Quelle: DLR 18. September 2024.

18. September 2024 – Weltraumstrahlung birgt Gesundheitsrisiken für den menschlichen Körper bei astronautischen Langzeitmissionen. Sie kann Krebs und degenerative Erkrankungen verschiedener Organe verursachen. Um Astronautinnen und Astronauten bei zukünftig immer längeren Weltraumaufenthalten bestmöglich zu schützen, gilt es, geeignete Schutzmaßnahmen zu finden. Dafür sind detaillierte Messdaten über die Strahlungsbelastung beim Raumflug außerhalb des Erdmagnetfelds nötig. Ende 2022 starteten mit dem NASA-Raumschiff Orion die beiden Messpuppen Helga und Zohar im Rahmen des vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) geleiteten Projekts MARE. Bei der Artemis-I-Mission flogen sie auf einer über 25-tägigen Reise zum Mond und wieder zurück. Dabei wurden zum ersten Mal kontinuierlich Messdaten zu den Strahlungswerten zwischen der Erde und ihrem fast eine halbe Million Kilometer entfernten Trabanten gewonnen. Im wissenschaftlichen Fachmagazin NATURE veröffentlichte das Forschungsteam von DLR, ESA und NASA nun erste Ergebnisse.

Dr. Thomas Berger, Strahlenphysiker vom DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin in Köln und Leiter des Experiments MARE erklärt: „Für uns gab es zwei Hauptziele bei der Artemis-I-Mission: Wir wollten erstmals einen umfassenden und zusammenhängenden Datensatz zu den Strahlungsverhältnissen bei einem Mondflug erheben, wozu aktuell noch die Auswertungen laufen. Und gemeinsam mit NASA und ESA ging es uns darum, die Strahlungsunterschiede innerhalb des Orion-Raumschiffes zu charakterisieren, wozu nun die Ergebnisse vorliegen. Im Vorfeld hatten wir dafür eine sehr große Anzahl von Strahlungsdetektoren, sogenannte Dosimeter, an verschiedenen festen Positionen innerhalb des Raumschiffs sowie in unseren beiden lebensgroßen MARE-Messphantomen Helga und Zohar platziert.“ Das Experiment MARE ist ein gemeinsames Projekt des DLR, der israelischen Firma StemRad, NASA, Lockheed Martin und der israelischen Weltraumagentur ISA.

Deutliche Strahlungsunterschiede innerhalb des Orion-Raumschiffs
Die nun in NATURE veröffentlichten Messergebnisse zeigen: Während des Durchflugs durch den Protonengürtel der Erde, den sogenannten inneren Van Allen Gürtel, unterschied sich die Strahlungsdosis innerhalb des Raumschiffs je nach Ort des Detektors sehr deutlich: Die Dosisraten zwischen den am besten und am wenigsten geschützten Bereichen innerhalb der Raumkapsel unterschieden sich um das Vierfache. Diese enormen Unterschiede bestätigen das Design und Abschirmungskonzept der Raumkapsel. Im stärker abgeschirmten Bereich der Kapsel (Storm Shelter) kann die auf die Besatzung wirkende Gesamtdosis bei großen solaren Teilchenereignissen auf maximal 150 Millisievert beschränkt werden. Bei dieser Dosis sind keine Symptome einer akuten Strahlenkrankheit zu erwarten.

Eignung der Orion-Kapsel für astronautische Raumflüge
Die Daten zeigen zudem, dass die Ausrichtung des Raumschiffs während des Protonengürteldurchflugs eine signifikante Auswirkung auf die Strahlungswerte innerhalb der Kapsel hatte: Zum Ende des Durchflugs durch den inneren Protonengürtel führte Orion eine 90-Grad-Drehung durch, die zu einer unerwartet starken Reduzierung der Strahlungsdosis um 50 Prozent führte. „Dies zeigt uns, dass sich mit diesem Flugmanöver, die Strahlenbelastung für die Besatzung im Inneren des Raumschiffs deutlich reduzieren lässt. Auch das ist ein gutes Zeichen und bestätigt die grundsätzliche Eignung der Orion für zukünftige Raumflüge mit Astronautinnen und Astronauten. Und unsere Messdaten sind eine wertvolle Informationsgrundlage für die Gestaltung zukünftiger Missionen“, verdeutlicht DLR-Strahlenphysiker Berger.

Nicht zuletzt zeigt die nun veröffentlichte Studie, dass die moderne Computersimulation von Strahlungsumgebungen verbessert wurde, da die experimentellen Messdaten weitgehend mit den vorhergesagten Modellrechnungen übereinstimmen. Auch diese sind ein wichtiger Faktor für eine zeit- und kosteneffiziente Weiterentwicklung des Orion-Konzepts.

Insgesamt stellt das Wissenschaftsteam in der NATURE-Veröffentlichung fest, dass die Strahlenexposition für zukünftige Artemis-Missionen, die ja nur einige Tage bis Wochen dauern werden, wahrscheinlich nicht die aktuellen NASA-Grenzwerte für Astronautinnen und Astronauten überschreiten, vorausgesetzt, dass ähnliche Missionsbedingungen eingehalten werden. Das Strahlungsrisiko bleibt jedoch eine der zentralen Herausforderung für die astronautische Weltraumfahrt.

Gemeinsam mit NASA und ESA: Strahlungsmessungen für den effektiven Schutz künftiger ORION-Besatzungen
Artemis I war die erste in einer Reihe von Missionen des Artemis-Programms der NASA. Es sieht vor, nach mehr als 50 Jahren wieder Menschen auf unserem Trabanten zu landen, dort gemeinsam mit internationalen Partnern eine dauerhafte Basis zu errichten und eine Raumstation in der Mondumlaufbahn zu bauen, von der aus Menschen zu weiter entfernten Zielen, einschließlich des Mars, aufbrechen sollen. Am 16. November 2022 startete die NASA-Mission Artemis I zur Umrundung des Erdmonds vom Kennedy Space Center in Florida. Bei dieser noch unbemannten Mission wurden alle neu entwickelten Systeme im Zusammenspiel getestet – das Orion-Raumschiff, das Europäische Servicemodul (ESM), die Schwerlastrakete SLS (Space Launch System) und die Bodensysteme.

Die NASA stattete das Raumschiff Orion mit ihrem Strahlungsmessgerät und Warnsystem „Hybrid Electronic Radiation Assessor“, kurz HERA, aus. HERA besteht aus drei Strahlungssensoren, die in unterschiedlich gut gegen Strahlung abgeschirmten Bereichen von Orion eingebaut wurden. Es ist so konzipiert, dass es einen Alarm auslöst, wenn die Besatzung bei einem energiereichen Strahlungsereignis, zum Beispiel einer Sonneneruption, Schutz suchen soll. In diesem Fall würde sich die Crew in einen besser gegen die Strahlung abgeschirmten Teil von Orion begeben, und zwar würden sie die Bodenklappen öffnen und dann Abschirmmaterial als zusätzlichen Schutz über Ihren Köpfen installieren.

Die ESA stellte zudem fünf mobile Dosimeter – die EAD-MUs (ESA Active Dosimeter – Mobile Units) – an verschiedenen Stellen der Raumkapsel zur Messung der Strahlung bereit. Ein Vorläufersystem der Mobile Units kam schon von 2016 – 2017 auf der Internationalen Raumstation ISS zum Einsatz. Die Mond-Umrundung der Artemis-I-Mission ermöglichte es, die Strahlungsumgebung im tiefen Weltraum so vollständig wie möglich abzubilden. Die neuen Werte werden nun mit den ISS-Messungen verglichen – und so die Sicherheit der nachfolgenden Artemis-Missionen mit Besatzung bewertet. Später soll eine weiter entwickelte Version des EAD-MU-Systems an Bord des sogenannten Lunar Gateway – einer geplanten Raumstation in der Mondumlaufbahn – zum Einsatz kommen.

Die in der Orion-Kapsel verteilten Dosimeter der ESA wurden vom DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin in Köln gemeinsam mit ASRO, Finnland, konzipiert, getestet und gebaut. Die aktiven DLR-Messgeräte M-42 und passiven Sensoren in Helga und Zohar wurden vom DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin in Köln entwickelt und angefertigt.

„Die Detektoren messen unterschiedliche Strahlungsarten, sodass wir mit den Werten Rückschlüsse auf ihre biologischen Auswirkungen ziehen können.“, sagt Thomas Berger. Die beiden Messphantome im MARE-Projekt wurden dazu eigens der weiblichen Anatomie nachempfunden, um die besonderen Belastungen für Frauen bei Langzeitaufenthalten im Weltraum zu untersuchen.

Die jetzige Veröffentlichung von Ergebnissen in NATURE ist die erste einer ganzen Reihe. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von DLR, NASA und ESA analysieren den reichhaltigen Datenschatz an Strahlungsmesswerten des Orionflugs noch weiter. Momentan arbeiten Dr. Thomas Berger und sein Team des DLR-Projekts MARE am Vergleich der Strahlungsbelastung von Helga, die Messpuppe, die ohne Schutz flog, und Zohar, die bei der Mondumrundung die Strahlenschutzweste AstroRad trug.

Die Messung von Weltraumstrahlung – vom „Flickenteppich“ zum homogenen Datensatz
Weltraumstrahlung stammt aus verschiedenen Quellen wie solaren Teilchenereignissen, galaktischen kosmischen Strahlen oder den beiden, die Erde umspannenden und sehr strahlungsintensiven Van-Allen-Gürteln. Frühere Strahlungsdaten stammen hauptsächlich von der Internationalen Raumstation ISS und aus den Space-Shuttle-Missionen – und damit aus relativ erdnahen Höhen, die noch deutlich durch das Magnetfeld der Erde geschützt sind. Daten aus den Tiefen des interplanetaren Raums wurden bei verschiedenen unbemannten Missionen gewonnen, in denen Sonden durch das Sonnensystem (z.B. zum Mars) gereist sind. Und begrenzt gibt es Daten von den Apollo-Missionen zum Mond.

