FLUG REVUE Februar 1979: Spacelab im Bau

Europas Weitraumlabor

SPACELAB

Eines der wichtigsten Projekte der deutschen und europäischen Raumfahrt-Industrie steuert - weitgehend außerhalb des Rampenlichtes der Öffentlichkeit - seinem Flugeinsatz entgegen - das Raumlabor Spacelab.

Raumfahrtunternehmungen müssen sich in der Bundesrepublik Deutschland künftig stärker am wirtschaftlichen und wissenschaftlichen Bedarf orientieren als am technisch Mach- und Wünschbaren. Diese Maxime, aufgestellt am 10. Oktober 1978 von Bundesforschungsminister Dr. Volker Hauff anläßlich des Spacelab-Symposiums bei der Firma ERNO Raumfahrttechnik in Bremen, gilt in besonderem Maß - wegen des hohen finanziellen Aufwandes - für das europäische Raumlabor Spacelab, das im Auftrag der NASA von der NASA mit Hilfe des amerikanischen Raumtransporters Space Shuttle in den Orbit gebracht werden soll.

Diese Forderung stand bei den Beteiligten allerdings auch von Anfang an hinter der gesamten Konzeption des Raumlabors. So wurden schon unmittelbar nach der Auftrag-Erteilung am 5. Juni 1974, bei der die ESA das Bremer Raumfahrtunternehmen zum Hauptauftragnehmer bestimmte, folgende drei Grundforderungen aufgestellt:
gute Wiederverwendbarkeit;
geringe Kosten am Boden;
Flexibilität bei der Anpassung unterschiedlicher Nutzlasten.

Aus diesen Bedingungen resultierte fast zwangsläufig der module Aufbau des gesamten Spacelab-Systems. Im einzelnen umfaßt es drei Bereiche - das druckbelüftete und hermetisch gegen die Außenwelt abgeschlossene bemannte Labor-Modul, die offene Palette und den Versorgungs-Iglu für die Palette.

Das Labor-Modul

Diese bemannte Einheit ist der komplexeste Spacelab-Teil. Sie dient zur Aufnahme derjenigen Experimente, die zwar unter Schwerelosigkeit arbeiten sollen, aber nicht den direkten Weltallbedingungen ausgesetzt werden dürfen bzw. von den Nutzlastexperten über längere Zeit intensiv bedient oder beobachtet werden müssen.

Von dem zylinderförmigen Labor, das bei Aeritalia gefertigt wird, gibt es zwei Versionen: eine kurze und eine lange - letztere ist aus zwei kurzen Varianten zusammengesetzt.

Wichtigster Modulbaustein dieses Systembereichs sind die Racks, Regalschränke, die zur Aufnahme der eigentlichen Experimentiergeräte dienen. Diese Unterteilung hat unter anderem den Vorteil, daß schon am Boden neue Experimente vorbereitet, in bereitgestellte Racks eingebaut und ausgetestet werden können, bevor das Zylinder-Modul zur Verfügung steht, weil es sich z. B. noch im Weltall befindet.

Die Schränke werden zu sogenannten Rack-Zügen zusammengestellt und in den Zylinder hineingeschoben, nachdem dieser wieder am Boden ist. Alle Experimente-Schränke können unabhängig voneinander bestückt und in beliebiger Reihenfolge zusammengestellt werden. Sie können auch einzeln in das Labor- geschoben werden. Nur das Lebenserhaltungssystem für die Besatzung zur Schaffung einer „hemdsärmeligen" Atmosphäre und die notwendigen Hauptversorgungs- und Kontrollapparaturen (Kühlsystem, Bordcomputer usw.) für die Experimente befinden sich als Standardausrüstung - im Unterflurbereich und in zwei Standard-Doppelracks - an Bord des Moduls.

Durch die Trennung Experiment bzw. Rack/Labor-Modul konnte man unter anderem die Forderung nach geringen Kosten am Boden erfüllen, da das Umrüsten des Labors von einem Rack-Zug auf den nächsten in kürzester Zeit vonstatten geht: Zeit ist auch hier Geld. Die Unabhängigkeit der Racks untereinander wiederum sorgt für die gewünschte Flexibilität bei der Anpassung unterschiedlicher Nutzlasten.

