Ein Beitrag von Thomas Wehr. Quelle: NASA: Orbital Debris Program Office. Vertont von Peter Rittinger.

Während der STS-120-Mission im Oktober 2007 verlagerten die Astronauten das Solarzellenmodul P6 vom Z1-Truss-Element, wo es gut sieben Jahre lang die ISS mit Strom versorgte, zur endgültigen Position zum Ende des Portside Truss, dem backbord- oder linksseitigen Trägerelement.

Dazu musste die Solarzellenstruktur an der Z1-Position ein- und an der P6-Position wieder ausgefahren werden. Die Solarzellenstruktur besteht aus zwei sogenannten Flügeln, die mit SAW 2B und SAW 4B bezeichnet werden. Während des Ausfahrens des SAW-4B-Elementes entstanden an zwei Positionen Risse und das Manöver wurde bei ca. 90% des Ausfahrlänge gestoppt.

STS-120-Besatzung und Bodenkontrolle ermittelten, dass offensichtlich zwei ausgefranste Führungsdrähte die Führungsringe stoppten und dadurch die 90cm breiten und 30cm langen Risse entstanden (Bild1).

Während Außeneinsatz Nummer 4 (EVA#4) trennte Astronaut Scott Parzynski die verhakten Drähte von SAW 4B. Weiterhin wurden die Paneele mit Bändern verstärkt und auf ihre volle Länge ausgefahren.

Die schadhaften Drähte wurden zunächst an Bord der ISS und schließlich zur Untersuchung der Ursache zurück zur Erde gebracht.

Das ausgefranste Ende der Führungsdrähte wurde unter dem Elektronenmikroskop vom „Hypervelocity Impact Team“ der NASA untersucht, welches sich mit Höchstgeschwindigkeits-Material-Einschlägen beschäftigt. Dabei fand man sieben einzelne Litzen, welche am ausgefransten Ende gebrochen waren – alle wiesen laut elektronenmikroskopischer Untersuchung Schmelzstellen auf. Dies ist ein sicheres Zeichen, dass die Beschädigung der Drähte durch MMOD-Partikel (Mikrometeroiten und Weltraummüll) geschah.

Diese Partikel treffen typischerweise mit hoher Geschwindigkeit auf. Die freiwerdende Energie war dabei so groß, dass ca. die 10- bis 100-fache Projektilmasse verformt oder geschmolzen wurde (Bild 2-3). Weitere Litzen des Drahtbündels wurden schließlich durch mechanische Einwirkung zerstört.

Alles deutet darauf hin, dass ein MMOD-Treffer einen Teil der Litzen des Führungsdrahtes zerstörten. Ein Teil dieser Litzen verhedderte sich im Führungsring der Solarpaneele, was zu einem Abscheren weiterer Litzen führte, als sie gegen den Führungsring gedrückt wurden.

Laut NASA Program Office wurden nun weitere Aufwände betrieben, um die Herkunft des Einschlagpartikels zu bestimmen. So wurde die Einschlagstelle mit einem Röntgenspektrometer untersucht, um die Materialbestandteile aufzulisten. Die Führungsdrähte bestehen aus einem hohen Eisen-Chrom-Nickel-Anteil, welcher sich im Spektrum wiederfinden ließ. Auch Partikel von hohem Kohlenstoffgehalt konnten identifiziert werden und stammen wahrscheinlich von einer Kontaminierung durch die Transporttasche.

Allerdings fand man auch Fremdmaterialien, welche nicht im rostfreien Führungsdraht vorkommen.Bismut, Gold-Kupfer-Schwefel-, Gold-Silber-Kupfer-, Lanthan-Cer-, Antimon-Schwefel- und Wolfram-Schwefel-Verbindungen konnte so identifiziert werden (Bild 4-5).
Die Beschaffenheit der Partikel sei ein klarer Hinweis darauf, dass Weltraummüll wohl die Ursache für die Zerstörung der Litzen im Führungsdraht verantwortlich sei – für den Einschlag eines Mikrometeoriten gäbe es, so das Program Office weiter keinerlei Anhaltspunkt.