Kontinuierliche Strahlungsmessungen mit einer hohen räumlichen Auflösung gab es bislang nicht und wurden erstmals während der Artemis-I-Mission zwischen Erde und Mond durchgeführt.

Über das DLR-Experiment MARE
Das DLR leitet das Experiment MARE (Matroshka AstroRad Radiation Experiment). Hauptprojektpartner sind die israelische Raumfahrtagentur ISA, der israelische Industriepartner StemRad, der die AstroRad-Schutzweste entwickelt hat, sowie Lockheed Martin und die NASA. MARE stellt in seiner Komplexität und in seiner internationalen Zusammenarbeit mit zahlreichen Universitäten und Forschungseinrichtungen aus Europa, Japan und den USA das größte Experiment zur Bestimmung der Strahlenbelastung für Astronautinnen und Astronauten dar, das jemals den erdnahen Orbit verlassen hat. Die während Artemis I durchgeführten Messungen werden wertvolle Daten zur Risikobewertung und -minderung für künftige Langzeitmissionen liefern, um eine für den Menschen sichere Erforschung des Weltraums zu ermöglichen.

Publikation
Space radiation measurements during the Artemis I lunar mission
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07927-7
pdf: https://www.nature.com/articles/s41586-024-07927-7.pdf

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• Bemannte Raumfahrt und Gesundheit

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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: Airbus Defence and Space 9. Februar 2023.

Bremen, 9. Februar 2023 – In den Bremer Reinräumen von Airbus werden drei europäische Servicemodule (ESM) parallel gefertigt. Die Integration von ESM-3 ist fast abgeschlossen, ESM-4 ist in vollem Gange, und die neu eingetroffene ESM-5-Struktur steht nun im Mittelpunkt der ersten Integrationsschritte.

Jedes ESM erfordert die Integration von mehr als 22.000 Elementen. Es ist das erste Mal, dass die NASA einen nicht-amerikanischen Hauptauftragnehmer, nämlich Airbus im Auftrag der ESA, mit dem Bau eines missionskritischen Elements für eine amerikanische bemannte Raumfahrtmission betraut hat.

„Zusammen mit der Europäischen Weltraumorganisation liefert Airbus die Hälfte des Raumfahrzeugs, das Menschen zum Mond zurückbringen wird – und sie damit weiter als je zuvor ins All bringt und natürlich auch sicher zur Erde zurückkehren lässt“, sagte Marc Steckling, Leiter von Space Exploration bei Airbus. „Wir haben bereits die ersten beiden ESMs ausgeliefert, wobei ESM-2 derzeit im Kennedy Space Center in Orion integriert wird. Mit dem Eintreffen der ESM-4-Struktur im vergangenen Sommer und der ESM-5-Struktur kurz vor Weihnachten haben wir nun die Serienproduktion eingeleitet. Unsere Reinräume wurden so optimiert, dass sie drei ESMs gleichzeitig aufnehmen können. Wir sind auf dem besten Weg, die Anforderung der NASA zu erfüllen, in Zukunft ein ESM pro Jahr zu liefern.“

Das ESM ist ein entscheidendes Element des astronautischen Orion-Raumschiffs der NASA, da es das Hauptantriebssystem des Raumschiffs ist und gleichzeitig das Manövrieren im Orbit und die Positionskontrolle ermöglicht. Auch die Stromerzeugung und -verteilung sowie die Versorgung der Besatzung mit den zentralen Elementen der Lebenserhaltung wie Wasser und Sauerstoff werden vom ESM übernommen. Das ESM regelt darüber hinaus die thermische Kontrolle, während es mit dem Besatzungsmodul verbunden ist. Darüber hinaus kann das drucklose Servicemodul für zusätzliche Nutzlasten genutzt werden. Die ESA hat rund 2 Milliarden Euro in das Orion-Programm investiert und Airbus mit der Leitung des europäischen Konsortiums und dem Bau von bisher sechs ESMs beauftragt.

Im Jahr 2022 fand die erste Artemis-Mission mit dem ersten Orion-Raumschiff statt, das vom ESM-1 angetrieben wurde. Das Raumfahrzeug legte mehr als 2 Millionen Kilometer zurück, war einem Temperaturbereich von mehr als 200°C ausgesetzt und flog mit einer Höchstgeschwindigkeit von 40.000 km/h (oder 11 km/s). Alle Systeme wurden getestet und funktionierten gut und zuverlässig, einige sogar besser als erwartet.

ESM-2 wurde im Oktober 2021 an Florida ausgeliefert. Es wird nun im Kennedy Space Center getestet und integriert. Es wird Teil der astronautischen Artemis-II-Mission sein, die seit 1972 die ersten Astronauten um den Mond und zurück zur Erde fliegen wird. Der Start von Artemis II ist derzeit für 2024 geplant.

ESM-3, das sich in der Endphase der Integration befindet, wird die Artemis-III-Mission antreiben, bei der die erste Frau und der erste farbige Mensch den Mond betreten werden. Die Auslieferung von ESM-3 ist für die zweite Hälfte des Jahres 2023 geplant. Diese Mission ist frühestens für das Jahr 2025 vorgesehen.

Die ESM-4-Struktur traf im Juni 2022 im Reinraum von Airbus in Bremen ein und wird derzeit integriert. An der kürzlich eingetroffenen ESM-5-Struktur wird bereits gearbeitet.

Die ESM 4, 5 und 6 werden für die Missionen Artemis IV bis VI eingesetzt, von denen die ersten beiden Teil des europäischen Beitrags zum internationalen Gateway sind, einer Raumstation, die in der Mondumlaufbahn errichtet werden soll. Ziel der ESA und der NASA ist es, ein Mond-Ökosystem (Gateway, Argonaut) aufzubauen, um den Mond besser zu verstehen und zu erforschen und längerfristig bemannte Missionen zum Mars vorzubereiten.

Weitere ESM 7, 8 und 9 wurden auf dem ESA-Ministerrat im November 2022 genehmigt, und Airbus ist derzeit dabei, sein Angebot für die Bereitstellung dieser ESM fertigzustellen.

Das Orion-ESM hat eine zylindrische Form mit einem Durchmesser und einer Höhe von etwa vier Metern. Beim Start wiegt es knapp über 13 Tonnen und macht damit etwa 60 % der Gesamtmasse des Orion-Raumschiffs aus. Seine 8,6 Tonnen Treibstoff treiben das Haupttriebwerk, acht Hilfstriebwerke und 24 kleinere Triebwerke für die Lageregelung an. Das europäische Servicemodul ist unterhalb des Besatzungsmoduls im Kennedy Space Center in den USA installiert. Zusammen bilden sie das Orion-Raumschiff.

Airbus-Ingenieure fertigen die ESMs zusammen mit der ESA und Industriepartnern, darunter Zulieferer aus 10 Ländern. Die ESM-Fertigung baut auf den Erfahrungen auf, die Airbus mit dem Automated Transfer Vehicle (ATV) gesammelt hat, das zwischen 2008 und 2015 fünfmal zur ISS geflogen ist.

Artemis I ein voller Erfolg
Artemis I war die erste in einer Reihe von immer komplexeren Missionen, die die Grundlage für die Erforschung des Weltraums durch den Menschen schaffen und einen wichtigen Schritt zur Rückkehr von Astronauten auf den Mond darstellen sollten, wobei Europa eine führende Rolle im bisher größten Weltraumabenteuer der Menschheit spielen sollte.

Dieser erste Flug hat eine enorme Fülle an Informationen generiert und alle mit dem ESM verbundenen Missionsziele wurden vollständig erreicht. Die erste Auswertung der Testdaten hat bestätigt, dass das Orion-Raumschiff viel weniger Treibstoff und elektrische Energie verbraucht und gleichzeitig viel mehr Energie erzeugt hat als berechnet. Das Antriebsteilsystem lieferte erwartungsgemäß den nötigen Schub für präzise Orbitalmanöver und die Lageregelung des Fahrzeugs. Die gute Leistung des Antriebssystems ermöglichte die Durchführung zusätzlicher Flugversuche zur besseren Charakterisierung des Fahrzeugs. Das ESM-Haupttriebwerk wurde wie geplant mehrmals mit einer kumulierten Gesamtbrenndauer von 10 Minuten gezündet. Die NASA hat bestätigt, dass die Gesamtleistung der Mission über den Erwartungen lag und am Ende der Mission noch fast 2 Tonnen Treibstoff übrig waren. Dies ermöglicht künftige Missionen mit längerer Dauer oder größerer Masse (z. B. Gateway-Module, die mit dem ESM transportiert werden). Besonders beeindruckend ist, dass die Solarzellen 15 % mehr elektrische Energie erzeugten als angegeben. Gleichzeitig verbrauchte das Raumfahrzeug weniger Strom, da die Temperaturschwankungen geringer waren als erwartet.

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• Airbus Defence and Space

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Quelle: ESA 11. Dezember 2022.

Nur 40 Minuten vor der Wasserlandung wurde das European Service Module (ESM) der ESA mit dem Crew Module Adapter von der Kapsel abgetrennt. Wie geplant verglühte das ESM kontrolliert in der Atmosphäre, während das Orion-Besatzungsmodul die Steuerung des Wiedereintritts übernahm, die Kapsel mit den eigenen Steuerdüsen ausrichtete, die drei Fallschirme löste und anmutig vor der Küste von San Diego, USA, aufsetzte. Bergungsteams sind zurzeit dabei, die Kapsel einzusammeln.

