte innere Orion-Zelle in einen speziellen Teststand transportiert. Der Testwoche vorausgegangen waren monatelange Vorbereitungen und die Ausarbeitung verschiedener Testabläufe. Dazu gehörte auch die Festlegung von Show-Stoppern, das heißt die Vorab-Definition von Grenzwerten, ab denen ein einzelner Vibrationstest abgebrochen werden muss.

Zum mobilen Vibrationsteststand gehören zwei elektromagnetische Shaker, die jeder eine Kraft entsprechend knapp zwei Tonnen Druck entwickeln können. Die Orion-Kapsel stand auf einen speziellen Podest, um Einflüsse vom Hallenboden auszuschließen. Vor Beginn den Testreihen wurden die Batterien geladen, die Avionik, Instrumente und elektrische Komponenten wurden unter Strom und die Tanks unter Druck gesetzt. Die Vibrationstests begannen bei fünf Hertz. Die Frequenz wurde schrittweise auf 500 Hertz erhöht. Das liegt im Bereich der auf Raketen und Nutzlasten üblicherweise angewendeten Anregungsfrequenzen. Nach jedem der 30-sekündigen Testläufe wurden die gegenüber liegenden Shaker versetzt, um die daraus resultierenden Abweichungen analysieren zu können.

Vorläufige Analysen der Werte der angebrachten Schwingungssensoren und Dehnungsmessstreifen zeigten keine größeren Probleme auf. Die Zellstruktur der Orion-Kapsel und die Aggregate verhielten sich demzufolge wie prognostiziert. Die Tests waren zwei Tage vor dem geplanten Termin beendet.

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Ein Beitrag von Roland Rischer. Quelle: NASA, NSF, SFN, Raumcon.

Trotz der Startverschiebung um rund drei Monate arbeitet das Orion-Team auf eine Fertigstellung des Raumschiffs zum zuletzt anvisierten Starttermin im September/Oktober 2014 hin. Das ist allein schon aus Gründen der Zeitplanung für das zweite Orion-Raumschiff notwendig, an dem zum Teil die gleichen Spezialisten arbeiten (werden). Es startet voraussichtlich im Dezember 2017 auf dem dann verfügbaren Space Launch System zur unbemannten Exploration Mission 1 (EM-1). 2020 oder 2021 ist mit EM-2 der erste bemannte Orion-Flug geplant. Doch auch wenn durch die Einhaltung der ursprünglichen Planung bei EFT-1 die Personalverfügbarkeit für das Projekt EM-1 nicht zum Engpass wird, könnte Stress aufkommen, weil die Ergebnisse des EFT-1 verspätet für den Critical Design Review zur Verfügung stehen.

Zum gegenwärtigen EFT-1-Produktionsstatus:

• Im März sind in der Cape Canaveral Air Force Station der mittlere und der Steuerbord-Booster der Delta IV Heavy angekommen. Der verbleibende dritte Booster wird noch in der United Launch Alliance-Fabrik in Decatur, Alabahma, fertiggestellt. Er soll zusammen mit der Oberstufe im April am Cape ankommen.
• Das Service-Modul wurde bereits im Januar komplettiert und den notwendigen Start- und Flugbelastungstest ausgesetzt. Diese Tests wurden früher als geplant abgeschlossen. Bei dieser Ausführung des Service-Moduls handelt es sich weitgehend um einen Dummy, der lediglich die Stromversorgung via Batterie sicherstellt, denn viele der späteren Versorgungsaggregate sind für den relativ kurzen Testflug nicht notwendig. Das Service-Modul für die Flüge ab 2017 wird gegenwärtig aus dem europäischen Automatic Transfer Vehicle ATV heraus für die Orion entwickelt.
• In der Orion-Kapsel, dem Crew-Modul, wurden fast alle Avionik-und sonstige elektronische Komponenten installiert. Die insgesamt 59 Systeme werden gegenwärtig schrittweise einzeln getestet (functional testing), bevor das Gesamtsystem zusammengeschaltet und einem Leistungstest unterzogen wird (performance testing).
• Diese Tests des Crew-Moduls werden im April abgeschlossen sein. Danach wird das neu entwickelte Hitzeschild angebracht. Noch im Frühling ist der Zusammenbau von Orion-Kapsel, Service-Modul und Rettungsystem (launch abort system) vorgesehen.

Der EFT-1 besteht aus zwei Erdumkreisungen mit einem erdfernsten Punkt bei rund 5.800 Kilometern. Während des mehrstündigen Flugs können jene Systeme, die am wichtigsten für die Sicherheit künftiger Besatzungen sind, getestet werden. Der Wiedereintritt in die Erdatmosphäre erfolgt mit rund 32.000 Kilometern pro Stunde und wird am neuen Hitzeschild Temperaturen bis 2.200 Grad Celsius erzeugen. Ein erfolgreicher Hitzeschildtest ist entscheidend für das gesamte Projekt. Seit der Rückkehr der Apollo-Kapseln vom Mond wurden vergleichbare Extreme nicht mehr erreicht.
Während die NASA zunächst keine konkrete Begründung für die Startverschiebung lieferte, melden die Informationsdienste NASASpaceflight und Spaceflight Now , dass die US Air Force mit dem Start zweier Satelliten für das Geosynchronous Space Situational Awareness (GEO SSA) System den Vorrang bekommt. Und während die NASA noch vom 04. Dezember als Starttermin ausgeht, denkt man bei der USAF laut dieser Dienste an dem 15. Dezember.

