Quelle: DLR.

Unter dem Motto „Space Moves!“ suchte das Raumfahrtmanagement des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) beim vierten INNOspace-Masters-Wettbewerb wieder nach neuen Ideen und Konzepten, die aktuelle Problemstellungen der Raumfahrtbranche aufgreifen und innovative Lösungsvorschläge bieten. Vier Wettbewerbskategorien – „Challenges“ genannt – aus verschiedenen Entwicklungs- und Innovationsphasen der Wertschöpfungskette standen für die Teilnehmer zur Auswahl. Die „DLR Raumfahrtmanagement Challenge“ stellte dabei die Forschungs- und Entwicklungsphase in den Mittelpunkt, während die „Airbus Challenge“ und die „OHB Challenge“ zu Vorschlägen für bereits einsatzfähige Lösungen aufrief. Die „ESA BIC Start-up Challenge“, die der Anlaufphase galt, konzentrierte sich auf Geschäftsmodelle und Unternehmensneugründungen. Insgesamt 253 Teilnehmer aus Unternehmen, Start-ups, Universitäten und Forschungseinrichtungen in 17 europäischen Ländern haben ihre Projektskizzen eingereicht, zwölf wurden in die Endrunde des Innovationswettbewerbs gewählt. Die Preisträger des Wettbewerbs stehen nun fest, Gesamtsieger wurde die ESDA-Axiotherm GmbH mit einer neuartigen Polymerverbindung.

Preisverleihung im Humboldt-Carré in Berlin
Überreicht wurden die Preise im Rahmen der vierten INNOspace-Masters-Konferenz am 3. Juli 2019 im Humboldt-Carré in Berlin durch Dr. Walther Pelzer, Vorstand des DLR Raumfahrtmanagements, sowie durch Partner des Wettbewerbs. „Die große Anzahl und hohe Qualität der eingereichten Ideen verdeutlichen die Innovationskraft und Relevanz dieses Wettbewerbs“, erläuterte Dr. Pelzer. „Zukunftsweisende Entwicklungs- und Forschungsansätze wurden in diesem Jahr insbesondere in den Bereichen Softwaretechnologie und intelligente Werkstoffe erarbeitet. Insgesamt unterstreicht die große Bandbreite der adressierten Themen das enorme Potenzial branchenübergreifender Transferprojekte“, so Pelzer weiter. Der Koordinator der Bundesregierung für die Deutsche Luft- und Raumfahrt, Thomas Jarzombek MdB, eröffnete gemeinsam mit Dr. Walther Pelzer die Konferenz. „Unabhängig von der Rangfolge der Preisträger des heutigen Tages möchte ich allen Teilnehmern für ihren außergewöhnlichen Einsatz danken. Ich bin überzeugt, dass jede Idee, die wir heute gehört haben, positive Auswirkungen hat und der deutschen Raumfahrt auf vielfältige Weise nutzen wird“, erklärte Jarzombek in seiner Eröffnungsrede.

Neben den Ideen-Präsentationen der Finalisten diskutierten in zwei Podiumsdiskussionen hochrangige Experten künftige Herausforderungen und Chancen der Raumfahrt, insbesondere mit Blick auf Künstliche Intelligenz. Der deutsche Astronaut und zeitweise ISS-Kommandant Dr. Alexander Gerst sowie Matthias Hartmann, Vorsitzender der Geschäftsführung IBM Deutschland, ergänzten die Konferenz mit Redebeiträgen. „Gemeinsame Forschung, Innovation und stetige technologische Weiterentwicklung sind in einer globalen Welt wichtiger denn je. Nur so können Gesellschaften den Lebensraum nachhaltig Schritt für Schritt weiter verbessern. Der Erfindergeist, der auf dem INNOspace Masters herrscht, begeistert mich. Ich bin stolz, dass wir mit dem Projekt CIMON ein Teil davon sind und im gemeinsamen Unterfangen die erste autonome Künstliche Intelligenz in den Weltraum gebracht haben“, sagte Hartmann.

PCM-Polymer-Verbindung: Neuartiges Material für die thermische Stabilisierung von Bauteilen und Systemen
Den Gesamtgewinn und den Gewinn der OHB Challenge konnte ESDA-Axiotherm für sich verbuchen. Das Unternehmen aus dem thüringischen Eisenberg entwickelt eine Polymerverbindung aus Phasenwechselmaterialien (PCM) zur thermischen Stabilisierung von Weltraumkomponenten und -systemen, um Überhitzung oder Unterkühlen zu vermeiden. Das Material verhindert Temperaturschwankungen und erzeugt eine gleichmäßige Temperaturkurve. Insbesondere Batterien – auch in der Elektromobilität – können von dieser Technologie profitieren.

