Ein Beitrag von Roman van Genabith. Quelle: NASA JPL.

Die Anforderungen an einen Landeplatz für eine interplanetare Mission sind hoch. Das Terrain muss die Landung, die Fortbewegung und die Energieversorgung begünstigen, sofern das Landefahrzeug solargetrieben ist. Zudem sollte die Umgebung auch ein angemessenes wissenschaftliches Potenzial haben.

Die Suche nach solchermaßen geeigneten Orten ist, bedingt durch die limitierten Beobachtungsmöglichkeiten, ein anspruchsvolles Unterfangen. Die NASA verfolgt verschiedene Ansätze, die verbesserte Geländekenntnisse auf fremden Himmelskörpern zum Ziel haben. So arbeitet die NASA etwa gemeinsam mit dem JPL am Konzept eines Helikopters, der einem Rover und seinen Fahrern eine erweiterte Umgebungsübersicht liefern soll, welche die Fahrtplanung vereinfachen und die Mission beschleunigen könnte, Raumfahrer.net berichtete. Eine andere Herangehensweise könnte möglicherweise auch für die Landung von Astronauten zu einem Zeitpunkt in ferner Zukunft eine Rolle spielen.

Preliminary Research Aerodynamic Design to Land on Mars (PRANDTL-M) heißt ein Konzept, das in der ersten Hälfte des kommenden Jahrzehnts verwirklicht werden könnte. Dabei handelt es sich um eine Drohne, die geeignete Landeplätze für Marsmissionen aufspüren soll, eventuell auch für die ersten Astronauten auf dem roten Planeten.

Bei dem Gefährt, dessen Bezeichnung übersetzt etwa „Vorläufiges aeronautisches Forschungsdesign zur Landung auf dem Mars“ heißt, soll es sich um einen Nurflügler mit einer Spannweite von etwa 60 Zentimetern handeln. Die Drohne soll unter Marsschwerkraft (0,38 G) weniger als 450 Gramm wiegen und aus einem widerstandsfähigen Verbundwerkstoff gefertigt sein. In Frage kommt zum Beispiel Glasfaser- oder kohlenstoffverstärkter Kunststoff.

Aufgaben der Marsdrohne
Ähnlich wie ein hypothetischer Helikopter, der als Kundschafter und Führer für einen Rover fungiert und das Gelände in Fahrtrichtung beobachtet, wäre auch die Aufgabe einer Erkundungsdrohne die landschaftliche Aufklärung, nur in einem größeren räumlichen Umfang. Ein solches Mars-Flugzeug könnte mögliche Landeplätze überqueren und hochauflösende, detailreiche Fotos machen, anhand derer die Missionswissenschaftler einen geeigneten Landeplatz ermitteln, hofft Al Bowers, Chefwissenschaftler am NASA Armstrong Flight Research Center.

Ten minutes of Terror
Als Taxi zum Mars würde eine Rovermission fungieren. Diese würde die Drohne bei Eintritt in die Atmosphäre in einem CubeSat ausklinken, der Teil des Hitzeschilds sein wird und die Reise als Ballast mitmacht. Auf diese Weise bliebe das Missionsbudget nahezu unverändert.

Nach dem Abwurf soll der CubeSat die Drohne freisetzen, die dann ihren rund zehnminütigen Abstieg durch die Marsatmosphäre beginnen wird, eine Flugphase, die den damaligen „7 Minutes of Terror“ bei der Landung von Curiosity ähneln und einen finalen Test von Stärke und Haltbarkeit des winzigen Flugzeugs darstellen dürfte. Insgesamt wird die Drohne rund 30 km weit fliegen.

Schwierige Landung
Wie viele interplanetare Missionen ist das skizzierte Konzept anspruchsvoll. Deshalb beginnt die NASA bereits in diesem Jahr mit ersten Tests. Zunächst soll bei mehreren Versuchen von Collegestudenten ein Modell des Gleiters in verschiedenen, ungewöhnlichen Fluglagen erprobt werden.

„Die Wissenschaftler erwarteten zwar, dass der Gleiter sich wieder fange. Aber wenn wir das schließlich wissen, werden wir ihn beruhigter von einem Ballon in großer Höhe fliegen lassen“, spielt Bowers auf die nächste Stufe der vorbereitenden Tests an. Von einem Höhenballon aus rund 30 km Höhe soll eine Drohne abgeworfen werden und zu Boden segeln. Zumindest in der Abwurfhöhe ähneln die Bedingungen etwas der Marsatmosphäre, die deutlich dünner als die irdische Lufthülle ist.

Doch naturgemäß lässt sich der Ernstfall auf der Erde nicht unter realen Einsatzbedingungen testen. Die Atmosphäre in den tieferen Luftschichten weist deutlich andere Eigenschaften auf als auf dem Mars, was sich auch auf die Flugeigenschaften der Drohne auswirkt. Zudem verwendet der Gleiter bei seinem Testflug ein GPS-gestütztes Wegpunktnavigationssystem, das auf dem Mars ebenfalls nicht zur Verfügung steht.

Insgesamt zwei Ballonflüge sind geplant, einer im laufenden, einer im kommenden Jahr. Während der Flüge soll auch die Nutzlast der Drohne getestet werden. Zur Nutzlast gehören eine hochauflösende Kamera zur Geländeerkundung und ein Höhenradiometer, das auch Aufschlüsse über das Strahlungsspektrum in hohen Schichten der Erdatmosphäre liefern könnte.

Den Projektwissenschaftlern bleibt indes noch etwas Zeit, die verschiedenen Variablen zu durchdenken. Einen ersten Start von PRANDTL-M plant die NASA zwischen 2022 und 2024.

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Quelle: DLR.

Am Donnerstag, dem 26. April 2007 um 10:00 Uhr Ortszeit war es endlich soweit: SOFIA, das fliegende Stratosphären Observatorium für Infrarot-Astronomie – ein Gemeinschaftsprojekt der National Aeronautics and Space Administration (NASA) und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) startete in Waco (Texas, USA) zu seinem ersten Testflug nach dem Umbau.
Deutsche wie amerikanische Ingenieure, Wissenschaftler und Manager waren erleichtert und sichtlich stolz, hatten sie doch seit Wochen diesem Augenblick entgegengefiebert und auf Hochtouren dafür gearbeitet. Für knapp zwei Stunden zog die fliegende Sternwarte ihre Schleifen in einer Flughöhe von etwa 4.000 Metern am strahlend blauen texanischen Himmel. Prof. Johann-Dietrich Wörner, Vorstandsvorsitzender des DLR, sieht in diesem erfolgreichen Erstflug von SOFIA einen der wichtigsten Meilensteine dieses amerikanisch-deutschen Projektes der Infrarot-Astronomie. Nun kann die sich anschließende Testphase und der erste wissenschaftliche Einsatz der fliegenden Sternwarte mit größerer Planungssicherheit angegangen werden.

Auch an der Universität Stuttgart, wo das Deutsche SOFIA-Institut (DSI) angesiedelt ist, hatte man den erfolgreichen Erstflug mit Spannung erwartet. „Dieser erste Flug von SOFIA bringt uns der wissenschaftlichen Nutzung der Sternwarte einen Riesenschritt näher“, betont Prof. Wolfram Ressel, Rektor der Universität Stuttgart. „SOFIA und das in Deutschland entwickelte Teleskop haben den ersten Testflug gut überstanden“, freut sich Prof. Hans-Peter Röser, Leiter des DSI und des Instituts für Raumfahrtsysteme (IRS) der Universität Stuttgart. Die Stuttgarter Ingenieure und Astronomen unterstützen und koordinieren die Vorbereitung und Durchführung der wissenschaftlichen Flüge mit SOFIA auf deutscher Seite. Im Jahr 2009, dem Internationalen Jahr der Astronomie, wird SOFIA möglicherweise das erste Mal auch auf dem Stuttgarter Flughafen landen, der einer der SOFIA-Projektpartner aus der Region ist.

