Animation einer Mond-
Mission mit dem CEV
(Erstellt von M. Kletzsch) Die Rückkehr der
NASA zum Mond
Noch vor
Ende des nächsten Jahrzehnts will die NASA bemannte Missionen zum
Mond schicken. Wie die amerikanische Weltraumbehörde dieses ehrgeizige
Ziel erreichen will, stellte sie am 19. September 2005 der Öffentlichkeit
vor. Die von US-Präsident George W. Bush Anfang 2001 angekündigte
Neuausrichtung des bemannten Raumfahrtprogramms nimmt langsam Konturen
an. Das Ergebnis der eineinhalbjährigen Planungen ist eine Mischung
aus Altem und Neuem: Eine Kombination aus einer modernisierten Shuttle-Technologie
und dem alten Missions-Konzept des Apollo-Programms.
Apollo — Das erste amerikanische Mondprogramm
Präsident John F. Kennedy
am 25. Mai 1961 im Senat 15 Jahre, von 1960 bis 1975,
dauerte das überaus erfolgreiche Programm, das am 21. Juli 1969
zum ersten Mal zwei Astronauten auf den Mond brachte. Bis Ende 1972
betraten 12 Amerikaner unseren Trabanten und erfüllten die Verpflichtung
des 1963 ermordeten Präsidenten John F. Kennedy.
Damals starteten jeweils drei Astronauten in ihrer Kommando-Kapsel
an der Spitze der Saturn V-Rakete. Zur Landung auf dem Mond stiegen
aber nur zwei Astronauten in die mitgeführte Landefähre um.
Der dritte Astronaut blieb allein im Mutterschiff zurück. Nach
dem Rückstart von der Mondoberfläche und dem Rendezvous mit
dem Mutterschiff in der Mondumlaufbahn landeten die Apollo-Kapseln an
Fallschirmen hängend im Meer.
Präsident Kennedy verkündete seine Absicht, Amerikaner in
einem Wettlauf mit den Sowjets zum Mond zu schicken, am 25. Mai 1961
in seiner ersten Rede an den amerikanischen Kongress.
|
Das neue amerikanische Mondprogramm — Zurück zum
Mond und darüber hinaus
Präsident George W. Bush
am 14. Januar 2004 Fast 43 Jahre und 7 Präsidenten
später, am 14. Januar 2004, präsentierte US-Präsident
George W. Bush in einer Rede im NASA-Hauptquartier seine "neuen"
Pläne für die bemannte amerikanische Raumfahrt, unter anderem:
• Vollendung der Internationalen Raumstation ISS
• Betrieb der Space Shuttle-Flotte bis 2010
• Entwicklung und Flug des Crew Exploration Vehicle bis 2014
• Rückkehr zum Mond bis spätestens 2020
• Ausdehnung der menschlichen Präsenz im Sonnensystem
|
CEV — Erinnerungen an Apollo
Bau eines Maßstabsmodells
(Mock-up) des CEV im JSC Kernstück des neuen Mondprogramms
ist die Entwicklung eines neuen bemannten Raumfahrzeuges als Nachfolger
der für solche Pläne unbrauchbaren Space Shuttles. Nach Angaben
der NASA soll das neue Rückgrat der amerikanischen Weltraumfahrt
"bezahlbar, verlässlich, vielseitig verwendbar und sicher"
sein. Im Mittelpunkt steht dabei ein neues Raumschiff, das Crew Exploration
Vehicle (CEV).
Wie die Apollo-Kommandokapseln wird auch das CEV konisch geformt sein.
Es wird aber dreimal größer sein als sein "Vorgänger"
und vier statt nur drei Astronauten Platz bieten. Für spätere
Flüge zum Mars wird es sogar sechs Astronauten aufnehmen können.
Bis es soweit ist, wird das CEV zuerst für Flüge zur ISS eingesetzt.
Die NASA hofft, das erste CEV bereits 2011 einsetzten zu können
und somit einen fließenden Übergang vom Space Shuttle auf
das neue System zu erreichen.
Im Gegensatz zu den Apollo-Kapseln wird das CEV so ausgelegt sein, dass
es bis zu 10 Mal wiederverwendet werden kann. Dazu wird nach jedem Flug
der beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre verbrannte Hitzeschild
ausgetauscht. Im Gegensatz zu den Apollo-Missionen werden die CEV-Kapseln
auf Land und nicht mehr im Wasser landen. Als primärer Landeort
ist die Edwards Air Force Base in Kalifornien vorgesehen.