SmartSpace – Ein Modul für den globalen Einsatz eines IoT Cloud Services
Ein Konzept, das neue Übertragungswege für das Internet der Dinge (Internet of Things/IoT) bereitstellt, überzeugte in der DLR Raumfahrtmanagement Challenge. Das SmartSpace-Konzept des Instituts für Raumfahrtsysteme der TU Braunschweig sieht dedizierte Kommunikationsmodule auf der Erde und im Weltraum vor, um eine Datenerfassung und -übertragung zu ermöglichen. Innerhalb des Konzepts dienen SmartSpace-Module als Datenpuffer für mehrere IoT-Geräte und deren Anwendungen und senden die gesammelten Daten an ein übergeordnetes Satelliten-Backbone. Die Netzwerk-Lösung kommt ohne eigene Bodenstation aus und gewährleistet die für das Internet der Dinge unentbehrlichen Datenverbindungen auch außerhalb der Ballungsräume.

Aktuatoren für Nanosatelliten
Eine Technik, die sich mit auffaltbaren Strukturen an Satelliten befasst, gewann die ESA BIC Challenge. Kleine Satelliten können mit Antennen oder Segeln ausgerüstet werden, die sich erst im Orbit entfalten. Für die Entfaltung werden spezielle Stellmotoren, sogenannte Aktuatoren, benötigt. Die Firma Deployables Cubed aus Gilching entwickelt besonders kleine Modelle, um Europas Unabhängigkeit auf diesem Gebiet zu ermöglichen.

Echtzeit-Container-Tracking und -Überwachung
Die Firma Callwise Ltd. aus dem britischen Wycombe überzeugte in der Airbus Challenge mit einer Lösung für das weltweite Nachverfolgen von Schiffscontainern in Echtzeit. Das System erlaubt die Verfolgung und Überwachung auf dem gesamten Transportweg, auch bei Wechseln der Transportmittel. Darüber hinaus kann es Warnungen für diverse Ereignisse, etwa das unbefugte Öffnen der Tür, erzeugen. Zudem ist die Technik in der Lage, verloren gegangene Container auf See zu tracken.

Über den Ideenwettbewerb INNOspace Masters
Veranstalter des INNOspace Masters ist das DLR Raumfahrtmanagement im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi). Der Wettbewerb ist Teil der Initiative INNOspace, die seit 2013 Innovationen und Technologietransfers zwischen Raumfahrt und raumfahrtfremden Industriezweigen fördert. Partner des Wettbewerbs sind die ESA Business Incubation Centres (BIC) Bavaria & Northern Germany und ESA BIC Hessen & Baden-Württemberg sowie die Raumfahrtkonzerne Airbus und OHB. Organisiert wird der INNOspace Masters durch die AZO Anwendungszentrum GmbH Oberpfaffenhofen, die auch den Copernicus Masters und den Galileo Masters ausrichtet.

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Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: NanoRacks, NASA, Orbital ATK, Spire Global, Thales Alenia Space, ZARM.

Die von Orbital ATK zusammengebaute 42,5 Meter hohe Rakete mit dem ebenfalls von Orbital ATK gebauten Transporter mit einer Startmasse von 6.173 Kilogramm an der Spitze begann ihren Flug von der Rampe 0A der Wallops Flight Facility auf Wallops Island im US-amerikanischen Bundesstaat Virginia. Sie hob um 1:45 Uhr MESZ am 18. Oktober 2016 (23:45 Uhr UTC 17. Oktober) ab.

Mix and match
Die Antares 230 nutzte in der ersten Stufe zwei Kerosin mit flüssigem Sauerstoff verbrennende RD-181-Triebwerke von NPO Energomash (НПО Энергомаш) aus Russland, deren Grundkonstruktion auf einen Entwurf von Juschnoje in der Ukraine zurückgeht, der einstmals für einen Flüssigkeitsbooster für die sowjetische Schwerlastrakete Energija entwickelt worden war. Die Triebwerke lieferten einen nominalen Startschub von zusammen rund 392 Tonnen. In der zweiten Stufe kam ein Feststoffmotor des Typs Castor 30XL zum Einsatz, den Orbital ATK in seinem Werk in Magna im US-Bundesstaat Utah gebaut hatte. Er lieferte rund 30 Tonnen Schub und verbrannte modifiziertes TP-H8299, das Hydroxyl-terminiertes Polybutadien (HTPB) enthält und 20 Prozent Aluminium.

Zum ersten Mal saß ein Cygnus-Transporter auf einer Antares-230-Rakete. Ursprünglich hätte Orbital ATK den Orbit-Einschuss der Cygnus-Transporter ausschließlich mit Hilfe eigener Raketen vornehmen wollen, musste sich nach einem kapitalen Fehlstart seiner Antares-130-Rakete am 28. Oktober 2014 jedoch nach einem Transportdienstleister umsehen, um den von der US-amerikanischen Luft- und Raumfahrtagentur (NASA) erhaltenen Auftrag mit dem Titel Commercial Resupply Services-1 (CRS-1) weiter umsetzen zu können.

