Quelle: Airbus Defence and Space 22. August 2024.

Bremen, 22. August 2024 – Das dritte europäische Servicemodul (ESM-3) von Orion hat das Airbus-Werk in Bremen verlassen und ist auf dem Weg zum Kennedy Space Center der NASA in Florida, USA. Dort wird es zusammen mit dem Besatzungsmodul montiert und getestet. Im Rahmen des Artemis-Programms der NASA wird diese dritte Mission die erste Rückkehr von Menschen auf die Mondoberfläche seit Apollo 17 im Jahr 1972 sein.

Das von Airbus im Auftrag der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) gebaute ESM-3 wird eine entscheidende Rolle bei der Unterstützung von vier Astronauten während ihrer dreiwöchigen Mission an Bord des Orion-Raumschiffs spielen: vom Verlassen der Erde über die Reise in die Mondumlaufbahn und das Andocken an das Mondlandesystem Starship bis hin zur sicheren Rückkehr zur Erde.

Ralf Zimmermann, Leiter Space Exploration bei Airbus, sagte: „Die heutige Auslieferung des dritten ESM markiert den Beginn der jährlichen ESM-Lieferungen und unterstreicht die Bedeutung und Zuverlässigkeit Europas in dieser transatlantischen Partnerschaft.“ Airbus Defence and Space ist bis zum ESM-6 unter Vertrag und beschafft bis zum ESM-9 Komponenten mit langer Vorlaufzeit.

Der Weltraum ist eine unglaublich raue Umgebung mit Temperaturen von bis zu -200°C. Um die Sicherheit und den Komfort der Astronauten zu gewährleisten, hat Airbus umfassende Systeme zur Kontrolle der thermischen Energie entwickelt, die das Besatzungsmodul auf einer Temperatur zwischen 18 und 24 °C halten, indem sie überschüssige Wärme aus dem Schiff abstrahlen und gleichzeitig die Kälte in Schach halten.

Darüber hinaus versorgt das ESM die Astronauten während ihrer Reise zum und vom Mond mit lebenswichtigen Elementen: „Die NASA hat uns gebeten, eine erdähnliche Standardatmosphäre zu schaffen, was bedeutet, dass wir der Kabine Stickstoff hinzufügen müssen. Im ESM befinden sich 90 Kilogramm Sauerstoff und 30 Kilogramm Stickstoff. Wir verwenden den Stickstoff auch, um Trinkwasser aus dem 240-Liter-Tank für die Astronauten zu pumpen“, sagte Zimmermann.

Im Gegensatz zu den Apollo-Missionen, bei denen Brennstoffzellen zur Stromerzeugung eingesetzt wurden, verwendet Orion ausschließlich Solaranlagen. Die vier Flügel erzeugen eine Leistung von 11,2 kW pro Stunde, genug, um zwei Vier-Personen-Haushalte auf der Erde zu versorgen. Nur etwa 10 % des Stroms werden für das ESM benötigt, die restlichen 90 % gehen an die Batterien und Geräte im Besatzungsmodul. Die Artemis-I-Mission hat gezeigt, dass die Solarzellen etwas mehr Energie erzeugen können als erwartet. Es wird nützlich sein, diese zusätzliche Energie bei der Weiterentwicklung des Artemis-Programms zur Verfügung zu haben.

Die in den Batterien gespeicherte Energie ist von entscheidender Bedeutung, da sie sicherstellt, dass das Orion-Raumschiff auch dann mit Strom versorgt wird, wenn die Sonne verdeckt ist. Die Batterien liefern auch Energie für eine sichere Rückkehr, wenn sich das ESM am Ende der Mission vom Besatzungsmodul trennt, da es dann keinen Zugang mehr zu den Sonnenkollektoren, der einzigen Energiequelle, hat.

Damit sich die Astronauten auf die wichtigsten Aufgaben konzentrieren können, bietet die Avionik an Bord des ESM ein sehr hohes Maß an Autonomie, wie z. B. die Temperaturregelung und die Rotation der Solarflügel, um der Sonne zu folgen. Im Prinzip kann das gesamte Raumfahrzeug die Mission völlig autonom fliegen, aber im Vergleich zur unbemannten Artemis-I-Mission müssen die Astronauten bei Artemis III manuell an das Landesystem Starship andocken.

Orion hat 33 Triebwerke an Bord des ESM, die für Schub und Manövrierfähigkeit sorgen. Das Haupttriebwerk, ein von der NASA zur Verfügung gestelltes, wiederverwendetes Shuttle-Triebwerk (orbital manoeuvring system engine OMS-E), erzeugt 26,5 Kilonewton Schub. Dies reicht aus, um dem Schwerefeld der Erde zu entkommen und die translunare Injektion durchzuführen, um in die Mondumlaufbahn zu gelangen. Acht Hilfstriebwerke dienen als Reserve für das OMS-E und für Korrekturen in der Umlaufbahn. Außerdem gibt es 24 kleinere Triebwerke für die Lageregelung im Weltraum, mit denen sich das Raumfahrzeug bei Andockmanövern drehen oder seinen Winkel ändern kann.

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• Artemis III – Orion MPCV auf SLS

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Quelle: ESA.

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.

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.

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.

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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• Orion / ESM – Raumschiff

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