Das Crew Exploration Vehicle im Anflug
auf die Internationale RaumstationWie das alte
Apollo-Command Module (Kapsel) wird auch das CEV mit einem Technik-Modul
(analog dem Apollo-Service Module) ausgestattet sein. Es enthält
unter anderem die lebenswichtigen Energie-, Antriebs-, Steuer- und Lebenserhaltungssysteme.
Wegen des deutlich höheren Energieverbrauches wird es aber zusätzlich
mit zwei Solarzellenauslegern ausgerüstet sein. Wie beim Apollo-Service
Module erfolgt der Einschuß in die verschiedenen Erd- und Mondumlaufbahnen
durch ein Haupttriebwerk. Der Treibstoff für das neu zu entwickelnde
Triebwerk wird aber nicht mehr Stickstoff-Tetroxid, sondern flüssiges
Methan sein. Grund dafür ist die Annahme der NASA-Techniker, aus
den Resourcen auf dem Mond vor Ort Treibstoff für die Rückkehr
zur Erde herstellen zu können. Diese Möglichkeit würde
eine deutliche Gewichts- und somit auch Kostenreduktion bedeuten. Zu
diesem Zweck ist bereits ein Programm gestartet worden, das mit Hilfe
des Hubble Space Telescope die Mondoberfläche des Mondes im ultravioletten
Licht nach geeigneten Lagerstätten untersuchen soll. Erste Ziele
sind die Gebiete um Hadley und Taurus-Littrow (die Landegebiete der
Missionen Apollo 15 und Apollo 17) sowie das Aristarchus-Plateau.
Die Kombination aus CEV und Lunar Lander
in der Mondumlaufbahn vor der LandungZusammen
mit dem neu zu entwickelnden Lunar Lander, der dem Lunar Module des
Apollo-Programms sehr änlich ist, wird es dem CEV aber möglich
sein, doppelt so viele Astronauten auf den Mond zu bringen. Zudem wird
es mit dem Lunar Lander möglich sein, auch in der Nähe der
Pole zu landen. Hier wird Wasser vermutet und es ist ausreichend Sonnenlicht
vorhanden. Bei Apollo waren lediglich Landungen in der Äquatorebene
möglich.
Weiterhin umfasst das neue Mondprogramm die Entwicklung eines Mondlabors.
Mit Hilfe dieser bemannten Forschungseinrichtung soll während mehrerer
Missionen die Nutzbarmachung von Mondresourcen für die Herstellung
von Wasser, Sauerstoff und Treibstoff unter Beweis gestellt werden.
In einer späteren Programmphase sollen sich vier Astronauten bis
zu sechs Monate auf dem Mond aufhalten. Zusätzlich werden die "Lunanauten"
mit unbemannten Landekapseln versorgt. Um die Mobilität der Crew
auf dem Mond zu erhöhen, ist - ebenfalls wie bei Apollo - die Entwicklung
eines Lunar Rovers beabsichtigt.
|
Die neuen Trägerraketen — Modifizierte Shuttle-Technik
Links: Schwerlastrakete
Rechts: CEV-Trägerrakete Sollte die Entwicklung des
neuen Raumschiffes nach Plan und ohne gravierende Verzögerungen
verlaufen, so hofft die NASA bereits im Jahr 2011 die ersten Missionen
fliegen zu können. Erstes Ziel dieser Mission wird die Internationale
Raumstation ISS sein.
Zu diesem Zweck muß ebenfalls die passende Trägerrakete noch
entwickelt werden. Um Entwicklungs- und Erprobungszeit (und somit auch
Kosten) zu sparen, greift die NASA auf "bewährte" Technik
zurück: Als erste Stufe der neuen Trägerrakete soll ein Shuttle-Feststoffbooster
zum Einsatz kommen. Es wäre das erste Mal, das ein bemanntes Trägersystem
ausschließlich mit einem Feststoff-Aggregat als erster Stufe eingesetzt
würde. Als zweite Stufe käme eine Stufe mit Flüssigtreibstoff
zum Einsatz. Ein einzelnes Shuttle-Haupttriebwerk (Space Shuttle Main
Engine, SSME) würde als Antriebsaggregat dienen. Entsprechend handelt
es sich bei den kryogenen Treibstoffen der zweiten Stufe um flüssigen
Wasser- und Sauerstoff. Der Gesamtschub dieser Trägerrakete reicht
aus, um das CEV in eine niedrige Erdumlaufbahn zu befördern, beispielsweise
zur ISS. Die ambitionierten Pläne der NASA sehen ab 2011 bis zu
sechs Starts pro Jahr zur ISS vor.