Bevor Orbital ATK den jetzt erfolgreichen Flug absolvieren konnte, griff man im Dezember 2015 (Cygnus OA-4) und März 2016 (Cygnus OA-6) zweimal auf Raketen des US-amerikanischen Startanbieters United Launch Alliance (ULA) zurück. Die entsprechenden Atlas-Projektile benutzen in ihren ersten Stufen übrigens ebenfalls Triebwerke aus Russland (RD-180) und flogen von der Luftwaffenbasis Cape Canaveral aus.

Der jetzt gestartete Transporter wird auch als Raumschiff Alan Poindexter (S.S. Alan Poindexter) bezeichnet. Damit soll an den 2012 verstorbenen US-amerikanischen Astronauten Alan Goodwin Poindexter erinnert werden, der als Pilot und Kommandant Missionen im Space Shuttle (STS-122 – Anlieferung Columbus und STS-131 – Flug mit Logistkmodul Leonardo) absolviert und an Bord der ISS gearbeitet hatte.

Mehr Platz, mehr Leistung
Der Transporter fliegt zum dritten Mal in seiner vergrößerten und verbesserten Variante. Er ermöglichte eine größere Zuladung von Transportgut, weist ein gegenüber der kleineren Bauform um rund 25 Prozent größeres Volumen seines druckbeaufschlagten, von der ISS nach dem Ankoppeln zugänglichen Frachtraums auf. Der druckbeaufschlagte Frachtraum, Pressurized Cargo Module (PCM) genannt, wurde vom französisch-italienischen Luft- und Raumfahrtkonzern Thales Alenia Space in Turin in Italien hergestellt. Die verbesserte Transportervariante besitzt außerdem neu-konstruierte Treibstofftanks und Solarzellenausleger.

Laut Orbital ATK hatte der Cygnus-Frachter den Start sehr gut überstanden und gelangte rund neun Minuten nach dem Abheben auf einen rund 51,6 Grad gegen den Erdäquator geneigten Orbit in Höhen zwischen 214 und 368 Kilometern über der Erde, was auf eine mehr als ausreichende Leistung der neuen Rakete hindeutet. Es bestand eine stabile Kommunikationsverbindung, die beiden Orbital ATK UltraFlex-Solarzellenausleger wurden erfolgreich entfaltet.

Nach Herstellung der Betriebsbereitschaft musste der Transporter eine Reihe von Bahnanpassungsmanövern durchführen. Dafür wurde ein Teil der 800 Kilogramm umfassenden Treibstoffvorräte an Bord verbraucht. Nach einigen Einsätzen des von IHI mit Sitz in Tokio, Japan, gebauten Haupttriebwerks vom Typ BT-4 erreichte Cygnus OA-5 am 20. Oktober einen 392 x 402 Kilometer Orbit. Vor einem Aufschließen zur ISS war für den Zeitraum der Ankunft der Sojus-MS 02 ein Sicherheitsabstand einzuhalten. Nach der Ankunft der Besatzungsmitglieder Sergei Nikolajewitsch Ryschikow, Andrei Iwanowitsch Borissenko und Robert Shane Kimbrough der Expedition 49 bzw. 50 konnte der Transporter den Anflug auf die Station fortsetzen.

Angeflogen, angepackt und angekoppelt
Aus etwa 4.000 Kilometer Entfernung wurde der Abstand des Transporters zur ISS zunächst auf 1.600 Kilometer am 21. Oktober und dann etwa 550 Kilometer am 22. Oktober verringert. Am 23. Oktober schließlich begann der Endanflug, nachdem in einem Abstand von 28 Kilometern zur Station eine spezielle Kommunikationsverbindung zwischen Cygnus OA-5 und der ISS hergestellt worden war. Über Positionen in 1,4 Kilometern, 1000 und 250 Metern erreichte der Transporter eine in rund 30 Metern Abstand.

Um 13:07 Uhr MESZ am 23. Oktober 2016 (11:07 Uhr UTC) erfolgte die Freigabe zur Einnahme einer Position neben der Station in Reichweite des rund 18 Meter langen Canadarm 2 genannten Roboterarms. Die NASA-Astonautin Kate Rubins steuerte dann den auch als SSRMS für Space Station Remote Manipulator System bezeichneten Roboterarm aus der Station und führte ihn behutsam an den Transporter heran. Um 13:28 Uhr MESZ (11:28 Uhr UTC) konnte sie den Kontakt zwischen dem Arm und dem entsprechenden Interface an Cygnus OA-5 herstellen.