Öffnung in Außenwand der Boeing
SOFIA ist eine umgebaute und mit einem Hightech-Teleskop ausgestattete Boeing 747 SP. Das Teleskop war im Auftrag des DLR von den deutschen Firmen MT-Mechatronics und Kayser-Threde entwickelt und gefertigt worden. Der Umbau der früheren Passagiermaschine wurde von der Firma L3-Communications in Texas vorgenommen. Hierzu wurde eine vier mal sechs Meter große Öffnung in die Außenwand der Boing geschnitten. „Diese einschneidenden Veränderungen an der Struktur des Flugzeugs und der sich anschließende Einbau des Teleskops mit einem Spiegeldurchmesser von 2,7 Metern waren eine Herausforderung für alle Beteiligten“, betont Dr. Dietmar Lilienthal, SOFIA-Projektleiter des DLR.

Gespickt mit Messinstrumenten
Aus Sicherheitsgründen befanden sich während des ersten Testflugs von SOFIA neben den beiden NASA Piloten Gordon Fullerton und Bill Brockett nur drei Flugingenieure an Bord. Allerdings war das Flugzeug gespickt mit diversen Messinstrumenten und Sensoren, die das Verhalten und die Belastungen der Maschine während der verschiedenen Flugmanöver für eine spätere, detaillierte Analyse aufzeichneten. Auch das Verhalten und der Einfluss des 17 Tonnen schweren Teleskops wurden während des Fluges mit Sensoren überwacht. In den nächsten Monaten werden am NASA Dryden Flight Reserach Center in Südkalifornien weitere Testflüge mit SOFIA durchgeführt.

Astronomische Revolution mit zwei deutschen Instrumenten
Mit der fliegenden Sternwarte SOFIA wollen deutsche und amerikanische Wissenschaftler ab 2009 Infrarotbeobachtungen durchführen. Deutsche Wissenschaftler entwickelten zwei der neun Instrumente der ersten Generation. FIFI LS (Far-Infrared Field-Imaging Line Spectrometer) wurde unter der Federführung von Dr. Albrecht Poglitsch vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching gebaut, um zum Beispiel Galaxien besonders hoher Leuchtkraft, die jedoch nur im infraroten Wellenlängenbereich freigesetzt wird, auf Sternentstehung und schwarze Löcher zu untersuchen. Mit GREAT (German REceiver for Astronomy at Terahertz Frequencies), entwickelt unter der Leitung von Dr. Rolf Güsten vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie und seinen Kollegen der Universität zu Köln, des MPI für Sonnensystemforschung, Lindau, und des DLR-Instituts für Planetenforschung, Berlin, können Astronomen die innersten Bereiche von Sternentstehungsgebieten untersuchen und somit Zeugen einer Sterngeburt werden. „Die Daten der beiden deutschen Instrumente werden unsere Vorstellungen über die Zusammensetzung des interstellaren Mediums und die Prozesse der Sternentstehung in unserem Kosmos erheblich erweitern“, verspricht Prof. Jürgen Stutzki von der Universität zu Köln, der zurzeit Sprecher der an SOFIA beteiligten Wissenschaftlergemeinschaft ist.

SOFIA ist ein Gemeinschaftsprojekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) und der National Aeronautics and Space Administration (NASA). Es wird auf Veranlassung des DLR mit Mitteln des Bundes (BMWi), des Landes Baden-Württemberg und der Universität Stuttgart durchgeführt. Der wissenschaftliche Betrieb wird auf deutscher Seite vom Deutschen SOFIA-Institut (DSI) der Universität Stuttgart koordiniert, auf amerikanischer Seite von der Universities Space Research Association (USRA). Die Entwicklung der deutschen Instrumente ist finanziert mit Mitteln der Max-Planck-Gesellschaft und der Deutschen Forschungsgemeinschaft.

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Ein Beitrag von florianstremmel. Quelle: NASA.

Die mit jeweils 250.000 US-Dollar dotierten Ausschreibungen sollen die High-Tech-Entwicklung vorantreiben. Zum einen soll ein unbemanntes Fluggerät gefördert werden, das wissenschaftliche Tätigkeiten sowohl auf Planeten als auch auf Monden mit Atmosphären durchführen kann. Zum anderen handelt es sich um die Förderung der Koordination von Mond-Erkundungs-Robotern.

Die Ausschreibung für ein wissenschaftliches Planeten-Fluggerät soll die Entwicklung von innovativen Lösungen fördern, mit denen die NASA Planetenforschung betreiben will; als ausdrücklich geeignet für eine spätere Anwendung gelten der Mars und der Saturnmond Titan. Als Anforderung an das autonom operierende Luftfahrzeug wird das Fliegen entlang einer sich schnell verändernden Flugstrecke genannt, wobei als Hilfsmittel ausschließlich ein optisches Navigationssystem dienen darf. Auf GPS-Daten muss verzichtet werden. Zusätzlich soll der Flieger in der Lage sein, mit einer aus- und wieder einfahrbaren Sonde mehrere präzise Bodenberührungen zu meistern.

Die Centennial Challenges der NASA verfolgen das Ziel, technische Entwicklungen mit Hilfe eines neuen Programms von Preis-Wettbewerben zu unterstützen. Es spricht mit seinem in Aussicht gestellten Gewinn von 250.000 US-Dollar also ausdrücklich private Tüftler und Unternehmen an. Auch das beteiligte gemeinnützige California Space Education and Workforce Institute hofft durch das Programm Industrie, Lehrkräfte und Studenten inspirieren und für Raumfahrtforschung sensibilisieren zu können.

Die endgültigen und genauen Bedingungen des Wettbewerbs werden mit dem planmäßigen Beginn der Initiative im Oktober 2007 verkündet. Bis dahin sollen eine interne Überprüfung und ein Phase der öffentlichen Kommentierung des Wettbewerbs abgeschlossen sein.

Gleichzeitig wurde mit der Telerobotic Construction Challenge (Teleroboter-Konstruktion Herausforderung) ein Wettbewerb gleicher Art angekündigt, der die Entwicklung von Technologien zum Ziel hat, die es Robotern ermöglichen, komplexe Aufgaben zu erfüllen. Gleichzeitig soll dabei ein unterstützender menschlicher Eingriff möglichst gering sein. Hier wird die NASA von der kalifornischen Spaceward Foundation unterstützt. Falls der Wettbewerb dazu beitragen sollte, dass sich sowohl einfache und komplexe Strukturen koordinieren und auf ein gemeinsames Ziel hinarbeiten, werden nach Ansicht der NASA viele Aspekte der Erkundung unbekannten Terrains positiv betroffen sein, speziell wird die Erkundung des Mondes angesprochen. Aus diesem Grund sollen für die Überprüfung der Kriterien-Erfüllung Kommunikationsverzögerungen und –beschränkungen simuliert werden, wie sie typisch für Verbindungen zwischen Erde und Mond sind. Die Roboter sollen in einer Arena verstreute Gebäude-Gegenstände gemeinsam zusammenfügen, und dabei intelligent genug sein, mit nur periodischen menschlichen Anweisungen zurecht zukommen.

Der Wettbewerb soll zwei Jahre dauern, beginnend im August 2007. Die genauen Wettbewerbsbedingungen sollen Anfang 2006 feststehen. Auch hier winken 250.000 US-Dollar Preisgeld.

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Autor: Raumfahrer.net Redaktion.

Wenn Sie weitere Informationen zu Andreas Bergweiler und seinem Weg zur ISS lesen möchten: Auf der Internet-Seite space-affairs.com können Sie sein Tagebuch über das Sea Survival Training for Cosmonauts lesen.

Text: © Andreas P. Bergweiler (Space-odyssey.com)

Nach fast zwei Jahren „Abstinenz“ vom Kosmonautentraining beginne ich mit meiner Reise erneut am 03.09.2003 indem ich mit der Lufthansa wieder nach Moskau fliege.

Als ich im Flugzeug sitze, habe ich die Gedanken im Kopf, die ich damals am 12.09.2001 hatte, als ich zu meinem ersten Abenteuer aufbrach, dem „Sea Survival Training for Cosmonauts“.