Der Beitrag MMOD-Treffer beschädigte ISS-Solarzellensystem erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Thomas Wehr. Quelle: NASA: Orbital Debris Programm Office.

Während der Flugabschlussuntersuchung vom Space Shuttle Discovery, nach Ihrem Flug im August/September 2009, wurden 14 Mikrometeoriten- und Weltraummüll-Treffer (MMOD – micrometeoroid and orbital debris) auf dem Kabinenfenster, bis zu 16 Treffer an Flügelkante und Nase und 21 Treffer an den Nutzlastbucht-Kühlradiatoren gefunden.
Einer der Treffer ist vielleicht der bedeutendste, weil er eine 10 Jahre alte Erfolgsgeschichte aufdeckt, so das Orbital Debris Programm Office. Obwohl nicht der größte Krater, lag die Einschlagstelle des MMOD-Treffers an einer strategisch wichtigen Stelle, wo eine Kühlflüssigkeitsröhre an der Radiatorrückwand mit dem Radiator verbunden war.

Dieser Einschlagskrater ist deshalb so bedeutend, zeigt er doch, wie richtig die Entscheidung in den 1990er Jahren war, die Shuttle-Flotte stärker gegen MMOD-Treffer abzusichern, ohne welche die FREON-Kühlmittelleitung gebrochen und das Shuttle durch die entsprechenden Flugrichtlinien, innerhalb von 24 Stunden, zu einer Rückkehr zu einer primären Landebahn (Primary Landing Site – PLS) gezwungen wäre. Das Resultat wäre unter Umständen ein Missionsverlust (lost-of-mission) – ein Abbruch der Mission, ohne die Missionsziele auch nur annähernd erreicht zu haben.

Das Space Shuttle wurde in den 1970ern entwickelt, zu einer Zeit, wo menschlich hergestellter Weltraummüll noch weitestgehend unbemerkt war. Somit wurde das Shuttle nur mit Mikrometeoritenschutz ausgestattet. Das führte dazu, dass sich sehr schnell Beschädigungen durch Weltraummüll zeigten. Der erste bemerkenswerte Treffer war eine 0,2 mm große Delle an einem Fenster, während der STS-7-Mission (1983), welche dafür sorgte, dass das Fenster für den nächsten Flug ausgetauscht werden musste.

In den frühen 1990ern führte die NASA den sogenannten BUMPER-Code in Ihre Simulationsmodelle ein, mit welchem das Beschädigungsrisiko verschiedener Flächen eines Raumfahzeuges in Abhängigkeit von Orbit und Flugrichtung durch MMOD ermittelt werden konnte.

Analysen zeigten, dass das Beschädigungsrisiko des Shuttle extrem von Fluglage und Ausrichtung abhängig war. Die höchste Verwundbarkeit, welche zu einem sofortigen Missionsabbruch führt, war die Kühlschleife, welche nahe der Radiatoroberfläche verlegt ist.

Zu dieser Zeit gab es für das Hitze-Abstrahlsystem des Shuttles zwei Freon-Kühlmittelschleifen (F21), welche durch die Radiatoren an der Ladebucht zu den Vorratstanks geführt wurden. Es gab keinerlei Vorkehrungen Lecks im System abzuschotten. Die Beschädigung einer Kühlmittelleitung führte zum Verlust eines kompletten Kühlstranges und damit zur Abschaltung etwa der Hälfte der Bordelektronik in der Kabine.

Die damals existierenden Flugrichtlinien forderten in einer solchen Situation den umgehenden Missionsabbruch und die Rückkehr zur nächstmöglichen „Primary Landing Site“.

Ein Leck in einer Kühlmittelleitung führt zu einem schnellen Verlust der Kälteleistung, welche ein sequetielles Abschalten der Bordelektronik notwendig macht und damit das Reaktionsvermögen, unter anderem beim Wiedereintritt, auf andere Anomalien in dieser kritischen Missionsphase stark einschränkt, da die Redundanz in der Bordelektronik verlorengeht.