Artemis ist ein internationales Forschungsprogramm, das die Menschheit auf den Mond bringt. Diese erste Mission war der erste Test des Space Launch System (SLS) der NASA und des Mondschiffs Orion, das von den 33 Triebwerken des ESM über den Mond hinaus in die Tiefen des Weltraums befördert wurde. Künftige European Service Modules werden die Astronauten auf ihrer Mondmission mit Energie, Antrieb und Wärmeregulierung in der Kabine sowie atmungsaktiver Atmosphäre und Trinkwasser versorgen.

Artemis I
Am 16. November um 07:47 Uhr MEZ (01:47 Uhr Ortszeit) startete die NASA vom Kennedy Space Center in Florida aus die erste SLS-Rakete, die die Orion-Kapsel auf eine 25-tägige Mission schickte, bei der sie den Mond zweimal umrundete. Die Raumkapsel näherte sich bis auf 130 km der Oberfläche des Mondes und nutzte dessen Schwerkraft, um in ihre Mondumlaufbahn einzutreten und sich später wieder auf Kurs zur Erde zu bringen.

Der erste Vorbeiflug am Mond, bei dem das Haupttriebwerk des ESM gezündet wurde, um Orion auf den Weg hinter und um den Mond zu schicken, erfolgte am 21. November um 13:44 Uhr unserer Zeit. Zehn Tage nach dem Start, am 25. November um 13:44 Uhr unserer Zeit, wurde das Haupttriebwerk des ESM gezündet und die Orion in die Mondumlaufbahn befördert.

„Das European Service Module hat ganz hervorragend funktioniert“, freut sich Philippe Deloo, ESA-Programmleiter der Mission. „Ziel der ersten Artemis-Mission war es, das Raumschiff unter echten Bedingungen zu testen und auf Herz und Nieren zu prüfen. Daher haben wir Orion und sein European Service Module für Manöver und Operationen eingesetzt, die bei einer bemannten Mission nicht unbedingt notwendig wären. Doch wir wollten das Raumschiff bei seiner ersten Mission wirklich an seine Grenzen bringen.“

„Die Flugbetrieb-Teams der NASA und der ESA haben während der 25-tägigen Mission rund um die Uhr gearbeitet, um das Verhalten des Orion-Raumschiffs zu studieren, und dann noch zusätzliche Tests durchgeführt, da die Ergebnisse so zufriedenstellend waren. Es ist mir eine große Ehre, an dieser außergewöhnlichen Mission teilgenommen zu haben, die mir große Zuversicht gegeben hat und die dank des außerordentlichen Technikverständnisses der Orion-Teams auf beiden Seiten des Atlantiks herausragende Ergebnisse erbracht hat.

Mehr zu Artemis
Das Orion-ESM der ESA wurde vom Hauptauftragnehmer Airbus in Bremen entwickelt und gebaut, wobei Bauteile von Unternehmen aus zehn europäischen Ländern geliefert wurden. Die nächsten ESMs befinden sich bereits in der Produktion, und das zweite ESM für Artemis II, das Astronauten auf eine Mondumrundung bringen soll, wurde im Jahr 2021 an das Kennedy Space Center geliefert. ESM-3 wird im nächsten Jahr die Reise über den Atlantik antreten. ADS Bremen arbeitet bereits an ESM-4, während der Transport der Struktur des 5. Service Modules von Thales Alenia Space Italien (Turin) in Richtung Bremen kurz bevorsteht.

„Mit dem Erfolg der ersten Artemis-Mission wurde die internationale Partnerschaft zur Erforschung des Mondes noch weiter gestärkt“, erläutert David Parker, ESA-Direktor für Programme für bemannte Raumfahrt und robotische Exploration. „In den letzten 25 Tagen habe ich sehr oft zum Mond hochgeschaut und an Orion auf ihrem Erstflug gedacht. Ich habe Apollo miterlebt und es macht mich demütig, an der Rückkehr des Menschen zum Mond beteiligt zu sein. Eine Errungenschaft, die wir den jahrelangen enormen Anstrengungen der Teams der ESA und der Industrie zu verdanken haben, die gemeinsam das erste European Service Module entwickelt, gebaut und geflogen haben. Jetzt können wir zuversichtlich auf die nächsten Artemis-Missionen und den Bau des Lunar Gateway, unserem menschlichen Außenposten in den Tiefen des Weltraums, blicken!“

Während der Artemis I-Mission hat das Team des ESM Mission Evaluation Room der ESA den Flugkontrollzentren im Johnson Space Center der NASA in Houston mit fundierter Beratung und Sachkenntnis zur Seite gestanden und war dabei stets mit einem Team des ESTEC, dem technischen Zentrum der ESA in den Niederlanden, in engem Kontakt. Das ESA-Forschungsteam bei ESTEC war federführend an der Entwicklung, Beschaffung und Bereitstellung von ESM-1 beteiligt und ist darüber hinaus zuständig für das Management der europäischen Beiträge zum Gateway.

Diese umfassen das von der ESA geleitete International Habitation Module (I-Hab) sowie das ESA-Betankungsmodul, einem der beiden Infrastrukturelemente von ESPRIT. Diese werden von Orion-Raumschiffen der Missionen Artemis IV und Artemis V in die Mondumlaufbahn gebracht. Die ersten ESA-Beiträge zu Gateway werden das Mondkommunikationssystem für das Halo-Modul der NASA und das European Radiation Sensor Array (ERSA), eine wissenschaftliche Nutzlast, sein. Beide werden die Mondumlaufbahn im Jahr 2024 an Bord des Energie- und Antriebselements des Gateways erreichen.

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• Artemis I Mission – Orion auf SLS

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Quelle: Jena-Optronik GmbH 16. November 2022.

Das Ziel von Artemis I ist ein erster unbemannter Flug des neuen Raumschiffs und die Umrundung des Mondes: Die Mission ist gleichzeitig auch ein Härtetest für alle Systeme im Weltraum. Für die Entwicklung und den Bau des Raumschiffs Orion wurde das US-Unternehmen Lockheed Martin von der amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA beauftragt. Für das Flaggschiff dieses Prestigeprogramms der bemannten Raumfahrt setzt das amerikanische Unternehmen auf Produkte der Jena-Optronik GmbH, zum einen die ASTRO© APS-Sternsensoren sowie dann auch die Rendezvous- und Dockingsensoren vom Typ RVS© 3000-3D. Neben diesen Sensoren ist das von Airbus gebaute „ESM“ (European Service Module) des Raumschiffs Orion ein weiterer wesentlicher europäischer Beitrag zum Artemis-Programm.

Die Sternsensoren aus Jena sorgen hierbei für die exakte Ausrichtung des Raumschiffs auf dem Weg auf dem Weg zum Mond.

„Alle der drei gegenwärtig geplanten Artemis-Missionen werden mit zwei Sternsensoren ausgestattet sein. Die erste Mission ist unbemannt und dient der Prüfung der Technologie. Die nächsten beiden Missionen werden dann mit Astronauten an Bord zum Mond fliegen. Und Artemis III wird, als erste bemannte Mission nach Apollo 17, wieder mit einem Landefahrzeug auf dem Mond aufsetzen. Die Sternsensoren von Jena-Optronik sorgen für die Orientierung des Raumschiffs Orion auf seinem langen Weg zum Mond und zurück., erklärt Andreas Deter, Projektmanager ASTRO APS für Orion bei Jena-Optronik. „Unsere Sensoren sind innovativ und zuverlässig – genau so, wie es diese höchst anspruchsvolle Aufgabe erfordert. Diese Mission macht uns sehr stolz. Denn wir sind Teil der großen internationalen Gemeinschaft, die an diesem Projekt arbeitet“.

Der erste bemannte Flug von Orion – ein Meilenstein der Weltraumforschung – wird mit Artemis II durchgeführt. Beginnend mit Artemis III werden neben den Sternsensoren auch Rendezvous- und Dockingsensoren aus Jena zum Erfolg der Missionen beitragen. Diese Sensoren arbeiten nach dem LiDAR-Prinzip (Light Detection and Ranging).

„Das ist eine Auszeichnung für die harte Arbeit aller, die in den letzten Jahren bei Jena-Optronik an diesem Produkt mitgearbeitet haben“, erklärt Christoph Schmitt, Projektmanager für den RVS © 3000-3D bei Jena-Optronik. „Die bemannte Raumfahrt ist Faszination pur. Sie macht mir Gänsehaut! Schon als Kind habe ich den Start der Space Shuttles beobachtet, und heute darf ich als Ingenieur an Orion arbeiten – das ist unglaublich.”

Der Sensor RVS 3000-3D wurde von Lockheed Martin als Hauptsensor in den Missionen Artemis III, IV und V für das Andocken des Raumschiffs Orion an die geplante Raumstation in der Mondumlaufbahn (genannt: Lunar Gateway) ausgewählt. Artemis schafft so auch die Grundlagen für den weiteren Weg der Menschheit zum Mars.

Weitere Statements aus dem #teamspace von Jena-Optronik zu diesem Meilenstein:

„Unsere Produkte helfen Menschen zum Mond zu fliegen! Ich meine, wie cool ist das denn??! Jeder in unserem Unternehmen – angefangen von der Entwicklung, der Produktion, dem Testbereich, dem Marketing, dem Vertrieb und der Projektabteilung bis hin zu Finanzen, Einkauf und Qualität – ist daran beteiligt und kann wirklich stolz sein auf das, was erreicht wurde und was noch erreicht werden wird“, sagt Matthias Pischeli, Vertrieb.

„Die Zusammenarbeit mit Lockheed Martin und der NASA war für mich das Beste an dem Projekt – auch wenn es manchmal eine Herausforderung war! Der Enthusiasmus und die Professionalität von Lockheed Martin bei unseren Projekt-Meetings waren beeindruckend. Die Mission Orion ist aufregend und spannend, weil es hier um bemannte Raumfahrt geht. Schließlich geht es um die Möglichkeit, wieder Menschen zum Mond und später auch zum Mars zu bringen“, sagt Stefan Humbla, Produktmanager Sternsensoren.