Damals war es die erste Reise in Richtung Moskau, mittlerweile ist es die dritte. Anfang Juni diesen Jahres war ich auch über Pfingsten in Moskau, um einige vorbereitende Dinge zu klären für den Parabelflug und ich habe einige Gespräche mit Igor Rudyaev, dem Foreign Economic Deputy von Star City führen können. Im Laufe der Zeit ist Igor ein sehr guter Freund geworden, den ich sehr gern mag. Im Juli 2002 war er auf einem Kurzbesuch in Deutschland und besuchte mich in Waldesch, und dieser Besuch hat unsere Freundschaft vertiefen können, als er während einer Geburtstagsfeier meine gesamte Familie kennen lernte. Wir saßen bis halb sechs Uhr morgens auf der Terasse und fachsimpelten. Wie ich diesen Abend überstehen konnte, weiß ich heute nicht mehr, hatte er doch nachmittags bei seiner Ankunft eine gute Flasche russischen Wodkas als Gastgeschenk mitgebracht, die wir in zwei Stunden leerten. Normalerweise wollte abends er wieder zu seinem Hotel in Frankfurt fahren, jedoch war das auch gesundheitlichen Gründen nicht möglich.

Am Abend des 03.09. bekommt die Gruppe, mit der ich auf den Parabelflug gehe, einen kurzen medizinischen Check-Up und die mitgebrachten medizinischen Atteste werden durch den Medical-Service überprüft. Für einen Parabelflug sollte man sich in einem normalen körperlichen Gesundheitszustand befinden. Bluthochdruck und erhöhter Pulsschlag sind nicht lebensbedrohlich wenn sie nicht einen Wert von 160/100 RR übersteigen, höher sollten sie jedoch nicht sein. Auch ist erforderlich, dass eine gründliche ärtzliche Voruntersuchung in Deutschland erfolgt ist, wo auch psychische Erkrankungen ausgeschlossen werden, wie z.B. Schizophrenie und Klaustrophobie. Stellen Sie sich einmal vor, wenn sie es in einem Fahrstuhl schon nicht aushalten, wie Sie sich an Bord einer Ilyushin fühlen, die keine Fenster hat und sie wissen nicht genau, wo Sie sich befinden!

Nach dem medizinischen Check bekommen wir eine Einweisung, was ein Parabelflug bedeutet. Eine Videopräsentation zeigt eindrucksvolle Bilder von vorangegangenen Parabelflügen. Ich staune, als ich ein sehr bekanntes Gesicht aus der Formel-1 auf dem Bildschirm sehe, David Coulthard dreht sich in der Ilyushin um seine eigene Achse, einige Einstellungen später wird gezeigt, wie er in seinem Silberpfeil sitzt und dieser während der Parabel in Schwerelosigkeit versucht, sich selbstständig zu machen, wäre er nicht mit Seilen so arretiert, dass er nicht bis an die Decke schweben kann!

Bilder des Kosmonautentrainings werden gezeigt, und einige Mitglieder der Gruppe sitzen dort in der Runde im dunklen Raum mit offenem Mund. Winter-Training, Water-Survival Training, Desert-Training, Jet-Training und Mission Training. Die russische Raumfahrt hat sich im Laufe der letzten Jahre an die neuen internationalen Gepflogenheiten der Kosmonautik angepasst: inhaltlich wird noch das selbe Training vollzogen wie in den 70er Jahren, wenn auch mit modernerer Technik. Jedoch befinden sich mittlerweile internationale Astronauten in Star City, die die zukünftigen Besatzungen der Internationalen Raumstation bilden oder auch auf zukünftigen Shuttle-Missionen Module andocken werden.

Nach der Videopräsentation stellt sich der Leiter des Parabelflugteams vor, sein Name ist Boris. Er ist der Chefinstruktor, und er erläutert in knappen Worten, welche Sicherheitsbedingungen vor, während und nach dem Flug eingehalten werden müssen. Ein anderer Instruktor erklärt das Verhalten während der Schwerelosigkeit und ich fühle mich sofort wieder zurückversetzt in mein Training in Sochi. Wenn man solch einen Weg beschreitet, wie ich ihn versuche zu gehen, muss man lernen, seinen Kopf frei zu bekommen und die „Angst“ zu unterdrücken. Man muss sich gehen lassen können, denn die Instruktoren verlangen viel von einem. Man muss wissen, warum man nach rechts gehen muss, wenn sie sagen: „Geh nach rechts!“. Eine gute Teambereitschaft ist schon mal eine angenehme Ausgangssituation, wenn man sich anschickt, zu den Sternen aufzubrechen!

Der Chefmediziner des Parabelflugtrainings betritt den Raum und erklärt ungefähr eine Viertelstunde lang die medizinischen Auswirkungen des Parabelflugs. Als sehr unangenehm wird von den meisten Teilnehmern der Steigflug empfunden: wenn die Maschine sich auf einer Flughöhe von 6.000 Meter befindet und sie mit ihrem Steigflug beginnt: im 45 Grad Winkel steigt sie mit Vollgas in Richtung 10.000 Meter Marke. Durch die Beschleunigung wird an Bord alles zweimal schwerer! Wiegen sie z.B. am Boden 80 Kilogramm, so wiegen Sie während des Steigfluges 160 KG!

Ich kann mir dieses Gefühl schwer vorstellen an diesem Abend. Sicherlich kenne ich diese Gefühle vom Achterbahnfahren wie viele andere auch, nur ist es eben nicht so wie auf der Achterbahn. Während sich bei der Achterbahn sämtliche Effekte nur innerhalb von wenigen Sekunden abspielen, dauert der Steigflug mehrere Minuten.

Ich bin müde und blicke auf die Uhr. Ein sehr langer Tag neigt sich seinem Ende entgegen. Alle sind müde und wollen nur noch ins Bett. Der Arzt sagt, dass es besser ist, nicht mehr als 8 Stunden Schlaf vor einem Parabelflug zu haben und nicht weniger als 6 Stunden. Ich blicke auf meine Uhr und sehe, das ich gerade noch 7 Stunden schaffen könnte, wenn ich mich anstrenge.

Eine Stunde später liege ich im Hotelzimmer auf dem Bett und in meinem Kopf befinden sich sehr viele Gedanken über Kosmonauten und Training. Einerseits bin ich müde, andererseits bin ich total aufgekratzt in Erwartung des Parabelfluges am nächsten Morgen. Irgendwann gegen ein Uhr morgens schlafe ich ein, und ich träume vom Fliegen …

04.09.2003 – What goes up, must come down!
Gegen sieben Uhr rappelt mein Handy und ich nehme eine lange warme Dusche. Das Wetter in Russland sieht ganz gut aus, als ich aus dem Fenster blicke. Kein Wölkchen ist am Himmel zu sehen und es sieht so aus, als würde es ein hervorragender Tag werden. Nach der Dusche lege ich meinen Flightdress an, einen selbstbesorgten Original US-Navy-Fighter Overall, ein seltenes Stück Stoff in Deutschland. Er ist feuerresistent, jedoch sehr angenehm zu tragen. Es ist die Sommerausführung, im Winter würde ich mir in ihm wohl den Hintern abfrieren. Nachdem ich meine persönlichen Dinge geregelt habe, treffe ich mich mit der Gruppe und ein Bus bringt uns zur Einfahrt von Star City, wo schon die Crew der Ilyushin 76 MDK auf uns wartet. Von weitem erkenne ich schon Igor, es freut mich, dass er da ist.

Nach einer kurzen Begrüßung ziehen die ersten „Wölkchen“ am Himmel auf und ich beginne zu „beten“, dass das Wetter halten soll. Denn es wäre fatal, wenn der Parabelflug wegen einem Wetterproblem nicht statt finden könnte. Nebenbei bemerkt gibt es nur drei Möglichkeiten, dass ein Parabelflug nicht starten kann: entweder technische Defekte am Flugzeug, Wetterprobleme oder gesundheitliche Probleme. Ich erfahre an diesem Morgen, dass es in der 35-jährigen Geschichte der russischen Raumfahrt nur sehr selten vorgekommen ist, dass ein Parabelflug nicht gestartet oder abgebrochen worden ist.

Nach einem kurzen Smalltalk mit Boris und Igor sitze ich im Bus, der uns zum nahegelegenen militärischen Flugplatz bringt. Nach einer kurzen Einlasskontrolle bewegt sich der Bus über das Flugfeld und ich bemerke sehr viele Flugzeuge, die auf den Rollfeldern stehen: Antonov´s AH 124, Ilyushin 86, mehrere Turbopropflugzeuge. Nach fünf Minuten weiterer Fahrt hält der Bus an und wir steigen aus. Vor uns, die Ilyusin 76 MDK. Sie ist ein Spezialflugzeug und eignet sich sowohl für Parabelflüge mit „lebenden Objekten“ als auch für Laborflüge, in denen das Verhalten von Flüssigkeiten oder Kristallen oder anderen Materialien überprüft werden kann.
Ich betrachte mir die Maschine. Sie sieht sehr gut in Schuss aus. Von der russischen Technik ist der Westen nicht immer begeistert, einige russische Maschinen sind in Europa erst gar nicht zugelassen, entweder aus Lautstärkegründen, aus Emissionsgründen oder aus technischen Gründen.
Ich gehe um die Maschine herum, mache einige Fotos und betrachte mir das Fahrwerk. Das Profil sieht recht gut aus, denke ich, dann bekommen wir die Anweisung, uns ins Innere des Flugzeugs zu begeben.