Die dritte Forderung - gute Wiederverwendbarkeit - stellt besonders an die Struktur des Moduls erhebliche Ansprüche. So muß die Aluminium-Wandung des Zylinders nicht nur genügenden Schutz gegen Weltraum-Einflüsse wie z. B. Kalt-Warm-Verschiebung, Weltraumstrahlung oder Meteoriten bieten, sondern auch den enormen Lärmbelastungen beim Start des Space Shuttle, die zu erheblichen Schwingungen führen, können widerstehen - und das etwa fünfzigmal. So viele Einsätze - oder 10 Jahre Lebensdauer - sind nämlich mit einem Modul möglich.

Aus diesen Gründen ist die Außenwand doppelschichtig, wobei die innere, aus dem Vollen gearbeitete, in erster Linie die tragende Struktur darstellt und die äußere vornehmlich Schutzfunktionen gegenüber den Weltraumeinflüssen übernimmt.

Einige technische Details des Labor-Moduls: Es kann - in der Zweisegmenten-Version - mit etwa 7 m Länge und 4 m Durchmesser maximal vier Nutzlastspezialisten aufnehmen. Damit diese sich problemlos im schwerelosen Raum bewegen können, sind an den Racks und an verschiedenen anderen Stellen Handgriffe und Fußplatten angebracht. Auch an der Außenwand befinden sich solche Einrichtungen, um eventuelle Außenaktivitäten durchführen zu können. Der Zwischenboden ist im mittleren Bereich für Belastungen von maximal 300 kg/lfd. m und von 500 kg/lfd. m im Randbereich ausgelegt. Die reine Experimenten-Nutzlast liegt bei 4600 kg, das maximale Leergewicht des Moduls beträgt 6250 kg.

Die im Unterflur angesiedelten Versorgungs-Systeme sind durch Hochklappen der einzelnen Bodensegmente zugänglich. An der Oberseite des Langmoduls befinden sich zwei Öffnungen. Sie können entweder mit einem Deckel, in dem sich ein normales „Guckloch" und ein hochwertiges Fenster befinden, oder mit einem Deckel, der nur ein Guckloch aufweist, geschlossen werden. Eine der Öffnungen ist aber auch mit einer Ausstiegluke bestückbar. Weitere Fenster und Verschlüsse sind im Front- und Endkonus, die die Zylinder abschließen, eingebaut. Die Nutzlastspezialisten haben über einen Tunnel Zugang zum Labor, der das Space Shuttle-Mitteldeck mit dem Frontkonus verbindet. Das gesamte Labor-Modul wird über vier Aufhängungspunkte mit dem Orbiter verbunden; drei davon liegen an der Seite, einer am Kiel.

Die Palette

Zweiter Hauptbereich des Spacelabs ist die U-förmige Palette, die von British Aerospace gefertigt wird. Ihr kommt im Einsatz die Aufgabe zu, alle jene Experimente aufzunehmen, die dem freien Weltraum ausgesetzt sein müssen oder dürfen. Dazu gehören z. B. Teleskope, Meß-Sonden für Weltraumstrahlung und ähnliches. Die Palette hat - wie das Labormodul auch - eine Aluminium-Struktur, die z.T. honigwabenartig aufgebaut ist. Schwere Lasten, die für die Palette vorgesehen sind, werden über sogenannte „Hardpoints", Zapfen, die direkt mit der tragenden Struktur verbunden sind, angeschlossen. Die Zapfen sind um sieben Grad beweglich gelagert. Kleinere Geräte kann man aber auch direkt auf den Abdeckplatten (Kühlplatten) der Palette befestigen.

Dieses Träger-System hat unter anderem einen kompletten Freon-Kühlkreislauf, an den nicht nur die paletten-eigenen Geräte wie z. B. Energiesteuerungs-Bauteile und die Kühlplatten, sondern auch die eigentlichen Experimente bei Bedarf anschließbar sind. Zur Unterbringung der palettenseitigen Geräte dient der Zwischenraum zwischen äußeren und inneren Abdeckplatten. Die Paletten können -ähnlich den Racks - in beliebiger Reihenfolge hintereinandergekoppelt werden; maximal passen in einen Orbiter allerdings nur fünf Einheiten.