Der Nadir-Andockport am Modul Unity (alias Node 1), bezeichnungsgerecht Richtung Erde zeigend, war der für Cygnus OA-5 vorgesehene. Mit dem Roboterarm wurde der Transporter also in die entsprechende Lage bugsiert und an die Kopplungsschnittstelle des Andockports herangeführt. Um 16:53 Uhr MESZ am 23. Oktober 2016 (13:53 Uhr UTC) waren Transporter und Station schließlich fest verbunden.

Unter den vom Transporter angelieferten Gütern befinden sich 498 Kilogramm Material für wissenschaftliche Experimente, 585 Kilogramm Nachschub zur Versorgung der Besatzung der ISS, 1.023 Kilogramm Ausrüstung zur Verwendung bei Außeneinsätzen, 5 Kilogramm Computertechnik sowie 42 Kilogramm Hardware aus Russland.

Schwan mit Mitfliegern
Außen an Cygnus OA-5 montiert ist eine Vorrichtung von der NanoRacks LLC aus Webster im US-Bundesstaat Texas zum Aussetzen von Kleinsatelliten. Die NanoRacks CubeSat Deployer – External (NRCSD-E) genannte Vorrichtung sitzt am Segment 5 des Cygnus-Servicemoduls (SM). In ihr befördert werden vier drei Standard-Cubesat-Einheiten (3U) große Kleinsatelliten für eine Satellitenkonstellation namens Lemur 2. Laut Orbital ATK beträgt die Gesamtmasse der außen transportierten Hardware mit Deployer und Satelliten 83 Kilogramm.

Die für Spire Global aus San Francisco in Florida in den USA gebauten Satelliten Lemur 2 Nr. 14 bis Lemur 2 Nr. 17 sollen der Überwachung des Schiffsverkehrs auf den Weltmeeren und der Wetterbeobachtung unter Nutzung von GPS-Signalen dienen und besitzen eines Masse von jeweils rund 4 Kilogramm. STRATOS heißen die Systeme zur Analyse der Veränderungen von GPS-Signalen beim Gang durch die Erdatmosphäre zum Zwecke der Wettervorhersage an Bord der Kleinstsatelliten. SENSE ist der Name der Technik zur Beobachtung des Schiffsverkehrs.

Die NanoRacks LLC hat außerdem eine interne Nutzlast an Bord von Cygnus OA-5. Das Blackbox genannte spindformatige Rack ist als Experimentierplattform gedacht und bietet Platz für Einbauten im Format von maximal 18 Standard-Cubesat-Einheiten (18U).

Feuer an Bord vor feurigem Wiedereintritt
Die aktuelle Planung sieht vor, dass Cygnus OA-5 bis zum 18. November 2016 mit der ISS verbunden sein soll. Nach der Abkopplung des dann unter anderem mit voraussichtlich 1.687 Kilogramm Material und Stationsabfällen beladenen Transporter will man das Spacecraft Fire Experiment 2 (Saffire-2) abwickeln.

Saffire-2 dient der Erforschung von Verlauf und Folgen eines Brandes an Bord eines Raumfahrzeugs. Dabei will man mit dem etwa 53 auf 90 auf 133 Zentimeter großen Versuchsaufbau Tests vornehmen, die man auf Grund des Risikos nicht an Bord eines bemannten Fahrzeugs ausführen möchte. An Bord von Raumfahrzeugen verlaufen Brände anders als auf der Erdoberfläche. Bei der typischen Zusammensetzung und Umwälzung der Atmosphäre in einem Raumfahrzeug oder einer Raumstation können Brände langsamer verlaufen, aber gleichzeitig höhere Temperaturen erreichen.

Die bei Saffire-2 bei rund 21 Volumenprozent Sauerstoff zu entzündenden Materialproben messen rund 5 auf 29 Zentimeter. Neun verschiedene Proben will man testen. Zwei von ihnen bestehen aus Acrylglas (Polymethylmethacrylat, PMMA). Zwei weitere setzen sich aus einer Mischung aus Baumwolle und Glasfasern zusammen. Vier Proben bestehen aus unterschiedlich dickem polyaramidverstärkten Gummi. Das Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) der Universität Bremen steuerte eine Acrylglasprobe mit strukturierter Oberfläche bei.

Saffire-2 wird erst zum Einsatz kommen, wenn der Cygnus-Transporter die ISS wieder verlassen hat und sich in einem sicheren Abstand zur Station befindet. Später erfolgt dann der laut Plan zerstörerische Wiedereintritt in die Erdatmosphäre über dem Pazifik.

Cygnus OA-5 ist katalogisiert mit der NORAD-Nr. 41.818 und als COSPAR-Objekt 2016-062A.

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