“Seit ich an dem Projekt arbeite, bin ich begeistert von der Zusammenarbeit mit dem Team von Lockheed Martin, und gleichzeitig freue ich mich auf die Herausforderungen dieses anspruchsvollen Projekts. Es gibt immer wieder spannende und interessante Aufgaben, die wir zu lösen haben. Die Weite des Weltalls hat mich schon als Kind fasziniert, und diese Begeisterung ist geblieben. Deshalb macht es mich stolz, Teil dieser bahnbrechenden Mission zum Mond zu sein“, sagt Andreas Deter, Projektmanager ASTRO APS für Orion.

„Es ist ein absolutes Highlight, wenn man über seinen Job spricht und sagen kann, dass „unsere“ Produkte zum Mond fliegen und wir es möglich machen, dass sich Transporter und andere Raumfahrzeugen im Weltraum miteinander verbinden. Unsere Sensoren helfen nicht nur bei der Navigation von Satelliten in der Umlaufbahn oder bei der Versorgung der Internationalen Raumstation – sie fliegen auch zum Mond und eines Tages zum Mars und darüber hinaus. Und bei so spannenden und prestigeträchtigen Missionen wie Orion „an Bord“ zu sein, kann einen nur stolz machen“, so Steffen Schwarz, Vertriebsleiter.

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• Orion / ESM – Raumschiff

Der Beitrag Raumschiff Orion dank Sensoren aus Jena auf dem Weg zum Mond erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) 29. August 2022.

29. August 2022 – „Zurück zum Mond, mit deutscher Beteiligung. Ohne das ESM kann das Orion-Raumschiff nicht fliegen. Es ist daher ein großer Vertrauensbeweis der Amerikaner gegenüber Europa und Deutschland, Entwicklung und Bau dieses wichtigen Missionselements in europäische und deutsche Hände zu legen. Das macht uns außerordentlich stolz und zeigt, welche ausgezeichnete Arbeit die deutsche und europäische Industrie und Wissenschaft leistet“, sagt Dr. Anna Christmann, Koordinatorin der Bundesregierung für die Deutsche Luft- und Raumfahrt. Sie ist beim Start heute vor Ort in den USA dabei.

Außerdem fliegen an Bord der noch unbemannten Orion-Kapsel auch zwei menschenähnliche Puppen mit, die vom Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. in Köln gefertigt wurden. Für das Projekt MARE (Matroshka AstroRad Radiation Experiment) werden sie die Strahlenbelastung innerhalb der Kapsel während des 42-tägigen Flugs von „Artemis I“ messen.

Im Rahmen der Reise zum Start von „Artemis I“ führte die deutsche Delegation unter Leitung von Dr. Christmann am Kennedy Space Center in Florida auch Gespräche mit NASA-Administrator Bill Nelson und seiner Stellvertreterin Pamela Melroy. Themen waren eine engere bilaterale Kooperation im Bereich Raumfahrt sowie die sogenannten Artemis Accords, eine Zusammenstellung der US-Regierung von Regeln und Best Practices im Zusammenhang mit der Erforschung des Mondes. Hierzu sollen die Gespräche weiter vertieft werden, auch im Rahmen eines strukturierten Raumfahrtdialogs zwischen den beiden Ländern.

Mit dem „Artemis-Programm“ will die NASA erstmals nach mehr als 50 Jahren wieder Menschen auf die Mondoberfläche bringen. Neben ESM und Orion gehört zum „Artemis-Programm“ auch die Schwerlastrakete „Space Launch System“ (SLS), welche ebenfalls bei „Artemis I“ ihren Jungfernflug absolviert und eine kleine Raumstation, das „Lunar Gateway“, welche noch aufgebaut werden muss und in Zukunft in der Nähe des Mondes als Umsteigebahnhof dienen wird. Hier ist die ESA an zwei Modulen beteiligt.

Die aktuelle Mission, „Artemis I“, testet die Komponenten noch ohne Menschen an Bord. 2024 sollen bei „Artemis II“ erstmals wieder Astronautinnen und Astronauten um den Mond fliegen. Frühestens 2025 sollen mit „Artemis III“ wieder Menschen auf der Mondoberfläche landen. Auch für diese Missionen und kommende Missionen wird Europa ESMs liefern, welche vom industriellen Hauptauftragnehmer Airbus Defence and Space in Bremen endmontiert werden. Aber auch bei den anderen Elementen der Artemis-Missionen ist Hightech „Made in Germany“ an Bord: Die Endkappen der Treibstofftanks der SLS-Rakete werden vom Augsburger Unternehmen MT Aerospace AG geliefert. Die Jena-Optronik GmbH aus Thüringen liefert für die Orion-Kapsel sogenannte Sternensensoren, die die Navigation des Raumschiffes im All ermöglichen. In Zukunft wird das Unternehmen auch die Sensoren liefern, die das Docking der Orion-Kapsel mit dem „Lunar Gateway“ und einem Mondlander steuern werden.

Update der RN-Redaktion:
Wegen technischer Probleme konnte der Start am 29.08.2022 nicht erfolgen. Eine neuer Startversuch ist derzeit für Samstag, den 3. September 2022 geplant.

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• Artemis I Mission – Orion auf SLS

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Quelle: DLR 24. August 2022.

Am 22. August 2022 hat die NASA „grünes Licht“ für das erste Startfenster von Artemis-I gegeben: Aus technischer Sicht stehen damit die Zeichen gut für den Erstflug der neuen SLS-Schwerlastrakete mit ihrem Raumschiff Orion an Bord. Die Mission „Artemis-I“ soll 42 Tage dauern und – bei erfolgreichem Start am 29. August – die Erde am 10. Oktober wieder erreichen. Das Raumschiff Orion, dessen Service- und Antriebsmodul das hauptsächlich in Deutschland gebaute „ESM“ (European Service Modul) ist, soll dabei den Mond mehrfach umrunden. Der Start soll von der Startrampe 39A am Kennedy Space Center der NASA in Florida erfolgen. Von hier aus sind auch die Flüge der Apollo-Mondmissionen gestartet.

„Das ist ein beispielloser Vertrauensbeweis der NASA in die Fähigkeiten unserer Industrie und Deutschland als Partner. Wir sind mit 50 Prozent an den Servicemodulen der Artemis-Missionen beteiligt, die federführend von Airbus, als Hauptauftragnehmer der ESA, von einem europäischen Industriekonsortium gefertigt und in Bremen endmontiert werden“, sagt Dr. Walther Pelzer, Leiter der Deutschen Raumfahrtagentur und DLR-Vorstandsmitglied. Das erste ESM heiße dementsprechend auch wie die Hansestadt: „Bremen“.

Die Premiere der „Rückkehr in den Mondorbit“ findet dabei noch ohne Astronautinnen und Astronauten statt: Dafür sind bei dem Erstflug nach 50 Jahren zwei Messpuppen des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) an Bord. Helga und Zohar sitzen auf den Plätzen der zukünftigen Besatzung und erfassen die Strahlenbelastung auf dem Flug. Sie sind Teil des Experiments MARE (Matroshka AstroRad Radiation Experiment) des DLR-Instituts für Luft- und Raumfahrtmedizin in Köln.

Ohne das Servicemodul kann Orion nicht fliegen
Die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR mit Sitz in Bonn steuert im Auftrag der Bundesregierung die deutschen ESA-Beiträge. Aktuell ist Deutschland neben Frankreich der größte Partner der Europäischen Raumfahrtorganisation. Bezogen auf das Explorationsprogramm der ESA, aus denen die Europäischen Servicemodule für das Orion-Raumschiff der NASA finanziert werden, ist Deutschland der größte Beitragszahler. Insgesamt liefern zehn ESA-Mitgliedsstaaten (Deutschland und Frankreich sowie Belgien, Dänemark, Italien, Niederlande, Norwegen, Spanien, Schweden und die Schweiz) Teile für die ESM.

Ohne das Servicemodul kann „Orion“ nicht fliegen. Es ist das Herzstück des neuen Raumschiffs und sitzt unterhalb der Crew-Kapsel. Das ESM beinhaltet das Haupttriebwerk und liefert über vier Solarsegel den Strom, außerdem reguliert es Klima und Temperatur im Raumschiff und lagert Treibstoff, Sauerstoff und Wasservorräte für die Crew. Das Orion-Raumschiff und damit auch die ESM gelten als zentraler Meilenstein für künftige astronautische Explorationsmissionen zum Mond, aber auch zum Mars und darüber hinaus. Die NASA hat aktuell sechs ESM bei der ESA bestellt, von denen das nächste für die „Artemis-II“-Mission Anfang 2023 an die NASA ausgeliefert wird.

„Die Bereitstellung der ESM durch Europa ist Teil eines transatlantischen Tauschhandels. Wir kompensieren damit die Kosten für Betrieb und Versorgung der ISS durch die NASA“, erklärt DLR-Vorstand Walther Pelzer, und ergänzt: „Besonders freue ich mich, dass wir mit dem ESM auch auf die Expertise der fünf europäischen ATV-Transporter aufbauen und uns hier weiterentwickeln können.“ Die ATV-Raumfrachter hatten die Internationale Raumstation ISS von 2008 bis 2015 regelmäßig mit Nachschub versorgt. Sie wurden ebenfalls wesentlich bei Airbus in Bremen entwickelt und gebaut.