Als ich in die Maschine komme, bin ich überrascht, so groß sieht sie von außen gar nicht aus. Ein ungefähr 20 bis 30 Meter langer Innenraum zeigt sich, ca. fünf Meter breit, vier Meter hoch. Er ist gut ausgepolstert am Boden und der Decke, direkt hinter dem Eingang befindet sich das Kommandopult der Instruktoren. Hier werden medizinische Daten erfasst und die Bewegungen und Übungen koordiniert.
Ich sehe einen russischen Offizier mit der berühmten großen Schirmmütze. Irgendwie kommt mir der Offizier bekannt vor, dann erkenne ich ihn: Es war mein „Chefarzt“ während des Überlebenstrainings in Sochi. Ich begrüße ihn, er erkennt mich und wir geben uns die Hand. Leider habe ich seinen Namen vergessen, später erfahre ich, das er auch Juri heißt! Ich kenne mittlerweile soviele Juris, dass ich sie manchmal gar nicht auseinanderhalten kann.

Wieder heißt es: kurzer medizinischer Check. Blutdruck und Puls werden gemessen und der Arzt fragt nach meinem Wohlbefinden. Mein Blutdruck ist an diesem Morgen mehr als in Ordnung und ich fühle mich sehr gut. Nachdem der Routinecheck vollzogen ist, schaue ich mir die Maschine etwas genauer an. Die Ilyushin ist ein Transportflugzeug, ich erkenne den Hubkran, auf dem 2.800 Kilogramm steht. Ich gehe in Richtung Cockpit, komme aber nicht weit, weil ich von einem Besatzungsmitglied nicht durchgelassen werde. Okay, denke ich, ich bin an Bord eines Militärflugzeugs und habe dafür Verständnis.

Dann beginnt wieder die Sicherheitsbelehrung und man legt uns Fallschirme an! Fallschirme werden Sie fragen? Habe ich mich zunächst auch gefragt, aber es ist aus Sicherheitsgründen erforderlich, während der Startphase Fallschirme zu tragen. Die Instruktoren zeigen sich geduldig, für jede Körpergröße gibt es einen speziellen Fallschirm. Ich bin bisher einmal in meinem Leben Tandem gesprungen, ein einmaliges Erlebnis und fühle mich in diese Zeit zurückversetzt. Nur war damals jemand dabei, der wusste, was zu tun ist.

Nach einer halben Stunde Belehrung und Einweisung in die Sicherheitsmaßnahmen an Bord sitzen wir alle auf dem Boden. Bei der ersten Parabel wird empohlen, sich an einer Stange festzuhalten, um den Körper genügend Zeit zu lassen, sich in seiner Umgebung zurecht zu finden. Einige aus der Gruppe denken wohl nicht daran, was ich schon an den Gesichtern erkennen kann. Da ich weiß, warum Instruktoren sagen, man solle sich festhalten, denke ich nicht weiter darüber nach und tue es ganz einfach!

Nach 20 Minuten startet der Pilot die vier Düsentriebwerke, es wird laut an Bord und man kann sich nur mit Schreien verständigen. Ich bemerke eine innere Aufregung. Nichts Nervöses, ich bin gespannt auf das Gefühl der Schwerelosigkeit und kann es kaum erwarten. Neben mir sitzen Johan und Steven, zwei Jungs aus Schweden. Zu den beiden komme ich noch ausführlich.

Die Maschine scheint ewig über das Rollfeld zu fahren und man bekommt nicht richtig mit, dass man sich auf einmal in die Luft erhebt. Die Maschine ist binnen Minuten auf ihrem vorgeschriebenen Kurs. Da sie keine Fenster im Innenraum besitzt, ist eine Orientierung nicht richtig möglich. Ich besitze ein ausgezeichnetes Orientierungsvermögen und bemerke die Flugbewegungen der Ilyushin. 20 Minuten benötigt sie zum Steigen und irgendwann bemerke ich, dass wir unsere Flughöhe erreicht haben. Das Warten beginnt.

Boris lächelt und macht seine Scherze. Ich vergaß noch etwas zu erwähnen: Ein guter Bekannter sendete mir vor meiner Reise nach Russland original Kotztüten der British-Airways mit der Aufforderung, sie nach der Benutzung vorne bei den Piloten abzugeben, schließlich sind diese auch Schuld an einem „etwaigen“ Desaster, wenn man seinen Mageninhalt begutachten kann! Die Instruktoren tragen „Mülltüten“ bei sich. Gottseidank sind diese nicht durchsichtig, denke ich und Boris macht seine Scherze. Er meint, das Entgeld zur Benutzung eines „Kotzbeutels“ beträgt fünf Dollar! Geschäftiges Völkchen, diese Russen!

Während meiner Überlegungen bemerke ich urplötzlich, dass ich schwerer werde und meine Beine kaum bewegen kann. Die Gruppe verfällt in Aufregung und jeder hat bemerkt, dass die Maschine sich anschickt, die erste Parabel im 45 Grad Steigwinkel zu nehmen. Urplötzlich springt Boris in die Höhe und greift an die vier Meter hoch gelegene Decke des Flugzeuges. Ich sehe dies und denke: Das ist es, die Schwerelosigkeit beginnt. Ich drücke mich mit den Füssen von dem weichgepolsterten Boden ab, aber falle schnell wieder auf den Boden! Nichts mit Schwerelosigkeit und bemerke, das Boris sich schon lange wieder auf dem Boden der Tatsachen befindet! Verwunderung macht sich breit, habe ich die Schwerelosigkeit verschlafen? Erst später erfahre ich: Professionelle und ausgebildete Piloten, die Parabeln fliegen dürfen, können kurz vor der Schwerelosigkeit einen Zustand von 0,6 G bewirken.

Noch in Gedanken werde ich von einer Sekunde auf die andere von der Schwerelosigkeit überrascht: Ich bemerke, wie sich die Schwerelosigkeit vom Heck des Flugzeuges aus ausbreitet, ich sitze ungefähr in der Mitte. Meine Füße vor mir bewegen sich urplötzlich in Richtung Decke. Festhalten, denke ich, nur nicht loslassen und mein Verstand siegt! Ich drehe mich auf den Kopf, die Füße stehen an der Decke. Ich sehe meine schwedischen Kollegen, wie sie sich um die eigene senkrechte Achse drehen wie in einem Karusell und ein Instruktor führt behutsam Ihre Hände zurück zur Haltestange. Mein Geist bekommt nicht richtig mit, dass ich nach 38 Jahren zum ersten Mal schwerelos bin! Ich sehe die Welt mit anderen Augen und fühle mich sehr gut. Es ist, als würde mein Geist meinen Körper verlassen und mich selber bei dem Zustand der Schwerelosigkeit beobachten können. Ein nun fast nicht zu beschreibendes Gefühl (Boris meint später in einer ruhigen Sekunde zu mir: „Zero-G is better than Sex!“) bemächtigt sich meiner, es ist fast ein metaphysisches Erlebnis. Tausende von Gedanken schießen mir durch den Kopf, ich denke komischerweise an Schwarze Löcher und deren Übergänge der Materie, „Event Horizon“ genannt. Wie ich darauf komme, weiß ich nicht mehr. Ich bewege mich wieder nach unten, dann wieder nach oben, immer die Stange festhaltend. Was um mich herum passiert, bekomme ich nur wie in einem Traum mit: ich sehe etwas, aber ich weiß nicht was.