Die BUMPER-Vorhersagen wurden, im Rahmen des ersten Fluges des U.S. Mikrogravitätslabors (USML-1) während STS-50 im Jahre 1992 einem Test unterzogen.

Eins der Experimente bedingte, dass das Shuttle mit der Nase nach oben und der Nutzlastbucht in Richtung des Geschwindigkeitsvektors 10 Tage der 14-tägigen Mission fliegen musste.

Nach umfangreichen Diskussionen mit den Shuttle-Managern und Einschlag-Tests auf verschiedenen Komponenten des Raumschiffs, welche sich in der Nutzlastbucht des Orbiters befanden, wurde entschieden, die Mission wie geplant zu fliegen.

Glücklicherweise traf kein MMOD-Einschlag die Kühlleitungen. Jedoch zeigte die Nach-Flug-Untersuchung der Radiatoren, dass das MMOD-Einschlagsbild dem der BUMPER-Vorhersage sehr nahe kam und weitaus mehr Treffer zu verzeichnen waren, als bei Shuttle Missionen, bei denen die Nutzlastbucht zur Erde zeigte.

Somit traten nach STS-50 neue Flugregeln in Kraft, welche das Shuttle nötigten mit dem Heck voraus und der Ladebucht zur Erde gewandt zu fliegen, sofern von Nutzlast oder Orbiter keinerlei andere Anforderung ausgingen.

Diese Regeln funktionierten gut, solange das Shuttle unabhängig flog. Flüge zur russischen Raumstation MIR oder zur Internationalen Raumstation ISS setzten das Kühlsystem einem höheren MMOD-Einschlags-Risiko während der gekoppelten Phase aus.

1997 wurden durch das Space-Shuttle-Programm Modifikationen an den Orbitern genehmigt, um sie stärker gegen die anwachsende MMOD-Umgebung zu schützen.

Drei dieser Modifikationen betrafen das Freon-Kühlsystem, wobei zwei durch STS 128 kritisch geprüft wurden.

Zum Einen wurde ein Extra-Layer, eine 0,5 mm dicke Aluminiumschicht (aluminium doubler – Aluminium Doppler) auf dem Radiator, direkt über den Kältemittelleitungen aufgebracht (Bild 2b). Außerdem wurden automatische Trennventile in die Kältemittelleitungen eingefügt, die das Gesamtsystem von einem evtuellen Leck in einem Radiator abtrennen und somit schützen sollen.

Somit soll genügend Freon zurückgehalten werden, um die Kühlung aller Bordelektronik während des Wiedereintritts zu gewährleisten und die Wärme an das „flash evaporator system“ abzugeben.

Wenn also genügend Kühlmittel am Austritt gehindert werden konnte, ist eine vorzeitige Rückkehr unnötig.

Die Modifikationen wurden im Rahmen von Routinewartungen der Shuttle-Flotte zwischen 1998 und 1999 vorgenommen. Diese vor 11 Jahren getätigten Modifikationen retteten die STS-128-Mission, so die Orbital Debris Quarterly News, vor dem vorzeitigen Ende.

Während der STS-128-Mission traf ein Weltraummüllpartikel den „aluminium doubler“, jenes während der Modifikation über der Kältemittelleitung aufgebrachte Aluminium-Material direkt über der FREON-Leitung. Simulationen ergaben, dass die Leitung ohne den „aluminium doubler“ gebrochen wäre. Ohne die zweite Modifikation, „Begrenzung der Leckagen auf die Radiator-Paneele“, wäre alles unter Druck stehende Kühlmittel entwichen und hätte das Shuttle innerhalb von 24 Stunden zur Landung mit halbierter Bordelektronik gezwungen.

