ISS Umlaufbahn & Versorgung

 

 

 

 

ISS Umlaufbahn & Versorgung

 

ISS Umlaufbahn – Die ISS befindet sich in einer annähernd kreisförmigen niedrigen Erdumlaufbahn (LEO) mit einer Bahnneigung von etwa 51,6° gegen den Äquator und umrundet die Erde etwa alle eineinhalb Stunden. Durch die geringe Exzentrizität der Bahnellipse schwankt die Höhe während eines Umlaufs zwischen Perigäum und Apogäum um maximal 20 Kilometer. Die mittlere Bahnhöhe nimmt durch den Luftwiderstand der Station um 50 bis 150 m pro Tag ab.

Diesem Höhenverlust wird je nach Erfordernissen des Stationsbetriebs in unregelmäßigen Abständen durch Triebwerkszündungen von Sojus,Progress, ATV oder dem Swesda-Modul unter Aufwendung von etwa 7.000 Kilogramm Treibstoff pro Jahr entgegengewirkt. Auf diese Weise wurde die mittlere Höhe der Station zunächst zwischen etwa 330 und 400 Kilometern gehalten.

In der Vergangenheit hat auch das Shuttle einen großen Anteil zum Ausgleich dieses Höhenverlustes beigetragen. Seit Juni 2011 wurden mehrfach größere Bahnanhebungen durchgeführt, um die mittlere Höhe zunächst auf etwa 380 km und ab Ende 2012 auf mehr als 400 km zu bringen. Dadurch reduziert sich der Einfluss der oberen Atmosphäre und damit auch der tägliche Höhenverlust. Außerdem dient diese Anhebung einer Anpassung der Umlaufzeit und Bahn an die Anforderungen eines schnelleren Anfluges für die bemannten Sojus-Raumschiffe.

Die mittlere Bahnhöhe, als Differenz von großer Halbachse der Bahnellipse und Erdradius, berechnet sich aus der mittleren Bewegung. Dieser Parameter gibt die Umläufe pro Tag an und ist in regelmäßig veröffentlichten TLE-Datensätzen der Satellitenbahnelemente enthalten (siehe Weblinks: Heavens-Above).

 

ISS Umlaufbahn – Orbitalen Nacht

 

Die Lage der Bahn relativ zur Sonne bestimmt die Länge der Orbitalen Nacht. Übersteigt der Winkel (Beta) zwischen Bahnebene und Sonnenrichtung Werte von 60°, wird die Nachtphase so kurz, dass die Station speziell ausgerichtet werden muss, um nicht zu viel Wärme aufzunehmen. Space-Shuttle-Besuche fanden in solchen Zeiten nicht statt, da angedockte Shuttles überhitzt worden wären. Diese Phase wird deshalb beta-angle cutout oder einfach beta cutout genannt.

Die Lage des Modulkorpus der ISS ist fest zur Erdoberfläche orientiert, so wie der Mond wendet sie der Erde also stets dieselbe „Unter“-Seite zu und rotiert daher auch pro Umlauf einmal um sich selbst. Da die ISS jedoch nur in 1/1000 der Mondentfernung und somit nur etwa 1/18 des Erdradius über der Erdoberfläche kreist, zeigt sie einem Beobachter, der sie nachts bei passender Sicht 10° über dem Horizont auftauchen sehen kann, den „Bug“ (schräg von unten), im Zenit des Beobachters, der dann in ihrem Bodenpunkt steht, die Unterseite und später mehr das „Heck“. Im Zenit weist die ISS wegen ihrer Kreisbahn mit der Bahnhöhe die geringste Beobachtungsentfernung auf; diese steigt abseits des Zenits um 41 %, dann erscheint ISS im Teleskop um linear 29 % kleiner und – weil proportional 1/r² – nur halb so hell.

Die Sonnenpaddel werden als am Korpus drehbare Teile entsprechend der Sonne nachgeführt. Dies gilt nicht während des Überfliegens der Nachtseite der Erde, dann werden die Sonnenpaddel so ausgerichtet, dass sie der oberen Atmosphäre möglichst wenig Widerstand bieten. Bewegungen der Sonnenpaddel, die sich symmetrisch nicht ausgleichen, werden durch Gyroskope aufgenommen, ebenso wie der Impuls eines sich innerhalb der ISS abstoßenden Astronauten (und sein Abfangen). Das Heben der abgesunkenen ISS erfolgt durch Beschleunigungen in Flugrichtung der Station mit einem Kraftvektor in Richtung des Schwerpunkts der gesamten Station, was durch Vorausberechnen, Wirken lassen, Beobachten des Effekts und Korrigieren der Wirkrichtung des Rückstoßantriebs erreicht werden kann.

 

ISS Versorgung der Raumstation

 

Die Versorgung der Besatzung mit Lebensmitteln, Frischwasser, Kleidung, Sauerstoff sowie Ersatzteilen und wissenschaftlichen Experimenten wurde bis März 2008 ausschließlich durch russische Progress-Frachter und US-amerikanische Space Shuttles sichergestellt. Von April 2008 bis August 2014 stand hierfür zusätzlich das europäische Automated Transfer Vehicle (ATV) zur Verfügung. Im September 2009 erfolgte der Erstflug des japanischen Versorgungsschiffes H-2 Transfer Vehicle (HTV) zur ISS, 2012 der des Frachters Dragon und 2013 der des Frachters Cygnus.

 

Grundversorgung durch Progress-Transportraumschiffe

 

Die russischen Progress-Transportraumschiffe stellen die Grundversorgung für die Station sicher. Die von dem Sojus-Raumschiff abgeleiteten unbemannten Transporter sind in der Lage, bei durchschnittlich vier Flügen pro Jahr die ISS allein zu versorgen, sofern sie nur von zwei Personen bewohnt wird. Dies musste während des Flugverbots der Shuttle-Flotte nach dem Columbia-Absturz 2003 durchgeführt werden. Bei höherer Startfrequenz können auch größere Besatzungen versorgt werden.

Die Raumschiffe sind nicht wiederverwendbar. Nach dem Andocken an einem Port am russischen Teil der Station werden die rund 2,5 Tonnen Fracht und Treibstoff zur Station transferiert. Anschließend wird Progress mit Müll gefüllt, nach mehreren Monaten wieder abgekoppelt und in der Erdatmosphäre zum Verglühen gebracht.

ISS Umlaufbahn - Progress-m1-10

Ein Nachteil der Progress-Raumschiffe ist der kleine Durchmesser der Verbindungsluken, weshalb sperrige Nutzlasten und Ersatzteile (wie z. B. Gyroskope) nicht von Progress angeliefert werden können.

Russland setzt für Transporte zur ISS die Progress-VersionenProgress M, Progress M1 und Progress M1M ein.

Die ersten beiden Versionen wurden bereits zur Versorgung der Raumstation Mir verwendet und unterscheiden sich im Wesentlichen lediglich im Anteil des Treibstoffes, der mitgenommen werden kann.

Progress M1M wurde erstmals am 26. November 2008 eingesetzt und hat eine deutlich höhere Nutzlastkapazität.

Anmerkungen

Autorenliste Wikipedia

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