Genauso schnell wie die Schwerelosigkeit begonnen hat, endet sie wieder. Im Flugzeug befindet sich eine Lampe, die anzeigt, wenn die Schwerelosigkeit dem Ende zugeht und dann sollte man sich schleunigst wieder in Richtung „Boden“ des Flugzeugs bewegen, auch wenn man zunächst nicht weiß, wo der Boden in Wirklichkeit ist.
Die erste Parabel geht zu Ende und die Beschleunigungskräfte wachsen wieder auf 2 G an, was aber durch meinen Geist nicht mehr so wahrgenommen wird wie beim Aufstieg der Ilyushin in die Parabel.

Das Ganze wird zehnmal wiederholt, ich schwebe durch die Ilyushin wie ein Vogel. Freifliegend, um die eigene Achse drehend, an der Decke des Flugezeuges (mit Unterstützung eines Instruktors wohlgemerkt) entlangrollend. Ich gewöhne mich an die Schwerelosigkeit. Mir wird weder schlecht, noch bin ich euphorisch! Während der Parabeln manifestiert sich der Gedanke in mir, wie es ist, über einen längeren Zeitraum schwerelos zu sein. Ich bin auf einem Flug in mein inneres Ich und gehöre nun zu den Menschen auf der Welt, die seit 1961- sei es durch Parabelflüge oder durch Flüge in den Weltraum, den Verlust der Schwere auf diese Art erleben durften und ich bin stolz auf mich selber. Hätte man mich vor drei Jahren gefragt, ob ich mir das vorstellen könnte, hätte ich gesagt: Niemals. Wie soll ich nur so ein Ziel erreichen?

Und nun habe ich die Schwerelosigkeit erlebt. Ein schwer zu beschreibendes Gefühl. Man muss es selbst erlebt haben, um es nur annähernd beschreiben zu können. Oder versuchen Sie mal, die Gefühle beim Sex zu beschreiben, wenn ich Boris zitieren darf!

Nach 1,5 Stunden kehren wir zum Militärflughafen zurück und landen sicher auf dem Rollfeld. Der ganze Flug geht wie in Minutenschnelle vorbei. Die Schwerelosigkeit dauert bei jeder Parabel nur ca. 25 bis 27 Sekunden. Hört sich nicht viel an, aber machen Sie mal folgenden Versuch. Blicken Sie auf Ihre Uhr und prüfen einmal selber nach, wie lange 27 Sekunden andauern können, eine halbe Ewigkeit für Sie, Millisekunden für mich in der Schwerelosigkeit!

Als ich aus dem Flugzeug steige und wieder „festen“ Boden unter mir spüre, möchte ich am liebsten sofort wieder einsteigen und das Ganze nochmal erleben. Aber ich denke, es wird ein nächstes Mal geben! Unvorstellbar. Mir gehen Gedanken durch den Kopf: Vor sieben Jahren baute ich meine erste eigene Homepage im Internet, die sich der Themen Raumfahrt und Astronomie angenommen hatte, weil es in der Zeit keine guten deutschsprachigen Homepages zu den Themen gab. Und 4 Jahre später durfte ich mit amerikanischen und russischen Raumfahrern trainieren, was es heißt, eine Sojus nach einer Notlandung zu verlassen und im Meer zu überleben. Sechs Jahre später laufe ich an der Decke einer Ilyushin entlang! Mein Weg manifestiert sich im Kopf: Ich muss in den Weltraum. Muss dieses in meinem Leben zu meiner Erfahrung machen! Meine Seele besteht darauf! Und ich werde diese Erfahrung mit allen teilen!

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Autor: Michael Stein

Der Termin für den Transport des Raumfahrzeugs nach Baikonur kommt näher und näher. Und so viele Sachen müssen zur selben Zeit bereit sein. Wolga-Dnjepr, unser Spediteur, verlangt viel Papierkram bevor die beiden Antonow-Transportflugzeuge zu uns geschickt werden. Wir müssen den Mars Express-Orbiter fertig und in seinem speziellen Transportcontainer verpackt haben.
Das bedeutet alle Computer zu verpacken und die Support-Ausrüstung für den Transport in Übersee-Containern zu beschriften. Das sind viele Packlisten, Formulare und Pro-forma-Rechnungen! Es ist wahrscheinlich einfacher zum Mars zu fliegen als 100 Tonnen Ausrüstung in zwei Flugzeugen nach Baikonur zu bekommen!
19. März 2003, 05:00 Uhr, Paris
Der Mitarbeiter an der Hotel-Rezeption weckt mich. Trotz einer Marathon-Sitzung am Abend vorher in Amsterdam habe ich es geschafft, die letzte Maschine nach Paris zu bekommen. Keine Zeit für das Frühstück; ich nehme den Shuttle-Bus, checke am Flughafen-Terminal ein und komme gegen 09:00 Uhr in Toulouse an.

Die Piloten haben gerade die Triebwerke ihrer Antonow-Transportflugzeuge ausgeschaltet. Ich stelle fest, dass der Geräuschpegel während des Fluges eindrucksvoll sein wird. Gegen 10:00 Uhr öffnet sich die Heckrampe und die Beladung beginnt. Die ersten Übersee-Container verschwinden langsam im gigantischen Bauch des Flugzeugs, getragen vom bordeigenen Kran der Antonow. Vier Stunden später verladen sie den siebten Container.
Nun kommt der kostbarste Teil der Fracht. Ein Schwerlast-LKW kommt mit den Mars Express– und Beagle 2-Containern herangefahren. Jeder steht um diese Container herum und macht Fotos. Die Filmteams versuchen das Beladen der Maschine so gut wie möglich einzufangen.
Es ist schon schwer genug, vom Rollfeld auf die Höhe des Frachtraums zu klettern, aber dann muss ich eine steile, wacklige und zerbrechlich aussehende Leiter hinaufklettern. Im Inneren sehe ich das Cockpit (sechs eng aneinander gepresste Sitze) und daneben ein kleines Abteil.
Champagner-Toast
Wie um alles in der Welt sollen die Besatzung, neun Kollegen und ich da hinein passen? Glücklicherweise stellt sich heraus, dass die Leiter nur für die Besatzung ist; wir werden im Heck der Maschine untergebracht. Um dorthin zu gelangen müssen wir eine fünf Meter lange, ebenso zerbrechlich wirkende Leiter hochklettern.

Im Inneren der Transportmaschine sind unsere zehn Sitze, zwei Tische, ein Ofen um unser Essen aufzuwärmen sowie eine Toilette untergebracht. Wir müssen ein Formular mit Sicherheitsvorschriften unterschreiben in dem unter anderem steht, dass wir im Flugzeug keinen Alkohol trinken dürfen. Was machen wir mit den Champagnerflaschen, die wir für die Feier des Starts nach Baikonur mitgebracht haben? Ich überlasse das Ihrer Vorstellung…
In einem Flugzeug ohne Sichtkontakt mit der Außenwelt zu sitzen ist etwas beunruhigend, und wir sind angespannt. Nach einem problemlosen, aber lauten Fünf-Stunden-Flug landen wir in Uljanovsk, Russland. Die Zollkontrollen dauern sechs Stunden. Endlich heben wir nach Baikonur ab, wo wir am Nachmittag des 20. März nach fast 14 Stunden im Flugzeug landen.
Es ist wirklich großartig plötzlich den Rest des Teams wieder zu sehen. Es dauert etwas bevor unsere Besatzung die Heckklappe senkt. Zuerst sehe ich das Tageslicht wieder erscheinen und als die Rampe sich senkt taucht mehr und mehr der Landschaft im Blickfeld auf. Schließlich sehe ich russische Freunde am Boden stehen um uns zu begrüßen. Meine Kollegen winken aus der Entfernung und kommen auf das Flugzeug zu. Ich könnte schreien: Wir haben es geschafft! Die Raumsonde ist in Baikonur, wir alle sind hier, und wir sind bereit, um mit den Startvorbereitungen zu beginnen! Zwei Tage später kommen die übrigen 46 Tonnen Ausrüstung mit einer anderen Antonow an.
Die Operationen in Europa sind vorbei. Eine neue Phase in der Geschichte des Mars Express-Projekts hat begonnen.

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Ein Beitrag von Dominik Mayer. Quelle: NASA.

Die Kamera des unbemannten Luftfahrzeugs (UAV) liefert Bilder auf denen sich Unterschiede im Reifegrad der Kaffeefelder feststellen lassen. Die 1.500 Hektar große Plantage ist die größte in den Vereinigten Staaten. In der Zukunft könnte diese Technik neue Wege des Anbaus erschließen oder in Notsituationen schnell digitale Aufnahmen senden.