Nur durch die Zusammenarbeit folgender Teams wurde dieser Erfolg sichtbar

• NASA Orbital Debris und Space Shuttle Management Teams
• Das Orbital Debris Program Office erstellte das Weltraummüll-Flussmodell anhand von wissenschaftlichen Modellen und Messdaten.
• Das Hypervelocity Impact Technology Facility (HITF) Team, welches den BUMPER-Code einsetzte und somit die Anfälligkeit des Kühlsystems und dessen missionskritische Bedeutung demonstrierte
• Das Space Shuttle Program Management, welches sich unter angespannten ökonomischen Bedingungen für eine Erweiterung der Orbitersicherheit entschied

Modifikationen, die sich erst ein Jahrzehnt später auszahlten …
Weitere Artikel zu ähnlichen Themen:

• *DISCOVERY* – STS 128 *MPLM Leonardo* /Mission & Landung
• Weltraummüll gefährdet Raumfahrt
• Konzepte zur Bekämpfung des Weltraummülls
• 685 Mikrometeoriten-Treffer an Hubbles alter Kamera

Der Beitrag Besserer MMOD-Schutz vermied Discoverys Notlandung erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: NASA.

Nach Informationen der US-amerikanischen Raumfahrtagentur NASA stellten die Satellitenkontroller am 12. März 2010 fest, dass der von einem der zwölf Solarpaneele, Paneel Nr. 11, erzeugte Strom kurzzeitig schwankte und sich dann bei etwas weniger als der Hälfte des Ausgangswertes stabilisierte. Gleichzeitig trat eine Bahnsstörung mit einer Abweichung von 875 Bogensekunden auf. Auras wissenschaftliche Instrumente arbeiteten ohne Unterbrechung weiter.

Nach dem Auftreten des Ereignisses überprüfte man die Reglereinheit, die mit dem Solarpaneel verbunden ist, dessen Stromabgabe sich verändert hatte. Dabei stellte man fest, dass die Reglereinheit ARE 5 selber weiter vollständig einsatzfähig ist (ARE steht für Array Regulator Electronics). Deshalb geht man davon aus, dass von den Leitungsverbindungen, die von der Reglereinheit zum Solarpaneel Nr. 11 führen, ein Teil nicht mehr durchverbunden ist.

Für den Regelbetrieb in der jetzigen Form benötigt der am 15. Juli 2004 auf einer Delta II 7920-10L ins All transportierte Erdbeobachtungssatellit neun funktionsfähige Solarpaneele. Zur Zeit sind zehneinhalb in Verwendung. Gebaut wurde Aura mit einer zusammenhängenden Fläche aus 12 Solarpaneelen an einem rund 15 Meter langen Ausleger. Zu Paneel Nr. 8 besteht seit 2005 keine Verbindung mehr.

Auras Aufgaben sind die Messung des Ozongehalts der Erdatmosphäre, die Überwachung der Luftqualität und die Beobachtung des Klimas. Aura untersucht nach dem Kalibrieren der Instrumente an Bord seit dem 14. Oktober 2004 die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre und deren Veränderungen sowie dynamische Prozesse in ihr.

Der von Northrop Grumman gebaute Satellit mit einer Startmasse von rund 1.765 kg bewegt sich auf einem sonnensynchronen Orbit in rund 705 Kilometern Höhe um die Erde, die Bahnneigung beträgt 98,2 Grad. Dabei folgt Aura im A-Train als letzer Satellit dem führenden Aqua in einem zeitlichen Abstand von 15 Minuten. Zur Zeit sind zwischen Aura und Aqua außerdem CloudSat und CALIPSO aktiv. Glory soll die Konstellation im Jahr 2010 ergänzen.

Aura ist katalogisiert mit der NORAD-Nr. 28376 bzw. als Objekt 2004-026A.

Der Beitrag Aura bleibt dem A-Train treu erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Raumfahrer.net Gastautor. Quelle: NASA Orbital Debris Program Quarterly News July 2009.

Ein Beitrag von unserem Gastautor Thomas Wehr.

Die Wide Field Planetary Camera 2 (WPFC 2), auf deutsch etwa „Weitwinkel- und Planetenkamera“, wurde im Mai 2009 während der überaus erfolgreichen HST-Wartungsmission STS 125 gegen die neue Wide Field Camera 3 (WFC 3) ausgetauscht und mit dem Space Shuttle Atlantis zur Erde zurückgebracht.