Bei der zweiten Artemis-Mission, die aktuell für Ende 2023 geplant ist, sollen erstmals Astronautinnen oder Astronauten mitfliegen. Mit der dritten Mission, Artemis III, sollen dann die erste Frau und der nächste Mann auf dem Mond landen. Die ESA soll ab 2024 mit insgesamt drei Plätzen für europäische Astronautinnen und Astronauten an den Artemis-Missionen zum Lunar Gateway, einer kleinen Station im Mondorbit, beteiligt sein.

Das Raumschiff Orion
Das Raumschiff Orion besteht im Wesentlichen aus zwei Teilen: dem US-amerikanischen Crewmodul und dem Europäischen Servicemodul. Das Crewmodul ähnelt der Kapselform der Apollo-Raumschiffe, ist aber rund doppelt so groß: Statt drei finden bis zu vier Menschen darin Platz. Die rund zehn Tonnen schwere Kapsel beherbergt auch das Lebenserhaltungssystem sowie die Flugsteuerung. Die Kapsel tritt am Ende einer Mission wieder in die Erdatmosphäre ein und landet am Fallschirm hängend im Pazifik. Die Crew wird dort von Schiffen und Hubschraubern geborgen. Das ESM wiegt voll beladen beim Start etwa 15 Tonnen. Am Ende jeder Mission trennt sich das ESM von der Orion-Kapsel und verglüht in der Erdatmosphäre.

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• Artemis I Mission – Orion 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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Quelle: DLR.

Technologie aus Bremen bringt die USA zurück zum Mond
Im November 2021 wollen die USA ihr erstes, zunächst noch unbemanntes Orion-Raumschiff zur Vorbereitung von künftigen astronautischen Missionen in die Umlaufbahn unseres Erdtrabanten schicken. Dabei wird es von deutscher Technologie angetrieben und versorgt, und auf Kurs in Richtung Mond gebracht. „Wir freuen uns sehr, dass die European Service Modules (ESM), die die USA wieder zum Mond bringen, hauptverantwortlich in Bremen gebaut werden. Deswegen haben wir uns stark dafür eingesetzt, dass das erste Modul den Namen der deutschen Hansestadt tragen wird. ESM-1 ‚Bremen‘ bringt die erste Orion-Kapsel in eine Mondumlaufbahn und wieder zurück zur Erde“, betont Dr. Walther Pelzer, DLR-Vorstand und Leiter der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR.

Bremen – ein Raumfahrtstandort mit langer Tradition
„Für die Raumfahrt in Deutschland, Europa und auf der ganzen Welt ist Bremen ein sehr wichtiger Standort mit einer langen Tradition. Aus der Hansestadt kommen essenzielle Bestandteile verschiedener internationaler Raumfahrtmissionen, beispielsweise das Columbus-Modul für die Internationale Raumstation ISS oder eben nunmehr die ESM-Module für die Orion-Kapsel. Wir freuen uns daher sehr, dass das erste Modul ESM-1 den Namen unserer Stadt trägt“, sagt Bremens Bürgermeister Andreas Bovenschulte. Kristina Vogt, Senatorin für Wirtschaft, Arbeit und Europa, fügt hinzu: „Bremen hat nicht nur den Schlüssel zur Welt, sondern auch zum Mond. Auf die Leistung der Bremischen Raumfahrt sind wir stolz und freuen uns über die Würdigung in der ersten Orion-Mission. Die Mission ist ein Beleg dafür, wie gut die internationale Vernetzung der Raumfahrt in Deutschland und insbesondere Bremens ist. Das ist wichtig, um auch zukünftig Innovationen zu entwickeln und auf diese Weise Arbeitsplätze in Bremen zu halten. Daher auch mein Dank an die Bremer und Bremerinnen, die hier mitgewirkt haben.“

ESM – das Herzstück der Orion-Raumkapsel Für ihre erste Reise werden Orion und die Antriebs- und Versorgungseinheit ESM aktuell am Kennedy Space Center der NASA in Florida auf Herz und Nieren gecheckt. Die NASA hat im Rahmen ihres Artemis-Programms bei der ESA bislang sechs solcher ESM bestellt, für die in insgesamt zehn europäischen Ländern gearbeitet wird. Die Endmontage findet schließlich in Bremen statt, bei Airbus, wo auch die industrielle Programmleitung liegt. Die ESM sind das Herzstück aller Orion-Raumschiffe und sitzen unterhalb der Crew-Kapsel. Ihr Haupttriebwerk soll künftig wieder Astronauten zum Mond bringen – unter anderem auch erstmals drei Europäer zur geplanten internationalen Mondraumstation Lunar Gateway – und liefert über vier Solarsegel den Strom für ihren Flug. Außerdem reguliert es Klima und Temperatur im Raumschiff und lagert Treibstoff sowie lebensnotwendigen Sauerstoff und Wasservorräte für die Crew. Das Orion-Raumschiff und damit auch die ESM gelten als zentraler Meilenstein für künftige astronautische Missionen zum Mond, und vielleicht auch einmal zum Mars. Derzeit wird in Bremen ein weiteres ESM für eine zweite Mondmission gebaut, bei der erstmals eine Crew an Bord sein soll.

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• Artemis I Mission – Orion auf SLS

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Quelle: Airbus Defence and Space.

Bremen, 02. Februar 2021 – Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) hat mit Airbus einen weiteren Vertrag über den Bau von drei weiteren Europäischen Servicemodulen (ESM) für Orion, das amerikanische bemannte Raumfahrzeug des Artemis-Programms, unterzeichnet.

Mit diesen zusätzlichen Servicemodulen sichert die ESA die Kontinuität des Artemis-Programms der NASA über die drei Module hinaus, die bereits bei Airbus unter Vertrag sind. Das europäische Servicemodul wird dazu dienen, Astronauten zum Mond zu fliegen. Als Herzstück des neuen Orion-Raumschiffs für die Artemis-Missionen der NASA wird es kritische Funktionen wie das Antriebssystem bereitstellen sowie Verbrauchsmaterialien, die die Astronauten zum Überleben benötigen, transportieren können.

„Europa ist in ein neues Jahrzehnt der Erforschung eingetreten. Der Bau von sechs europäischen Orion-Service-Modulen ist ein Projekt wie kein anderes. Bei Airbus arbeiten einige der weltbesten Köpfe auf dem Gebiet der Weltraumforschung an diesem phänomenalen Fahrzeug. Diese neue Vereinbarung wird viele zukünftige Mondmissionen durch internationale Partnerschaften erleichtern“, sagte Andreas Hammer, Leiter von Space Exploration bei Airbus. „Europa ist ein starker und zuverlässiger Partner bei den Artemis-Missionen der NASA, und das europäische Orion-Service-Modul leistet dazu einen entscheidenden Beitrag.“

David Parker, ESA-Direktor für astronautische und robotische Weltraumerkundung, sagte: „Mit diesem Vertrag verdoppelt Europa sein Engagement für die Lieferung der lebenswichtigen Hardware, um Menschen mit der Orion zum Mond zu schicken. Zusammen mit den Elementen, die wir für das Lunar Gateway bauen, garantieren wir Flüge für ESA-Astronauten zur Erforschung unseres Sonnensystems und sichern Arbeitsplätze und technologisches Know-how für Europa.“

Das ESM hat eine zylindrische Form und einen Durchmesser und eine Höhe von etwa vier Metern. Es verfügt über vier Solarzellen (19 Meter Durchmesser im ausgeklappten Zustand), die genug Energie für zwei Haushalte erzeugen. Die 8,6 Tonnen Treibstoff des Servicemoduls können ein Haupttriebwerk und 32 kleinere Triebwerke antreiben. Insgesamt wiegt das ESM knapp über 13 Tonnen. Neben seiner Funktion als Hauptantriebssystem für das Orion-Raumschiff ist das ESM für Orbitalmanöver und Positionskontrolle zuständig. Außerdem versorgt es die Besatzung mit den zentralen Elementen der Lebenserhaltung wie Wasser und Sauerstoff und regelt – am Besatzungsmodul angebracht – die Thermalkontrolle.

Artemis I, der erste unbemannte Orion-Testflug mit einem europäischen Servicemodul, wird im Jahr 2021 starten. Im Rahmen der folgenden Mission Artemis II werden dann die ersten Astronauten um den Mond und zurück zur Erde fliegen. Mit Artemis III will die NASA bis 2024 die erste Frau und den nächsten Mann auf dem Mond landen und mit innovativen Technologien mehr von der Mondoberfläche erkunden als je zuvor. Die heute beauftragten ESM werden für die Missionen Artemis IV bis VI eingesetzt. Die ersten beiden dieser ESM sind ein europäischer Beitrag zum internationalen Gateway, das ab 2024 in einer Mondumlaufbahn aufgebaut werden soll.

Bei der Entwicklung und dem Bau des ESM hat Airbus auf seine Erfahrungen als Hauptauftragnehmer für das Automated Transfer Vehicle (ATV) der ESA zurückgegriffen, das die Besatzung an Bord der Internationalen Raumstation regelmäßig mit Testgeräten, Ersatzteilen, Lebensmitteln, Luft, Wasser und Treibstoff versorgt hat.

Über Airbus
Airbus ist ein weltweit führendes Unternehmen im Bereich Luft- und Raumfahrt sowie den dazugehörigen Dienstleistungen. Der Umsatz betrug € 70 Mrd. im Jahr 2019, die Anzahl der Mitarbeiter rund 135.000. Airbus bietet die umfangreichste Verkehrsflugzeugpalette. Das Unternehmen ist europäischer Marktführer bei Tank-, Kampf-, Transport- und Missionsflugzeugen und eines der größten Raumfahrtunternehmen der Welt. Die zivilen und militärischen Hubschrauber von Airbus zeichnen sich durch hohe Effizienz aus und sind weltweit gefragt.

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• Orion / ESM – Raumschiff

Der Beitrag Airbus: Auftrag für drei weitere Orion-Servicemodule erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: ESA.