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Ein Beitrag von Michael Stein.

Voraussichtlich ab 2005 wird sich nach fast zehnjähriger Pause wieder ein Infrarotteleskop an Bord eines Flugzeuges in die Luft erheben: SOFIA (= Stratospheric Observatory For Infrared Astronomy). Nachdem schon die ersten flugzeuggestützten Infrarotteleskope mit weitaus bescheideneren Mitteln als für SOFIA vorgesehen eine Vielzahl wissenschaftlicher Entdeckungen ermöglicht haben, sind die Erwartungen an das deutsch-amerikanische Gemeinschaftsprojekt hoch. Mindestens zwanzig Jahre lang sollen durchschnittlich drei bis vier Beobachtungsflüge pro Woche stattfinden.

Teleskope an Bord von Flugzeugen – ein Anachronismus?
Im Zeitalter satellitengestützter Weltraumteleskope erscheint es vielleicht zunächst etwas unverständlich, warum ausgerechnet ein Flugzeug ein geeigneter und sinnvoller Standort für ein Teleskop sein soll. Erdgebundene Teleskope machen mit Hilfe computerkorrigierter Spiegelsysteme mittlerweile früher nicht für möglich gehaltene Aufnahmen und können dabei gigantische Spiegel einsetzen, um auch noch kleinste Lichtmengen zu sammeln. Allerdings sind solche Teleskope für die Beobachtung infraroter Strahlung nicht geeignet, da der Wasserdampf in den unteren Schichten der Erdatmosphäre so gut wie sämtliche infrarote Strahlung aus dem Weltraum absorbiert.

Satellitengestützte Infrarotteleskope haben dieses Problem natürlich nicht. Gegenüber SOFIA haben sie darüber hinaus den großen Vorteil, dass sie bei deutlich niedrigeren Temperaturen (nur relativ knapp über dem absoluten Nullpunkt von etwa -271° C) arbeiten, wodurch das „thermische Hintergrundrauschen“ sehr gering ist und deshalb auch die Beobachtung sehr schwacher infraroter Quellen innerhalb und außerhalb unseres Sonnensystems möglich wird.

Und doch hat ein Infrarotteleskop wie SOFIA seine Berechtigung. Dem Nachteil der relativ aufwendigen Technik, die zur Absorption der Triebwerks- und Luftvibrationen erforderlich ist, stehen gleich mehrere Vorteile gegenüber. So können satellitengestützte Infrarotteleskope – die einzige wirkliche Alternative zu Teleskopen wie SOFIA – aus Kostengründen nur mit deutlich kleineren Spiegeln ausgestattet werden als es bei SOFIA der Fall ist. Auch die Flexibilität eines flugzeuggestützten Teleskops, das beim Auftreten interessanter kosmischer Ereignisse jeden beliebigen Punkt des Nachthimmels (egal ob auf der Nord- oder Südhalbkugel) schnell ins Visier nehmen kann, ist bei Weltraumteleskopen meistens aufgrund feststehender Erdumlaufbahnen so nicht gegeben. Ein weiterer Vorteil von SOFIA ist die Möglichkeit, mit ständig wechselnden Mess- und Beobachtungsinstrumenten zu arbeiten: Der Teleskopspiegel selbst ist natürlich eine fixe Größe, aber an das Teleskop können die verschiedensten Instrumente zur Auswertung der von SOFIA aufgefangenen Strahlung angeschlossen werden. Dadurch ist während der auf 20 Jahre angelegten Lebensdauer des Teleskops auch eine ständige Verbesserung der Leistungsfähigkeit möglich, während Weltraumteleskope (von Hubble einmal abgesehen) ihre gesamte Lebensdauer über mit dem Satz von Instrumenten und Kameras arbeiten müssen, der ihnen beim Start des Teleskops mit auf den Weg gegeben wurde.

Zu guter Letzt ist natürlich SOFIA viel wartungsfreundlicher als jedes Weltraumteleskop. Sollte hier einmal eine Komponente versagen, so kann sie jederzeit ausgetauscht werden, was bei Satelliten entweder überhaupt nicht oder aber nur mit exorbitantem Aufwand möglich ist. Es gibt also gute Gründe, die langjährige und erfolgreiche Geschichte der flugzeuggestützten Infrarotteleskope fortzusetzen.

Die Vorgänger von SOFIA

In den 1960er Jahren kam der niederländisch-amerikanische Astronom Gerard Kuiper (der Namensgeber des Kuiper-Gürtels und ein Wegbereiter der modernen Planetenwissenschaften) auf die Idee, an Bord eines Forschungsflugzeugs der NASA, das bis dahin nur für Studien der Erdatmosphäre und -ionosphäre genutzt worden war, ein Infrarotteleskop zu installieren. Obwohl das Flugzeug für diesen Zweck ursprünglich nicht vorgesehen war und die installierten Teleskope deshalb nur durch die Flugzeugfenster Aufnahmen machen konnten, gelangen bald interessante wissenschaftliche Entdeckungen: so wurde durch diese ersten flugzeuggestützten Infrarotteleskope Wassereis in den Saturnringen entdeckt wie auch festgestellt, dass die dichte Wolkendecke der Venus, anders als bis dahin angenommen, nicht aus Wasserdampf besteht. Galileo (so der Name dieses ersten Flugzeugs mit einem Infrarotteleskop an Bord) wurde im Jahr 1973 tragischerweise bei einem Zusammenstoß mit einem anderen Flugzeug zerstört, doch bereits vorher wurde aufgrund der erzielten Erfolge ein zweites Flugzeug mit einem Teleskop ausgestattet.

Diesmal war es ein kleiner Lear-Jet, bei dem im Jahr 1967 ein Kabinenfenster herausgenommen und damit einem 30 cm-Teleskop eine ungehinderte Beobachtungsmöglichkeit Richtung Himmel gegeben wurde. Die Arbeitsbedingungen für die Astronomen an Bord des Lear Jet Observatory (LJO) waren äußerst primitiv: Da der Lear-Jet über keine Kabine mit Druckausgleich verfügte, mussten während des Flugs voluminöse Atemmasken getragen werden, die Temperaturen an Bord schwankten stark und der Beobachter musste auf dem Boden sitzen. Dennoch gelangen mit diesem Flugzeug aufsehenerregende Erfolge: So entdeckten die Astronomen, dass Jupiter und Saturn mehr Energie abstrahlen, als sie von der Sonne erhalten (was bedeutet, dass sie über interne Energiequellen verfügen müssen), und sie beobachteten erstmals das Innere interstellarer Wolken, die im sichtbaren Licht nicht zu durchdringen waren.

Der nächste Schritt war dann im Jahr 1974 die Indienststellung des Kuiper Airborne Observatory (KAO) durch die NASA. In eine umgebaute Zivilversion des Militärtransporters C-141 Starlifter wurde vor dem linken Flügel ein Loch geschnitten, durch das ein 91,5 cm-Teleskop den Sternenhimmel beobachtete. Das Teleskop wurde während der Starts und Landungen durch ein Rolltor geschützt, das erst nach Erreichen der Betriebshöhe geöffnet wurde. Gegenüber dem LJO stellte dies natürlich einen enormen Fortschritt dar, denn das neue Teleskop konnte aufgrund der ungleich größeren Spiegelfläche auch entsprechend mehr Infrarotstrahlung sammeln und gleichzeitig eine größere Auflösung erzielen. Gleichwohl waren die Arbeitsbedingungen immer noch nicht optimal zu nennen, da das Flugzeug, anders als reine Zivilmaschinen, nur eine rudimentäre thermale Isolierung der Kabine gegenüber den extrem niedrigen Außentemperaturen in großer Höhe bot. Außerdem waren die Triebwerke der C-141 laut und vibrierten stark, was die Beobachtungen erschwerte. Und dennoch war auch diesmal die wissenschaftliche Ausbeute während der rund 20jährigen Betriebszeit bis zum Jahr 1995 mehr als reichlich. Zur langen Liste, die an dieser Stelle aufzuzählen wäre, gehört beispielsweise die Entdeckung der Uranusringe und einer dünnen Methanatmosphäre auf Pluto, die Bestätigung der schon vorher geäußerten Vermutung, dass Kometen teilweise aus Wasser bestehen, sowie die Gewinnung von Daten über die Verteilung von Wasser und organischen Molekülen im interstellaren Raum.