Der sich an der Kamera befindende Radiator misst 2,2 Meter mal 0,8 Meter und besteht an der Außenseite aus einem gewölbten, 4 Millimeter starken, mit weißem Wärmeanstrich versehenen Aluminiumblech. Seit dem Einbau der Kamera ins HST im Jahre 1993 war dieser Radiator dem Weltraum ausgesetzt. Aufgrund seiner großen Abmessungen und seiner langen Aufenthaltsdauer im All ist dieser Radiator eine einzigartige Messplatte, so die Bewertung durch das Orbital Debris Programm Office der NASA für die MMOD-Umgebung in einer Höhe von 560 km und 620 km. MMOD steht für Micrometeoroids and Orbital Debris, soviel wie Mikrometeoriten und Weltraummüll.

Das NASA Orbital Debris Program Office leite, so die „Orbital Debris Quaterly News“, einen Versuch, welcher zusammen mit der NASA Hypervelocity Impact Technology Facility, dem NASA Meteoroid Environment Office und dem NASA Curation Office durchgeführt wird und die MMOD-Einschläge am Radiator weiter untersuchen soll. Als Ergebnis erhofft man sich ein neues Modell der erdnahen MMOD-Umgebung. Weitere Unterstützung erfährt dieses Projekt durch das HST-Programm. Bilder, welche während der letzten Wartungsmissionen aufgenommen wurden, zeigen deutlich 20 große MMOD-Einschläge. Das Untersuchungsteam hofft im Verlaufe ihrer Analyse weitere 600 bis 1000 Einschlagskrater von MMOD-Partikeln zu finden, welche sich in einer Größenordnung bewegen, die wichtig für zukünftige Satelliteneinschlagsrisikoanalysen sind.

Auch der zeitliche Verlauf der Einschläge ist grob nachvollziehbar, so wurden einige Einschläge bereits auf Bildern der Wartungsmission im Jahre 2002 entdeckt, weitere bei der Mission 2009. Die größte beschädigte Fläche misst ca. 1 cm im Durchmesser. Weitere Ergebnisse, so die News, werden mit Fortschritt der Untersuchungen veröffentlicht.

Raumcon:

• Weltraummüll gefährdet Raumfahrt
• STS 125 – Hubble Service Mission 4 / Mission & Landung
• Hubble Space Telescope (HST)

Der Beitrag Meteoritenspuren am Radiator von Hubbles alter Kamera erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Rainer Gerhards. Quelle: NASA/space.com.

Ein Einschlagsloch wurde in der rechten Laderaumtür festgestellt. In diesem Bereich sind Radiatoren angebracht, die die elektronischen Systeme des Shuttles kühlen. Das Eintrittsloch ist ca. 2,5 mm groß, das Austrittsloch immerhin noch ca. 0,7 mm. Glücklicherweise wurden keine der Kühlmittelleitungen beschädigt. Auch das jedoch hätte laut space.com keine gravierenden Auswirkungen gehabt: die Systeme sind redundant ausgelegt. Die beschädigte Leitung wäre ohne weitere Folgen automatisch abgeschaltet worden.

Es ist unbekannt, welches Objekt für den Schaden verantwortlich ist. Man geht von einem Mikrometeoriten aus, es könnte aber ebenfalls ein kleines Stück Weltraummüll eingeschlagen haben. Ebenfalls unklar ist, wann das Loch entstand. Insbesondere drängt sich die Frage auf, ob ein Zusammenhang mit den mysteriösen Objekten besteht, die am vorletzten Flugtag von Atlantis wegdrifteten. Diese Fragen werden sich allerdings nicht mehr klären lassen.

Das Einschlagsloch wurde bei der nach Sichtung der Objekte durchgeführten Zusatzinspektion des Shuttles nicht entdeckt. Der Bereich der Radiatoren ist keinen besonderen thermischen Belastungen ausgesetzt und daher nicht Inspektions-Gegenstand.