Kürzlich ist die Struktur, mit der die erste Frau und der nächste Mann auf dem Mond landen und im Rahmen der Mission Artemis III auch wieder zur Erde zurückkehren werden, in der Integrationshalle am Airbus-Standort in Bremen eingetroffen. Zuvor verweilte sie in der Turiner Produktionsstätte von Thales Alenia Space, von wo sie losgeschickt wurde.

Die Struktur wurde in einem übergroßen Container transportiert, der Temperatur und Luftfeuchtigkeit konstant hält. Es dauerte eine Woche, bis die 1,200 Kilometer lange Strecke zurückgelegt war. Für das Europäische Servicemodul werden nun eine Vielzahl von Komponenten zusammengesetzt, die bis zu vier Astronautinnen und Astronauten auf ihrer Reise bis zur Mondlandung versorgen werden. Hardwaregeräte aus elf Ländern warten nun darauf, am Airbus Standort Bremen in die Struktur integriert zu werden.

Diese Struktur fungiert als Gehäuse, ähnlich wie bei einem Fahrzeuggestell, in das die Technikerinnen und Techniker vier 2.000-Liter-Treibstofftanks, 240-Liter-Wassertanks, Lufttanks, 33 Motoren, die Leitungen, die diese miteinander verbinden, sowie elektronische Verkabelungen mit einer Gesamtlänge von 11 Kilometern montieren.

Die Struktur des dritten Moduls gesellt sich zum zweiten Europäischen Servicemodul in die Integrationshalle, für das die Installation der Elektronik und des Mechanismus zum Drehen von Solarmodulen bereits weit fortgeschritten ist – so wird es die nächste Generation der bemannten Raumfahrt einläuten.

Leichter, besser, sicherer
Obwohl Carbonfaser und andere Raumfahrtmaterialien in allen Europäischen Servicemodulen verbaut werden, ist das dritte Modul keine bloße Carbonkopie seiner beiden jüngeren Geschwister. Vielmehr wurde sein Design für mehr Leistungsfähigkeit und Sicherheit optimiert.

Die Struktur, die heute ausgeliefert wurde, ist leichter als die vorherigen, um dem fertiggestellten Orion-Raumschiff mehr Startmöglichkeiten mit derselben Treibstoffmenge zu ermöglichen. Damit erhöht sich die Anzahl möglicher Starttermine innerhalb eines Jahres, sodass es einfacher wird, eine Artemis-Mission pro Jahr zu starten.

Die 24 Lageregelungstriebwerke werden in einer leicht anderen Anordnung montiert, um die Manövrierfähigkeit des Orion-Raumfahrzeuges zu verbessern und für zukünftige Missionen auch den Transport anderer Nutzlasten, etwa von Elementen des Lunar Gateway, zu ermöglichen. Der Aktor, der Orions Hauptmotor steuert, erhält ebenfalls ein Upgrade, nachdem für die ersten beiden Europäischen Servicemodule Space-Shuttle-Hardware verwendet worden war. Zu guter Letzt wurden die Ventile im Antriebssystem robuster und fehlertoleranter gemacht, um die Sicherheit für die Crew noch einmal zu erhöhen.

Die Europäischen Servicemodule werden mit dem Crew Module Adaptor des Orion-Raumschiffs verbunden und sind Bestandteile des Artemis-Programms, mit dem Menschen wieder zum Mond gebracht werden sollen. Sie übernehmen die Versorgung mit Luft, Wasser, Wärme und Kälte und sorgen für die Astronauten an Bord dafür, dass das Raumfahrzeug auf Kurs bleibt.

Artemis II startet 2023 und wird der erste bemannte Testflug sein. 2024 werden die erste Frau und der nächste Mann mit der Mission Artemis III zur Mondoberfläche fliegen – hierfür wird die heute ausgelieferte Hardware genutzt. Bis zum Ende des Jahrzehnts soll dann die nachhaltige Erforschung des Erdtrabanten beginnen.

Das Puzzle setzt sich zusammen
In den USA wurde das erste Europäische Servicemodul nach einer zweijährigen Test- und Integrationsphase fertiggestellt. Die erste unbemannte Mission wird den Mond umfliegen und soll nächstes Jahr ins All geschossen werden.

„Die europäischen Teams hinter der Hardware und der Integration leisten hervorragende Arbeit – derzeit werden zwei Module gleichzeitig gebaut und das erste ist praktisch fertig“, sagt Philippe Deloo von der ESA. „Doch viel Zeit zum Feiern bleibt nicht, da sich die Produktion nun intensiviert.“

„Wir sind überaus stolz auf diese tollen Leistungen und kommen der nächsten Reise zum Mond immer näher!“

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• Orion / ESM – Raumschiff

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Quelle: ESA.

Im Rahmen des Artemis-Programms der NASA werden wieder Menschen den Mond betreten. Dabei stellt das Europäische Servicemodul der ESA die Versorgung im Crewmodul mit Wasser, Sauerstoff, Antrieb, Elektrizität und einer angenehmen Temperatur sicher und dient als „Fahrgestell“ des Raumschiffs.

Die dritte Artemis-Mission wird im Jahr 2024 Astronauten zum natürlichen Trabanten der Erde fliegen – die erste Mondmission seit mehr als 50 Jahren, als Apollo 17 auf dem Mond landete.

David Parker, ESA-Direktor für astronautische Raumfahrt und robotische Exploration, erklärt: „Mit dem Abschluss dieses Vertrags beweisen wir erneut, dass Europa ein starker und zuverlässiger Partner bei Artemis ist. Das Europäische Servicemodul leistet einen entscheidenden Beitrag, indem es wissenschaftliche Forschung, die Entwicklung von Schlüsseltechnologien und internationale Zusammenarbeit ermöglicht und als Inspiration für Missionen dient, bei denen Menschen die niedrige Erdumlaufbahn verlassen.“

In jedem Europäischen Servicemodul sind über 20.000 Teile und Komponenten vorhanden, von der elektrischen Ausrüstung über Motoren, Sonnensegel, Treibstofftanks und lebenserhaltende Elemente für die Astronauten bis hin zu etwa 12 Kilometer Kabel.

„Dank unseres Know-hows und unserer Fachkompetenz werden wir in der Lage sein, auch künftige Mondmissionen im Rahmen internationaler Partnerschaften zu unterstützen“, erklärt Airbus-Raumfahrtchef Andreas Hammer. „Durch die Zusammenarbeit mit unseren Kunden ESA und NASA sowie unserem Industriepartner Lockheed Martin verfügen wir nun über eine verlässliche Planungsgrundlage für die ersten drei Mondmissionen. Dieser Vertrag ist eine Bestätigung des gemeinsamen Ansatzes, um das Beste der europäischen und der amerikanischen Raumfahrttechnologien zu vereinen.“

Bei der Entwicklung und Konstruktion stützte man sich auf die Erfahrungen aus dem Bau der ATV-Raumtransporter, die mit regelmäßigen Lieferungen von Testgeräten, Ersatzteilen, Lebensmitteln, Sauerstoff, Wasser und Treibstoff zur Internationalen Raumstation flogen.

Orion hat die Größe eines kleinen Hauses, bei dem das Europäische Servicemodul mit vier Metern Höhe und vier Metern Durchmesser das erste Stockwerk einnimmt. Es hat vier Sonnensegel mit 19 Metern Spannweite, die im All entfaltet werden und genug Energie für zwei Haushalte erzeugen können. Mitgeführt werden 8,6 Tonnen Treibstoff für das Haupttriebwerk von Orion und 32 kleinere Triebwerke, um auf Kurs zum Mond zu bleiben und die Rückkehr zur Erde zu sichern.

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Quelle: Airbus Defence and Space.

In Plum Brook beginnt nun die heiße Testphase für das Raumfahrzeug. Die Super Guppy landete in Mansfield, Ohio. Der Transfer zur Plum Brook Station ist für Dienstag, den 26. November 2019 geplant.

Ein Team von Ingenieuren und Technikern von Airbus, der Europäischen Raumfahrtagentur ESA, Lockheed Martin und der NASA stehen bereit, um das Raumfahrzeug unter simulierten, extremen Weltraumbedingungen auf Herz und Nieren zu testen.

„Mit den Tests werden wir zeigen, dass die Systeme des Raumfahrzeuges wie geplant funktionieren und gleichzeitig einen sicheren Betrieb für die Astronauten bei zukünftigen Missionen gewährleisten – sowohl am Boden als auch an Bord“, sagt Matthias Gronowski, Chefingenieur für das Europäische Servicemodul, das Airbus im Auftrag der Europäischen Weltraumagentur ESA für die NASA baut.

Die Tests werden in zwei Phasen in der größten Vakuumkammer der Welt auf dem Glenn Test Center der NASA in Plum Brook, Ohio, durchgeführt. Zunächst gibt es einen 63-tägigen Thermaltest. Dabei werden die elektrischen Systeme von Orion unter Vakuum- und Temperaturbedingungen eingeschaltet und betrieben, um so die Umgebungsbedingungen im Weltraum zu simulieren.

Während dieser Phase wird das Raumschiff extremen Temperaturen von ca. -115 bis 75 Grad Celsius ausgesetzt sein, um das Verhalten des Raumschiffes in Sonnenlicht bzw. Schatten im Weltraum zu reproduzieren.

Die zweite Phase ist ein elektromagnetischer Störungs- und Verträglichkeitstest, der etwa 14 Tage dauert. Jede elektronische Komponente gibt eine Art elektromagnetisches Feld ab, das die Leistung anderer Elektronik in der Nähe beeinträchtigen kann. Diese Tests stellen sicher, dass die Elektronik des Raumschiffs bei gleichzeitigem Betrieb einwandfrei funktioniert.