Das Flugzeug
Im Vergleich zu ihren Vorgängern wird SOFIA geradezu luxuriös ausgestattet sein. Bei der Maschine – eine 1977 unter der Flagge von Pan Am in Dienst gestellte Boeing 747 SP – handelt es sich um eine verkürzte Version des berühmten „Jumbo Jets“. Sie hat nicht nur den Vorteil, dass sie von Beginn an als Passagierflugzeug konzipiert gewesen ist und deswegen den Wissenschaftlern und übrigen Passagieren ein komfortables Arbeitsumfeld bietet, wichtiger noch ist ihre Auslegung als Langstreckenflugzeug. Während dies früher vor allem wichtig war, um weite Strecken ohne Zwischenstopp zurücklegen zu können, bedeutet dies für den zukünftigen Einsatz des Flugzeugs, dass es lange in der Luft bleiben kann – so sind pro Einsatz durchschnittliche Betriebszeiten von über sechs Stunden geplant, in denen das Flugzeug oberhalb der Mindesteinsatzhöhe von rund 12 km fliegt und das Teleskop aktiv ist.

In den Rumpf der Boeing 747 wird für das Teleskop hinter den Flügeln auf der linken Seite ein Loch in den Rumpf geschnitten, durch das später einmal das Infrarotteleskop himmelwärts blicken wird. Das Teleskop wird bei Start und Landung sowie am Boden durch ein Rolltor geschützt, das erst nach Erreichen der Einsatzhöhe geöffnet wird. Der Passagierraum ist durch ein Druckschott von dem Teleskop getrennt und bietet den üblicherweise zehn bis 15 Wissenschaftlern und Teleskopoperateuren während der Einsätze komfortable Arbeitsbedingungen. Im vorderen Bereich der Maschine ist zudem Platz für Journalisten, Lehrer und andere Gäste vorgesehen, die auf den Flügen von SOFIA mitgenommen und dabei über dieses Projekt informiert werden können.

SOFIA wird auf dem Flugplatz Mofett Field des NASA-eigenen Ames Research Center in Kalifornien stationiert sein, allerdings wird es, wie bereits erwähnt, auch immer wieder längere Einsätze in der südlichen Hemisphäre fliegen. Zurzeit wird das Flugzeug auf den Einbau des Teleskops vorbereitet, das Anfang September in den USA eingetroffen ist. Nach Aufnahme des planmäßigen Betriebs Anfang 2005 hoffen die Wissenschaftler, SOFIA mindestens 20 Jahre lang nutzen zu können.

Das Teleskop
Das Herzstück von SOFIA ist natürlich das in drei Achsen beweglich gelagerte Teleskop. Das in Deutschland gebaute Spiegelteleskop ist ein so genanntes Cassegrain-Teleskop mit Nasmyth-Fokus. Es ist in eine Trägerstruktur eingebettet, die eine hantelartige Form aufweist, wobei das eine Ende der „Hantel“ den aus kohlefaserverstärktem Kunststoff bestehenden Rahmen für das Teleskop bildet und an das andere Ende die Messinstrumente angeschlossen werden können. Durch die Achse der gesamten Vorrichtung wird die von dem Teleskop gesammelte infrarote und sichtbare Strahlung zu den Messinstrumenten geführt. Sie durchquert das Druckschott, welches das Teleskop von der Passagierkabine trennt, so dass der Austausch von Messinstrumenten bequem im Arbeitsbereich der Wissenschaftler und Teleskopoperateure erfolgen kann.

Um Vibrationen so weit wie möglich zu minimieren, sind aufwendige Vorkehrungen getroffen worden. Zum einen wird die aus zwei Teilen bestehende Rolltür immer nur so weit geöffnet, wie es für die Arbeit des Teleskops unbedingt notwendig ist. Darüber hinaus ist der hintere Teil der Rolltür aerodynamisch so geformt, dass im Inneren der Bucht, die das eigentliche Teleskop beherbergt, möglichst wenig Turbulenzen entstehen – keine leichte Aufgabe, wie jeder Autofahrer weiß, der einmal bei Tempo 150 auf der Autobahn die Seitenfenster geöffnet hat (wobei es hier um doch etwas andere Geschwindigkeiten geht: immerhin um die 0,8fache Schallgeschwindigkeit). Weiterhin besitzt die von MAN hergestellte Trägerstruktur des Teleskops computergesteuerte Ausgleichssysteme, die Turbulenzen bis zu einem gewissen Maß vollautomatisch kompensieren können. Um die Ausrichtung des Teleskops nicht durch Triebwerksvibrationen zu beeinträchtigen, ist die zentrale Achse des Gesamtsystems (der „Hantel“) durch 12 luftgefüllte Dämpfer vom Rest der Flugzeugstruktur getrennt. In der Summe können die hier beschriebenen Systeme das Teleskop erstaunlich weit von den durch Flugzeugtriebwerken und Luftturbulenzen hervorgerufenen Beeinträchtigungen abkoppeln.

Das solchermaßen gebettete Teleskop besteht aus dem 2,5 m durchmessenden Hauptspiegel aus Zerodur, einem gegen temperaturbedingte Verformungen extrem unempfindlichen Material. Diese Eigenschaft ist wichtig, da das Teleskop nicht in einem klimatisierten Umfeld betrieben wird und deswegen auch keine konstante Betriebstemperatur gewährleistet werden kann (üblicherweise liegt sie bei etwa -40° bis -60° C). Um Gewicht zu sparen, ist der Hauptspiegel des Teleskops nicht massiv, sondern weist eine wabenförmige Struktur auf. Er sammelt und fokussiert die einfallende Infrarotstrahlung und reflektiert sie zu einem ihm gegenüber angebrachten, rund 35 cm im Querschnitt messenden Sekundärspiegel. Von diesem Spiegel wird die Strahlung noch einmal fokussiert und reflektiert und trifft dann auf zwei Tertiärspiegel. Die Aufgabe dieser Spiegel ist nun jedoch nicht mehr eine weitere Fokussierung der gesammelten Strahlung, sondern alleine die Ablenkung der aufgefangenen infraroten und sichtbaren Strahlung, so dass sie das Teleskop seitlich in Richtung der Messinstrumente verlassen kann. Der vordere, für sichtbares Licht durchlässige Spiegel ist dabei für die Umleitung der infraroten Strahlung (mit Wellenlängen von 0,3 bis 1.600 Mikrometer) zuständig, während die sichtbare Strahlung durch den hinteren Spiegel um 90° abgelenkt wird.

Die Instrumente zur Auswertung der vom Teleskop gesammelten infraroten Strahlung können während der gesamten Betriebsdauer immer wieder durch neuere, leistungsfähigere Detektoren ersetzt werden, so dass die Leistungsfähigkeit des gesamten Systems ständig verbessert werden kann. Für den Anfang ist ein Satz von zehn Instrumenten bestimmt worden, wobei zwei Instrumente (die Spektrometer GREAT und FIFI LS) aus Deutschland kommen.

Ausblick
Die Messlatte für SOFIA liegt angesichts der Erfolge der SOFIA-Vorgänger hoch, aber aufgrund der exzellenten Ausstattung dieses zur Zeit noch im Bau befindlichen Flugzeugteleskops können die Projektwissenschaftler der Mission die vor ihnen liegende Herausforderung guten Mutes annehmen. Wir werden in den nächsten Jahren sicherlich regelmäßig von neuen Erkenntnissen berichten können, die mit diesem neuesten Vertreter flugzeuggestützter Teleskope gewonnen worden sind. Erst Teleskope vom Schlage des geplanten Hubble-Nachfolgers James Webb Space Telescope werden die Leistungsfähigkeit von SOFIA in jeder Beziehung übertreffen können – das allerdings zu deutlich höheren Kosten.

Verwandte Webseiten:

• SOFIA-Homepage des DLR
• SOFIA-Homepage der NASA (englisch)

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Autor: Michael Stein.

Hyperschall-Triebwerke sollen in Geschwindigkeitsbereichen arbeiten, die mit heute üblichen Düsentriebwerken nicht mehr zu erreichen sind: Die Konstrukteure dieser zur Zeit noch am Anfang der praktischen Erprobung stehenden Technologie wollen mit ihnen Geschwindigkeiten zwischen Mach 3 und Mach 20 erreichen (ein Mach entspricht einfacher Schallgeschwindigkeit).