Start des unbemannten Lunar Lander
mit der neuen Schwerlast-TrägerraketeIn
der Startmethodik der einzelnen System-Komponenten liegt auch der größte
konzeptionelle Unterschied zum Apollo-Programm: Damals wurden sowohl
das Apollo-Command and Service Module (CSM) als auch das Lunar Module
(LM) gleichzeitig mit einer einzigen Saturn V gestartet.
In Zukunft soll der Start von schweren Lasten wie dem neuen Lunar Lander,
dem Mondlabor und später auch von Elementen eines zukünftigen
Mars-Raumschiffes mit einer separaten Trägerrakete erfolgen. Auch
diese neue Schwerlastrakete beruht auf Shuttle-Technologie: Im Prinzip
werden zwei modifizierte Shuttle-Außentanks aufeinander montiert.
Im Unterschied zum jetztigen Design verfügen dann die ehemaligen
Shuttle-Außentanks über eigene Triebwerke und werden so zu
vollwertigen Raketenstufen. Die untere Stufe wird fünf - analog
der Saturn V - Shuttle-Haupttriebwerke besitzen, die zweite Stufe vier
und die dritte Stufe zwei. Um den erforderlichen Startschub zu bekommen,
werden an die erste Zentralstufe seitlich zwei Feststoffbooster zusätzlich
montiert. Diese Starthilfsraketen sind um jeweils ein Treibstoff-Segment
verlängerte Shuttle-Feststoffbooster.
Größenvergleich amerikanischer Trägersysteme
Diese Schwerlast-Trägerrakete wird in der Lage sein, Nutzlasten
bis zu 125 Tonnen in eine Erdumlaufbahn zu befördern. Es soll auch
möglich sein, mit diesem Träger bemannte Starts durchzuführen.
Die CEV-Kapsel ist wie die Apollo-Kapsel mit einer Rettungsrakete ausgestattet
und wird auf die Spitze der Raketen montiert. Dadurch werden die neuen
Trägersysteme nach Angaben der NASA mindestens 10 Mal sicherer
sein als das Space Shuttle, da die Gefahr einer Beschädigung beispielsweise
der Kapsel-Außenhülle durch herabfallende Teile beim Start
ausgeschlossen ist.
|
Schema einer frühen Mondmission — (Fast) Wie bei
Apollo
Zuerst startet eine unbemannte Schwerlastrakete mit der Mondlandefähre
als Nutzlast in eine niedrige Erdumlaufbahn (1). Danach
startet die vierköpfige Crew im Crew Exploration Vehicle (2).
Anschließend schwenkt das CEV in die Umlaufbahn des Lunar Landers
ein, der noch mit der 3. Stufe (Transferstufe zum Mond) verbunden ist.
Das CEV koppelt daran an und die Transferstufe zündet für
den Einschuß in die Flugbahn zum Mond (3). Danach
wird die Transferstufe abgetrennt. Nach dreitägiger Reise schwenkt
die CEV/Lunar Lander-Kombination mit Hilfe des Haupttriebwerkes am Heck
des CEV-Technikmodules in eine Mondumlaufbahn ein (4).
Vor dem Abstieg auf die Mondoberfläche steigen die Astonauten
in die Landefähre um und das CEV verbleibt unbemannt im Mondorbit
zurück. Die Landefähre verläßt die Umlaufbahn und
setzt auf der Mondoberfläche auf (5). Nach einem
Aufenthalt von sieben Tagen startet die Crew mit der Oberstufe des Lunar
Landers zurück zum im Mondorbit wartenden CEV (6)
und dockt an. Danach verläßt die Crew die Mondumlaufbahn
und die dreitägige Rückreise zur Erde beginnt. Nach dem sogenannten
"de-orbit burn" wird das Technikmodul abgesprengt und das
CEV tritt in die Erdatmosphäre ein. In den niedrigen und dichteren
Schichten der Erdatmosphäre wird der Hitzeschild abgesprengt und
es entfalten sich die drei Bremsfallschirme (7). Die
Kapsel schwebt dem Erdboden entgegen (8). Um den Aufprall
zu mindern, blasen sich kurz vor der Landung Luftkissen auf. Somit ist
die Crew sicher gelandet und die Raumkapsel kann geborgen, überholt
und wieder neu gestartet werden.
|