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Ein Beitrag von Michael Clormann. Quelle: NASA, ESA, nasaspaceflight.com, Raumcon.

Nach gegenwärtigem Zeitplan der US-Raumfahrtbehörde soll der sogenannte Exploration Flight Test-1 (EFT-1), der erste orbitale Einsatz des Orion-Crew Module (CM), bereits im September des kommenden Jahres stattfinden. Zunächst noch ohne Besatzung wird der Erstflug einen temporären Erdorbit mittlerer Höhe ansteuern und anschließend den Wiedereintritt der Raumkapsel mit hoher Geschwindigkeit in die Erdatmosphäre ermöglichen. Eines der Kernziele von EFT-1 ist entsprechend die Erprobung der thermischen und strukturellen Widerstandsfähigkeit des Crew Module, das in wenigen Jahren Menschen die sichere Rückkehr von Missionen, auch über die niedrige Umlaufbahn hinaus, ermöglichen soll. Der nun ausgelieferte ablative Hitzeschild wird das Testfahrzeug bei seinem Flug durch die oberen Luftschichten unseres Planeten vor der enormen Wärmeentwicklung durch die abbremsenden Reibung schützen. EFT-1 soll mit knapp neun Kilometern pro Sekunde bereits ein Tempo erreichen, das in dieser Hinsicht mit dem Eintrittsszenario der späteren, bemannten Missionen vergleichbar sein wird. Der Schild wurde seit Januar 2012 von Industriepartnern der NASA gefertigt, die zum Teil bereits ähnliche Strukturen für das Apollo-Programm in den 1960er Jahren lieferten. Das spezielle Kunststoffharz Avcoat, welches die eigentliche Wärmeschutzwirkung des Bauteils bereitstellt, steht in ähnlicher Rezeptur und Verarbeitung also bereits in einer fast 50-jährigen Tradition. Gleiches gilt für die Wabenstruktur des Schildkörpers, in die das Avcoat-Material eingebracht wird. Dennoch stellt Orion im Vergleich zum Command Module Apollos alleine schon aufgrund seiner Dimensionierung in gewisser Weise Neuland dar: Wies bei zweiterem die Grundfläche der Kapsel, und damit des Hitzeschutzes, einen Durchmesser von rund 3,9 Metern auf, beträgt dieser beim Orion-CM immerhin etwa fünf Meter. Dies entspricht einer zu schützenden Fläche, die jene der Apollo-Kapsel um etwa zwei Drittel übersteigt. Der Größenzuwachs des Multi-Purpose Crew Vehicle (MPCV) im Vergleich zur Mondkapsel der 1960er und 1970er Jahre liegt vor allem in der erhöhten Mannschaftsstärke von bis zu vier Astronauten, sowie dem breiteren Spektrum möglicher Missionsszenarien begründet. Neben der Bereitstellung einer, auch personellen, Versorgungskapazität für die Internationale Raumstation, soll Orion eben auch die Reise zu nahen Himmelskörpern im Sonnensystem (wieder) möglich machen.

Vor der Fertigstellung des Hitzeschilds hatte die Entwicklung und Erprobung des Orion-Raumschiffs in den vergangenen Monaten bereits einige Meilensteine absolviert: Erst im November verlief, unter anderem, ein Test zur Abtrennung der Schutzverkleidung des Service Module erfolgreich. Zeitgleich konnte der Adapter installiert werden, der das MPCV während des EFT-1 mit der Oberstufe des Launchers verbinden wird. Im September bot sich NASA-Astronauten im Simulator erstmals die Gelegenheit, neu entwickelte Bedienelemente zu testen und sich mit dem allgemeinen Missionsablauf eins bemannten Orion-Starts vertraut zu machen. Im Sommer wurden in Kooperation mit der US-Marine praktische Übungen zur Bergung des Crew Module aus dem Ozean durchgeführt. Das für den finalen atmosphärischen Abstieg und die Wasserung der neuen, bemannten Raumkapsel entwickelte Fallschirmsystem musste sich in den Wochen davor in seinem insgesamt zehnten Falltest bewähren. Der Start des EFT-1 wird, sollte dieser Termin eingehalten werden können, 2014 zunächst auf dem Trägersystem Delta IV Heavy erfolgen, da das eigentlich für Orion vorgesehene, schwere Space Launch System (SLS), nach einem gegenwärtig noch angepeilten Erststart 2017, erst ab dem kommenden Jahrzehnt zur Verfügung stehen kann. Die Delta-Rakete für den Einsatz im Herbst wird, nach wiederholt bestätigtem Zeitplan des Betreibers United Launch Alliance (ULA), im März an das Kennedy Space Center ausgeliefert werden können. Insgesamt bleibt der Zeitplan der NASA für die Indienststellung von Orion dennoch ambitioniert. Neben verbleibenden Herausforderungen, Risiken und Unklarheiten technischer Art, insbesondere auch in der Verwirklichung des SLS, hält auch die administrativ-politische Ebene noch das eine oder andere potentielle Hindernis für eine fristgerechte Umsetzung des Programms bereit. So ist zum einen die Mittelverteilung der NASA in ihrer gegenwärtigen Phase der Umorientierung und Budgetknappheit durchaus nicht endgültig gesichert, während andererseits die Kooperation mit Europa, vorläufig zuständig für das Orion-SM, für beide Seiten weiterhin ein hohes Maß an Koordination und Bereitschaft zum Interessenausgleich durch Kooperation voraussetzt.

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