Die grundlegenden Ideen für die Konstruktion von Staustrahltriebwerken sind nicht neu. Bereits im Jahr 1928 wurde dem Ungarn Albert Forno ein (deutsches) Patent für ein Triebwerk erteilt, das alle wesentlichen Elemente und Konzepte des so genannten Ramjet-Triebwerks enthielt. Warum es dann nicht schon lange Flugzeuge gibt, die mit zehn- oder zwanzigfacher Schallgeschwindigkeit zwischen den Kontinenten hin- und herfliegen? Einer der wichtigsten Gründe ist sicherlich das Problem des Tests eines solchen Antriebs. Prinzipbedingt funktionieren die nachfolgend näher vorgestellten Hyperschall-Triebwerke erst ab etwa Mach 3 aufwärts. Solange die Flugzeug- und Triebwerkstechnologie also nicht weit genug ist, um Testflugzeuge auf diese extremen Geschwindigkeiten zu bringen, damit ein Hyperschall-Triebwerk getestet werden kann, können die besten theoretischen Konzepte auch nicht umgesetzt werden.

Aufbau und Arten von Staustrahltriebwerken

Zwei wesentliche Elemente zeichnen ein Staustrahl-Triebwerk aus: Es ist ein luftatmendes Strahltriebwerk, und es verfügt (im Gegensatz zu konventionellen Düsentriebwerken) nicht über eine Turbine.

Wie jedes andere Düsentriebwerk auch wird in einem Staustrahltriebwerk komprimierter Luftsauerstoff mit Treibstoff vermengt. Dieses Gemisch wird anschließend verbrannt, expandiert dadurch und erzeugt beim Austritt aus dem Triebwerk einen in entgegengesetzter Richtung wirkenden Schub. Bei konventionellen Strahltriebwerken, wie sie heutzutage in der zivilen und militärischen Luftfahrt verwendet werden, wird die einströmende Luft mit Hilfe von Turbinenschaufeln im Inneren des Triebwerks zunächst komprimiert, bevor der Treibstoff zugegeben und das Gemisch verbrannt wird. Diese Verdichtung durch eine Turbine ist bei Staustrahltriebwerken nicht notwendig: Durch die extrem hohe Geschwindigkeit, mit der die Luft in das Triebwerk einströmt, reicht bereits eine speziell geformte Düse aus (der so genannte Überschalldiffusor), um die notwendige Verlangsamung und damit Kompression der Luft für den Verbrennungsvorgang zu erreichen.

Ramjet-Triebwerke (= Staustrahl-Triebwerke) sind für Geschwindigkeiten von etwa Mach 3 bis Mach 6 geeignet. Bei geringeren Geschwindigkeiten ist die Kompression der einströmenden Luft für den Betrieb nicht groß genug, und bei höheren Geschwindigkeiten wird die Brennkammer zu heiß. Ab etwa Mach 5 kommen dann die so genannten Scramjet-Triebwerke (= Supersonic-Combustion Ramjets [Überschallverbrennungs-Staustrahltriebwerke]) ins Spiel, bei denen die einströmende Luft aufgrund eines anders geformten Überschalldiffusors weniger stark komprimiert wird und die Temperatur im Triebwerk auch weniger stark ansteigt; im Gegensatz zum Ramjet-Triebwerk bleibt die Luft bei ihrem Weg durch das Triebwerk überschallschnell. Als theoretisches Limit für Hyperschall-Triebwerke dieser Bauart gelten Geschwindigkeiten von etwa Mach 25.

Gegenüber einem Raketenantrieb haben die eben beschriebenen Antriebsarten den entscheidenden Vorteil, dass sie keinen Oxidator wie Sauerstoff mit sich führen müssen – diese Funktion übernimmt der Luftsauerstoff. Dadurch kann die Größe und das Gewicht des Flugzeugs verringert werden, was natürlich eine erhebliche Kostenersparnis bedeutet. Als Treibstoff wird bei den derzeit laufenden Versuchen flüssiger Wasserstoff verwendet. Aufgrund der niedrigen Temperatur dieses Treibstoffs kann er vor dem Verbrennungsvorgang auch zur Kühlung des Triebwerks beitragen. Alleine mit Staustrahltriebwerken kann ein Flugkörper allerdings nicht betrieben werden. Für niedrige Geschwindigkeitsbereiche werden immer konventionelle Triebwerke benötigt, die ihn auf die erforderliche „Betriebsgeschwindigkeit“ für Staustrahltriebwerke bringen.

Praktische Versuche
Wie zu Beginn bereits erwähnt kann das Prinzip des Staustrahltriebwerks bereits auf eine lange Geschichte zurückblicken, und auch erste Flugtests fanden schon vor rund 40 Jahren statt. Im Februar 1959 flog das französische Flugzeug Griffon II mit einem so genannten „Turboramjet-Triebwerk“ mit einer Geschwindigkeit von 1.640 km/h. Zu dieser Zeit begannen auch amerikanische, russische und britische Tests mit Staustrahltriebwerken, die aber aufgrund des unzureichenden Stands der Technik allesamt erfolglos blieben. Zuletzt stellte die amerikanische Raumfahrtbehörde NASA im Jahr 1993 das National Aerospace Plane-Programm aufgrund von Kostenüberschreitungen ein, dessen Ziel die Entwicklung eines mit Staustrahltriebwerken angetriebenen Flugzeugs war.

In den letzten Jahren ist jedoch wieder mehr Schwung in die Entwicklung von Ramjet– und Scramjet-Triebwerken gekommen. Die NASA baut im Rahmen ihres X-43A-Programms drei rund 3,5 Meter lange Flugmodelle, mit denen Scramjet-Antriebe getestet werden sollen. Hierzu werden die Testflugkörper durch eine Rakete beschleunigt und sollen nach Erreichen einer Flughöhe von etwa 30 Kilometern mit Hilfe des eigenen Staustrahltriebwerks Geschwindigkeiten bis Mach 10 erreichen. Der erste derartige Versuch schlug jedoch am 2. Juni 2001 fehl, da die „Starthilfe-Rakete“ während des Flugs versagte.

Ein anderes Zentrum für die Entwicklung solcher Triebwerke ist die University of Queensland in Australien, wo erst vor einigen Tagen ein anscheinend erfolgreicher Test eines Scramjet-Triebwerks stattgefunden hat. Seit rund 20 Jahren wird dort theoretische Grundlagenforschung zu diesem Thema betrieben, und seit 1987 steht den Forschern dort ein Windkanal zur Verfügung, der speziell für die Arbeit an Scramjet-Triebwerken entworfen ist. Im Rahmen des so genannten HyShot-Forschungsprogramms wurde gemeinsam mit internationalen Partnern – darunter auch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt – im letzten Jahr erstmalig ein experimentelles Scramjet-Triebwerk an der Spitze einer Höhenforschungsrakete getestet. Aufgrund eines Fehlers in der Trägerrakete schlug dieser erste Test jedoch fehl.

Beim nun anscheinend geglückten zweiten Anlauf wurde erneut ein solches Triebwerk mit Hilfe einer Höhenforschungsrakete vom australischen Startplatz Woomera aus bis auf eine Höhe von etwa 330 Kilometer geschossen. Nach Erreichen des Gipfelpunktes der parabelförmigen Flugbahn stürzte die Rakete antriebslos zur Erde zurück. Nach dem Erreichen einer Geschwindigkeit von Mach 7,6 in rund 35 Kilometern Höhe wurde für etwa fünf Sekunden das Scramjet-Triebwerk zu Testzwecken gezündet, bevor es samt Trägerrakete kurze Zeit später auf der Erdoberfläche zerschellte.

Ausblick
Man braucht kein Pessimist zu sein, um zu prognostizieren, dass es wohl noch viele Jahre dauern wird, bis das erste nicht-experimentelle Flugzeug (oder Raumfahrzeug?) mit einem Scramjet-Triebwerk abhebt. Angesichts der enormen technischen Probleme und der damit verbundenen hohen Entwicklungskosten ist im Moment noch nicht absehbar, wann – wenn überhaupt – diese Triebwerke neue, kostengünstige Transportmittel für den Weg in den Erdorbit wie auch Flugzeuge für ultraschnelle Interkontinentalflüge möglich machen werden.

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