„Dies ist ein sehr wichtiger Meilenstein für die Reise zum Mond“, führt Gronowski aus. „Seit drei Jahren arbeitet das internationale Team auf diesen Punkt hin, in den letzten Monaten haben wir das Crew Modul (Astronautenkapsel) und das Europäische Service Modul im Kennedy Space Center mechanisch und elektrisch verbunden. Nun kommt es darauf an, dass wir zeigen können, dass das Service Modul unter den extremen Bedingungen des Weltraums funktioniert“, so Gronowski weiter.

„Ich beglückwünsche das ganze Team dazu, dass wir es bis zu diesem Punkt gebracht haben“, freut sich Valerie Cazes, Airbus Programmleiterin für das ESM. „Dies war nur mit sehr hohem Einsatz, Liebe zum Detail und viel Leidenschaft machbar. Nun wünsche ich allen Beteiligten gutes Gelingen für die kommenden, entscheidenden Monate.“

Nach erfolgreichen Tests wird Orion zum Kennedy Space Center der NASA zurückkehren, wo weitere Tests und die Vorbereitungen zur Integration mit der neuen Space Launch System (SLS)-Rakete vor dem Start von Artemis I Ende 2020 anstehen.

Das Europäische Service Modul der ESA sorgt für Antrieb, Energieversorgung, Luft und Wasser für die Astronauten sowie die Thermalkontrolle des ganzen Raumschiffes. Der erste Start – noch ohne Astronauten – ist für Ende 2020 geplant und wird einmal um den Mond herum und wieder zur Erde führen. Bei Airbus in Bremen wird bereits am zweiten Orion Service Modul gebaut, mit dem dann (2022 / 2023) erstmals Astronauten zum Mond und zurück zur Erde fliegen werden.

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• Artemis I Mission – Orion auf SLS

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Erstellt von Martin Knipfer. Quelle: NASA, Airbus Defence and Space

Es war ein wichtiger Schritt auf der von der US-amerikanischen Luft- und Raumfahrtagentur NASA oft verkündeten „Journey to Mars“: Die Druckkabine des Orion-Raumschiffs wurde am 13. Januar 2016 fertiggestellt. Orion- das ist das neue Raumschiff der NASA, mit dem erstmals wieder Menschen zu Zielen jenseits des niedrigen Erdorbits aufbrechen werden. Die Druckkabine ist dabei die Hauptstruktur der Raumkapsel, an der alle weiteren Systeme angebracht sind. Sie wird als einziges Element mit Luft unter Normaldruck befüllt sein, weshalb sich in ihrem Innenraum die Astronauten bei späteren bemannten Flügen aufhalten werden.

Der Bau dieser Druckkabine gestaltete sich als nicht gerade einfach. Sieben große Einzelteile aus einer Aluminium-Lithium Legierung mussten zu einer fertigen Struktur zusammengeschweißt werden. Beginnend im September 2015 wurden in der Michoud Assembly Facility, einer großen Fertigungshalle der NASA nahe New Orleans, die einzelnen Elemente mithilfe der Methode des sogenannten Rührreibschweißens miteinander verbunden. Dabei handelt es sich um eine spezielle Technologie, bei der das Metall durch einen schnell rotierenden Metallstift zunächst auf einen plastikähnlichen Zustand erhitzt wird, bevor das Metall dann durch Bewegung des Stiftes verteilt wird. So kann eine festere und qualitativ höherwertige Schweißnaht erreicht werden. Durch eine Designänderung konnte das Gewicht der Druckkabine und ihre Bauzeit im Vergleich zu früheren Druckkabinen signifikant reduziert werden.

„Das Team in Michoud hat unglaublich hart gearbeitet, um eine sowohl leichte als auch unglaublich stabile Struktur von Orion herzustellen, die bereit dafür ist, tausende Kilometer hinter den Mond zu fliegen“, sagte Mark Kirasich, der Manager des Orion-Programms. Nach letzten Überprüfungen, Vorbereitungen und einer Pressekonferenz wurde die Druckkabine dann in eine Frachtmaschine vom Typ SuperGuppy geladen. Diese transportierte am 1. Februar 2016 die Druckkabine von New Orleans nach Florida zum Kennedy Space Center (KSC). Nach der Landung wurde die Struktur ausgeladen und zum Neil Armstrong Operations and Checkout Building transportiert. In diesem Gebäude auf dem Gelände des KSC wird Orion in den nächsten zwei Jahren auf seinen Flug vorbereitet und mit den nötigen über 100.000 weiteren Komponenten ausgestattet werden, wie etwa dem Hitzeschild, den Stromleitungen, den Steuertriebwerken oder den Computersystemen.

Diese Mission mit der Bezeichnung Exploration Mission 1 (EM-1) wird es schon gleich in sich haben. Ein noch unbemanntes Orion-Raumschiff startet auf der neuen Schwerlastträgerrakete der NASA, dem Space Launch System, von der Startrampe 39-B des modernisierten Kennedy Space Centers in den Weltraum. Dort in einem niedrigen Erdorbit angekommen, wird die Oberstufe des Space Launch Systems Orion dann auf den Weg zum Mond befördern. Nach einigen Tagen wird Orion 100 Kilometer über die Mondoberfläche fliegen, um die Gravitationskraft des Mondes zu nutzen, um in eine Umlaufbahn 70.000 Kilometer vom Mond entfernt einzuschwenken. In dieser Umlaufbahn mit der Bezeichnung Distant Retrograde Orbit wird Orion sechs Tage bleiben, um dann nach einem weiteren Flyby am Mond wieder zurück zur Erde zu fliegen. Mit 39.000 km/h tritt die Raumkapsel wieder in die Erdatmosphäre ein, um im Pazifischen Ozean zu landen. Diese Mission wird mehr als drei Wochen dauern und ist gegenwärtig für das Jahr 2018 geplant.

Für diese Mission ist freilich ein leistungsfähiges Element nötig, das während des Fluges Orion antreibt und mit Strom, Wasser, Luft, … versorgt. Auch dieses Element befindet sich momentan in Bau, und zwar das Servicemodul des Orion-Raumschiffs. Dieses Servicemodul wird in Europa entwickelt und gebaut, von der Firma Airbus Defence and Space im Auftrag der europäischen Weltraumagentur ESA. Dabei handelt es sich um einen etwa drei Meter hohen und 4,5 Meter durchmessenden Zylinder, der unterhalb der Raumkapsel angebracht ist und auf dem Servicemodul des mittlerweile eingestellten europäischen Raumfrachters ATV basiert. Doch bevor das Modul tatsächlich mit zum Mond fliegt, muss bei Tests geprüft werden, ob es unter anderem den enormen strukturellen Belastungen beim Start standhält.

Dafür wurde ein Testartikel des besagten Servicemoduls in Turin gefertigt und inzwischen zum Bestimmungsort transportiert: Der Space Power Facility in Plum Brooke im US-Bundesstaat Ohio. Dabei handelt es sich um eine Testeinrichtung der NASA, mit der Bedingungen wie bei einem echten Raketenstart simuliert werden können. Am 30. November 2015 ist das Modul angekommen, es wurde inzwischen mit anderen Elementen verbunden, etwa verschiedenen Adaptern und Verkleidungen. Der erste Test der Reihe ist bereits erfolgreich absolviert: Er bestand darin, eines der vier Solarpaneele zu entfalten. Dieses hat eine Spannweite von sieben Metern und soll das Raumschiff eines Tages durch 3.726 einzelne Solarzellen mit Strom versorgen. Als nächstes werden die Elemente des Servicemoduls zunächst einzeln, dann als integrierte Einheit enormen akustischen Belastungen von mindestens 152 Dezibel Schalldruck und 20 bis 10.000 Hertz an Schwingung ausgesetzt, um die Belastungen während des Starts zu simulieren. Zum selben Zweck wird das Servicemodul von Mai bis Juli dann Vibrationstests auf einem speziellen Rütteltisch unterzogen. Im August soll das Absprengen von drei Verkleidungen erprobt werden, die das Modul während des Fluges in der Atmosphäre schützen, aber schließlich von einer Reihe von pyrotechnischen Ladungen abgesprengt werden. Den Abschluss wird ein weiterer Test der Entfaltung der Solarzellen bilden.

Während Orions Flug zum Mond und wieder zurück wird Orion hohe Temperaturunterschiede erfahren, da im Weltraum durch die fehlende Atmosphäre sowohl recht hohe Temperaturen durch Sonneneinstrahlung als auch sehr niedrige Temperaturen herrschen können, wenn sich das Raumschiff im Schatten befindet. Deshalb wurde entschieden, bei zukünftigen Missionen auf die Außenwand der Kapsel eine metallische, silbern glänzende Beschichtung aufzutragen. Diese Beschichtung dient als Isolator: Sie verhindert, dass das Raumschiff zu heiß wird, wenn es auf die Sonne ausgerichtet ist, und verhindert, dass das Raumschiff zu stark abkühlt und dadurch Wärme verliert, wenn es sich im Schatten befindet. So bleibt das Raumschiff während des Fluges in einem Temperaturbereich von -100 bis 288 °C.

Der kritischste Moment während des Fluges wird neben dem Start und dem Wiedereintritt in die Erdatmosphäre die Landung der Raumkapsel im Pazifischen Ozean sein. Dazu wird Orion zunächst von einer Reihe von elf Fallschirmen, die sich nacheinander entfalten, auf etwa 30 km/h abgebremst. Dieses aufwendige Fallschirmsystem wurde bei einem Abwurf eines pfeilförmigen Testkörpers über der Wüste Arizonas am 13. Januar 2016 erneut getestet. Dabei handelte es sich um den 17. und letzten Testabwurf der Testreihe. Ab Juni wird die NASA damit beginnen, das System für bemannte Flüge zu qualifizieren.