Der gefundene Einschlag unterstreicht die Wichtigkeit der Hitzeschildinspektion am jeweils letzten Flugtag. Diese Inspektion wurde nach dem Columbia-Unglück (2003) eingeführt. Bei Ihr werden nochmals alle essentiellen Teile des Hitzeschildes auf Unversehrtheit geprüft. Eine ähnliche Prüfung findet bereits unmittelbar nach dem Start statt, am ersten Tag im Orbit. Einige Stimmen schlugen bereits vor, die zweite Inspektion als unerheblich wieder entfallen zu lassen. Es ist zu vermuten, dass diese Stimmen nun wieder verstummen.

Der Beitrag Mikrometeorit hatte Atlantis getroffen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Betrag von Michael Stein, bearbeitet von Star-Light. Quelle: ESA.

Die Astronauten der Hubble-Servicemission 3B haben während ihrer Außeneinsätze im vergangenen März die so genannte Faint Object Camera (FOC) und die beiden Solarpaneele des Weltraumteleskops abmontiert und durch neue, leistungsfähigere Komponenten ersetzt. Da die amerikanischen Raumfähren nicht nur Lasten von der Erde in den Weltraum, sondern auch auf umgekehrtem Wege transportieren können wurde die Gelegenheit genutzt, um die beiden ausgewechselten Komponenten für intensive Materialuntersuchungen zur Erde zurück zu transportieren.

Nur einige Stunden nach der Landung des Space Shuttle Columbia am 12. März 2002 wurden die Kamera und die Solarpaneele in luftdichte Behälter umgepackt, um sie so wenig wie möglich dem Einfluss der Atmosphäre auszusetzen. Es kommt sehr selten vor, dass einzelne Teile von Raumfahrzeugen nach längerem Aufenthalt im Weltall wieder zurück auf die Erde gebracht werden, und dementsprechend gespannt sind die Ingenieure und Wissenschaftler der ESA natürlich auf ihre neuen Untersuchungsgegenstände.

Trotz des insgesamt 4.340 Tage währenden Aufenthalts im Weltall (keine andere Komponente, die bisher zur Erde zurückgebracht worden ist, war so lange im Weltraum!) ist die FOC ersten Untersuchungen nach in einem sehr guten Zustand und zeigt keinerlei Alterungserscheinungen. „Sie sieht aus wie neu!“, sagt Lothar Gerlach, der ESA-Spezialist für Solarpaneele und die zentrale Figur der anstehenden Nach-Flug-Untersuchungen. Dies hängt natürlich auch damit zusammen, dass die FOC im Inneren von Hubble montiert und somit den harschen Bedingungen des Weltalls nicht direkt ausgesetzt gewesen ist. „Die Solarpaneele sehen ebenfalls großartig aus, weisen aber die typischen Zeichen der Aussetzung extremer Temperaturen, intensiver Strahlung und Mikrometeroiten-Bombardement im Weltall auf“, so Gerlach. Die Belastung für die Solarpaneele wird deutlich, wenn man sich vor Augen führt, dass die Solarpaneele bei jedem Erdumlauf einen Temperaturunterschied von ca. 250° C zwischen der Tag- und Nachtseite der Erde zu verkraften hatten! Typische Auswirkungen dieser Belastungen sind beispielsweise Materialbrüche, winzige Löcher durch Mikrometeroiten-Einschläge und Verfärbungen durch die intensive UV-Strahlung.

Es werden noch einige Monate vergehen, bevor sämtliche Untersuchungen abgeschlossen sind und alle Ergebnisse vorliegen: Die ESA rechnet damit, erst Ende nächsten Jahres einen Abschlußbericht veröffentlichen zu können. Die FOC und die Solarpaneele sind somit auch noch nach Ende ihrer offiziellen „Dienstzeit“ kein nutzloser Weltraumschrott: Die gewonnenen Erkenntnisse über Alterungs- und Ermüdungsprozesse der verschiedenen Materialen im Weltall werden für Entwurf und Bau zukünftiger Raumfahrzeuge von großem Wert sein.

Der Beitrag Hubble-Hardware auf dem Prüfstand erschien zuerst auf Raumfahrer.net.