Da einige Experimente auf der Palette trotz ihrer relativen „Eigenständigkeit" hin und wieder von den Nutzlastexperten betreut werden müssen, befinden sich am oberen Plattenrand ebenfalls Handgriffe, an denen sich die „Betreuer" während ihres Einsatzes im freien Weltraum festhalten können.

Das Paletten-Modul wird über vier seitliche und einen unteren Zapfen am Orbiter befestigt. Die Lebensdauer ist auch auf 50 Einsätze bzw. 10Jahreausgelegt. Dieses Trägersystem hat eine Breite von über vier Metern und ist drei Meter lang. Es kann Geräte bis zu einem Volumen von 33 m3 und einem Gewicht von maximal 1100 kg/lfd. m (gleichmäßig verteilt) aufnehmen.

Das Iglu

Das kleinste Hauptsystem - dennoch aber hochinteressant - ist das Iglu. Es muß direkt der Palette zugeordnet werden, da es praktisch deren Eigenständigkeit garantiert. Es nimmt nämlich alle Geräte auf, die zur Kontrolle der auf der Palette montierten Experimente benötigt werden. Dies wird besonders wichtig, wenn Nur-Paletten-Flüge durchgeführt werden.

Der strukturelle Aufbau der Einheit besteht aus vier Komponenten: der haupttragenden Struktur, der Sekundärstruktur, in die hinein die einzelnen Geräte geschoben werden, der Hülle für das hermetische Verschließen des Iglu (Überdrucksicherung ist vorgesehen) und der Stützstruktur, mit der das ganze System an der Stirnseite der Palette befestigt wird.

Das Iglu verfügt über aktive und passive Wärmekontrolle, wobei die meisten Geräte an den Freon-Kühlkreislauf der Palette angeschlossen sind. Als Atmosphäre dieses dritten Hauptmoduls dient normale Luft, die getrocknet wird, um eventuelle Kondensation zu vermeiden. Einige Abmessungen: Durchmesser: 1,1 m; Höhe: 2,5 m; Volumen: 1,7 m3; Gesamtgewicht: 677 kg.

Die Energie-Versorgung

Die Energie-Quelle für das gesamte Spacelab-Modul, Palette und Iglu - liegt im Orbiter. Nur die Energieverteilung geschieht mit Hilfe der zur Grundausstattung gehörenden Untersysteme.

Die Rolle der ERNO beim Spacelab

Die ERNO Raumfahrttechnik GmbH in Bremen erarbeitete als Hauptauftragnehmer das gesamte technische Konzept aller drei Labor-Teileinheiten, bevor sie Unteraufträge für den Bau der Systemteile an die verschiedenen europäischen Firmen vergab.

An der Fertigung ist das Unternehmen aber nur in ganz geringem Ausmaß beteiligt. Es versteht sich zunächst vielmehr als „Ingenieurbüro". Ein ganz wesentlicher anderer Abschnitt wird allerdings komplett bei ERNO abgewickelt - die Integrations-Phase. Dazu gehört nicht nur der Zusammenbau der von den beteiligten Firmen angelieferten Bauteile, sondern auch das Durchtesten aller Einzelsegmente, das Zusammenstellen der daraus entstehenden Untermodule zum Gesamtsystem und - ein ganz wesentlicher Punkt - die Überprüfung der an den Obergangs-Punkten entstehenden Schnittstellen. Gerade dieses Austesten ist außerordentlich komplex, da nicht nur die Systemverbindungen, sondern auch deren Verträglichkeit untereinander (einschließlich der Experimente) nachgewiesen werden muß.

Als Hauptauftragnehmer ist die ERNO natürlich für das technische Konzept und dessen einwandfreie Funktion bei der Ablieferung an die ESA bzw. NASA verantwortlich. Das Bremer Unternehmen ist im Zusammenhang mit Spacelab aber auch an einer Reihe weiterer Projekte beteiligt, die sich z. B. auf vorbereitende Studien beziehen. Ferner liegt ein Großteil der operationellen Unterstützung für das Raumlabor in der Hand der ERNO. Auf die Abwicklung dieses operationellen Spacelab-Einsatzes gehen wir in einem zweiten Bericht gesondert ein.
Text: Odilo Mühling

Letzte Änderung: 7. Februar 2004

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