Nach dem Flug wird die Raumkapsel an diesen Fallschirmen im Ozean landen. Um zu überprüfen, wie sich Orion bei unterschiedlichen Wellenhöhen und Windgeschwindigkeit dabei verhält, plant die NASA, derartige Wasserlandungen im Langley Research Center zu simulieren. Bei diesen Tests wird ein Mockup der Kapsel in ein großes Wasserbecken fallengelassen.

Der erste entscheidende Schritt als Vorbereitung dieser Tests war es, ein Mockup von Orion mit dem Hitzeschild zu verbinden, der bereits bei dem ersten Testflug EFT-1 geflogen ist. Das gestaltete sich nicht gerade einfach, denn der Hitzeschild war nicht darauf ausgelegt, auf das Mockup zu passen. Also musste das Team spezielle Hardware fertigen, um beide Elemente zu verbinden. Dazu wurden über 400 Löcher exakt in die Struktur gebohrt, damit der Hitzeschild und die Kapsel fast genau aufeinander passen. Gleichzeitig wurde der Rest des Mockups für die Landetests vorbereitet: Im Inneren der Kapsel wurden Sitze und Stoßdämpfer installiert, auf die zwei Dummies platziert wurden, wie man sie aus Crashtests kennt. Diese sind mit verschiedenen Sensoren ausgestattet, um die Belastungen zu messen, die während der Wasserlandung auf die Astronauten an Bord einwirken werden. Daneben wurden weitere Sensoren und Instrumente an dem Hitzeschild und dem Mockup angebracht, um mehr Daten über das Verhalten der Kapsel zu sammeln. Während der letzten Vorbereitungen werden der Hitzeschild angebracht, geprüft, ob alles wasserdicht ist und letzte Tests der Sensoren durchgeführt. Danach wird das Mockup in das Wasserbecken fallengelassen, insgesamt neun Mal dieses Jahr. Die Tests haben das Ziel, realitätsnahe Daten über die Wasserlandung zu sammeln. Zwar können analytische Computer-Modelle solche Landungen mittlerweile recht gut simulieren, reale Tests zum Kalibrieren dieser Modelle bleiben aber unverzichtbar.

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• EM-1 Mission Orion auf SLS

Der Beitrag EM-1: Die Druckkabine ist fertig erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Martin Knipfer. Quelle: NASA.

Die US-amerikanische Luft- und Raumfahrtagentur NASA ist ihrem Fernziel, Menschen zum Mars zu schicken, erneut einen Schritt näher gekommen. Ihr neues Raumschiff Orion, mit dem Astronauten wieder zu Zielen jenseits des niedrigen Erdorbits aufbrechen sollen, soll nicht später als im November 2018 zunächst bei einem unbemannten Testflug zum Mond fliegen. Nach fast zehn Jahren, langwierigen Entwicklungsarbeiten, unzähligen Tests und Verbesserungen des Designs beginnt die NASA nun damit, die Raumkapsel zu bauen, die tatsächlich bei diesem Flug zum Einsatz kommen soll.

Die Arbeiten finden in der Michoud Assembly Facility (MAF) nahe New Orleans statt, einer großen Fertigungshalle, in der bereits die Apollo-Raumschiffe, die Saturn-V Mondrakete und der Außentank des Space Shuttle gebaut wurden. Zunächst wird die Druckkabine von Orion zusammengeschweißt, der „Innenraum“ der Kapsel, der als einzige Komponente des Raumschiffs mit Luft unter normalen Druck befüllt ist. Hier sollen sich bei späteren bemannten Flügen auch Astronauten aufhalten. Die Druckkabine besteht aus mehreren Metallpaneelen, die dann zu einer fertigen Druckkapsel zusammengeschweißt werden. Dazu setzt man auf Rührreibschweißen, einer speziellen Technologie, bei der das Metall durch einen schnell rotierenden Metallstift zunächst auf einen plastikähnlichen Zustand erhitzt wird, bevor das Metall dann durch Bewegung des Stiftes verteilt wird. So kann eine festere und qualitativ höherwertige Schweißnaht erreicht werden. Die Herstellerfirma Lockheed Martin verfügt für diese Arbeiten in der MAF über eine 4-Achsen CNC-Schweißmaschine mit der Bezeichnung Universal Weld System II.

Die einzelnen Platten aus einer Aluminium-Lithium Legierung wurden vor dem Schweißvorgang zunächst bei verschiedenen Zulieferern gefräst und dann zur MAF geliefert. Ihre Anzahl konnte inzwischen auf sieben gesenkt werden, da durch Orions ersten Testflug in eine Erdumlaufbahn im Dezember 2014 neue Erkenntnisse gewonnen wurden. So soll sowohl die Arbeitszeit zum Bau der Druckkabine als auch ihr Gewicht gesenkt werden. Nach der Ankunft wurden die Platten sorgfältig inspiziert, zu Schutzzwecken mit der charakteristischen grünen Farbe lackiert und grundiert. Danach wurden sie mit Dehnungsmessstreifen und mit Kabeln versehen, um das Metall während des Schweißprozesses beobachten zu können. Bevor die Arbeiten an den Elementen begannen, die für den Weltraum bestimmt sind, wurden die Prozesse an einem sogenannten Pathfinder geübt. Am 5. September wurden die ersten beiden Platten miteinander verschweißt, die obere Trennplatte und der Tunnel. Beide Einzelteile werden sich bei der fertigen Kapsel oben befinden. An der Trennplatte werden unter anderem die Fallschirme angebracht sein, der Tunnel soll es bei bemannten Flügen Astronauten ermöglichen, von Orion in ein anderes Raumfahrzeug umzusteigen. Der nächste Schweißvorgang steht mittlerweile kurz bevor.

„Jedes einzelne System von Orion wird an dieser tragenden Struktur angebracht, deshalb ist es ein wichtiger erster Schritt, die darunterliegenden Platten zusammenzuschweißen“, so Mark Geyer, Manager des Orion-Programms. Weitere Einzelteile der Druckkabine werden in den nächsten Wochen und Monaten in Michoud ankommen und miteinander verschweißt werden. Für weitere Arbeiten soll die fertige Druckkapsel dann zum Kennedy Space Center in Florida transportiert werden. Es ist wichtig festzuhalten, dass sowohl Orion als auch seine Trägerrakete, das Space Launch System, beachtliche Fortschritte auf EM-1 hin machen. Man ist inzwischen weit über das berühmte Powerpoint-Stadium hinaus, Hardware für den Flug wird an verschiedenen Ecken und Enden der Vereinigten Staaten tatsächlich gebaut und aufwendige Qualifikationstests werden durchgeführt. Diese Arbeiten im Rahmen des Orion-Programms wurden vor Kurzem im Rahmen eines wichtigen Meilensteins namens KDP-C (Key Decision Point C) überprüft. Charles Bolden, Administrator der NASA, meinte dazu: „Orion ist ein Schlüsselelement unserer flexiblen Architektur, die es der Menschheit ermöglicht, den roten Planeten zu betreten. Wir sind dazu verpflichtet, dieses Raumschiff und weitere Elemente zu bauen, um das real werden zu lassen.“

Dabei handelt es sich um eine wichtige Überprüfung der Technik und des Programms des Orion-Raumschiffs, bei der die Pläne der NASA in Bezug auf Technik, Kosten und den Zeitplan bestätigt wurden. Das Augenmerk lag dabei besonders auf EM-2 (Exploration Mission 2), dem ersten bemannten Flug von Orion. Dieser Flug soll auf den Erkenntnissen von EM-1 aufbauen und zusätzliche Systeme von Orion beinhalten wie Lebenserhaltung, Kommunikation für menschliche Interaktion oder Raumanzügen für Start und Landung. EM-2 soll nun nicht später als im April 2023 starten, das Orion-Programm bis zu diesem Flug 6,77 Milliarden Dollar kosten. Dabei handelt es sich um eine konservative Schätzung, die darauf beruht, dass die NASA in der Vergangenheit vor dem Start immer wieder auf technische oder finanzielle Probleme gestoßen ist, was den Flug verzögert. Dennoch wird weiterhin auf August 2021 als Starttermin von EM-2 hingearbeitet, der nach heutigem Stand auch erreicht werden kann. Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass das so bleibt. Obwohl es nicht Teil der Untersuchung im Rahmen von KDP-C war, arbeitet man als Startdatum für EM-1 weiterhin auf den Herbst 2018 hin. Der genaue Termin wird nach den Designprüfungen von Orion und den Bodenanlagen festgelegt, die bereits begonnen haben.

Bis dahin bleibt der offizielle Jargon der NASA für den Termin von Exploration Mission 1 (EM-1) „nicht später als im Dezember 2018“. Zunächst soll bei dieser Mission Orion auf seiner Trägerrakete, dem Space Launch System, in einen niedrigen Erdorbit starten. Dann zündet das Triebwerk der Oberstufe erneut, sodass das unbemannte Raumschiff nun in Richtung Mond fliegt. Das Raumschiff bremst daraufhin mithilfe seines Servicemoduls in eine Umlaufbahn 70.000 km über der Mondoberfläche ein. Durch eine weitere Zündung des Triebwerks des Servicemoduls verlässt das Raumschiff nach etwa einer Woche diese Umlaufbahn und fliegt wieder zurück zur Erde. Das Servicemodul wird abgetrennt und das kapselförmige Crewmodul tritt mit über 39.000 km/h in die Erdatmosphäre ein, bevor die Kapsel im Pazifik an Fallschirmen landet. Diese Mission wird den ersten Flug eines zumindest theoretisch bemannbaren Raumschiffs zum Mond seit 45 Jahren und den weitesten Flug eines solchen Raumschiffs aller Zeiten darstellen.

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