Orbiter Space Shuttle

 

 

 

 

 

 

 

 

Orbiter Space Shuttle 

 

Die Hauptkomponente des Shuttle-Systems stellte der Orbiter dar. In ihm befanden sich die Mannschaftsräume und das Cockpit(Flightdeck) sowie die Nutzlast der jeweiligen Mission. Seine äußere Formgebung war durch seine aerodynamischen Bauteile Deltaflügel und Seitenleitwerk geprägt, die ihm zum Abschluss einer Mission eine klassische Landung im Gleitflug ermöglichten.

Insgesamt wurden fünf raumflugfähige Orbiter gebaut, davon wurden zwei (Challenger und Columbia) durch Unfälle zerstört. Der Orbiter war eines der komplexesten technischen Geräte, die je von Menschen gebaut wurden.

In der Startphase befand er sich in senkrechter Position auf dem Außentank montiert, um in die Umlaufbahn transportiert zu werden.

Nachdem er zum Abschluss einer Mission den Orbit verlassen hat, verläuft der Beginn der Landung zuerst rein ballistisch, bevor sie mit einer aerodynamischen Phase abgeschlossen wird.

 

Orbiter Space Shuttle – Haupttriebwerk

 

Der Orbiter verfügte über drei große Haupttriebwerke, die Space Shuttle Main Engines, abgekürzt SSMEs. Die Haupttriebwerke wurden während des achtminütigen Aufstiegs ins All eingesetzt und dabei mit flüssigem Wasserstoff und Sauerstoff aus dem Außentank versorgt. Nach dem Abschalten und Abtrennen des Tanks konnten die Triebwerke daher während der Mission nicht erneut gezündet werden.

Nach der Landung auf der Erde wurden die Triebwerke ausgebaut, geprüft und für ihren nächsten Einsatz vorbereitet. Sie sollten bis zu 55-mal bei einem Maximalschub von 109 % wiederverwendet werden können. Diese Anzahl wurde allerdings nie erreicht. Die Wiederverwendbarkeit machte sie zu technisch hochkomplexen Systemen, ein einziges Triebwerk kostet mit 51 Millionen US-Dollar ungefähr so viel wie eine komplette Delta-II-Rakete.

Orbiter - Triebwerk SSME1

Hilfstriebwerke

 

Neben den Haupttriebwerken verfügte der Orbiter über 46 mittlere und kleinere Triebwerke, die während des Aufenthalts im Orbit und während der ersten Phase des Wiedereintritts eingesetzt wurden.

Die zwei größten davon gehören zum Orbital Maneuvering System (OMS).

Sie liefern einen Schub von je 27 kN und waren wie die SSMEs im Heck des Shuttle untergebracht.

Mit ihnen wurden Bahnänderungen wie etwa das Einschießen in den definitiven Orbit oder die Bremszündung für den Wiedereintritt durchgeführt.

Betrieben wurden sie mit hypergolen Treibstoffen, also mit zwei Komponenten, die bei Berührung zünden.

Die 44 kleineren Triebwerke gehörten zum sogenannten Reaction Control System (RCS).

Mit ihrer Hilfe wurde die Lage des Shuttle im Raum gesteuert. Das war vor allem beim Andocken an eine Raumstation oder beim Einfangen eines Satelliten wichtig. Die RCS-Triebwerke wurden auch benötigt, um das Shuttle vor der Bremszündung mit dem Heck in Flugrichtung zu drehen.

Die Düsen waren dabei an der Nase sowie am Heck angebracht und jeweils redundant ausgelegt. So konnte die Manövrierfähigkeit des Shuttle weitgehend sichergestellt werden. Wie die OMS-Triebwerke wurden die RCS-Düsen mit hypergolem Treibstoff betrieben.

 

Orbiter – Mannschaftsräume des Space Shuttle

 

Die Mannschaftsräume des Space Shuttle bestanden aus dem Flugdeck (engl. flight deck), dem Mitteldeck (engl. middeck) und der Luftschleuse (engl. airlock), die jedoch manchmal zum Mitteldeck gezählt wurde. Die gesamten Mannschaftsräume boten einen Rauminhalt von 65,8 m3.

Das Flugdeck stellte das eigentliche Cockpit dar, während des Starts befanden sich dort die Sitze von Pilot und Kommandant. Wenn das Shuttle einen Orbit erreichte hatte, wurden sämtliche Sitze verstaut, um so Platz zu sparen. Das Mitteldeck war der Wohn- und Arbeitsbereich der Raumfähre.

Hier befanden sich eine Toilette, Schlafabteile und die nötigen Gerätschaften für die Zubereitung der Mahlzeiten. Zudem bot das Mitteldeck Platz für Experimente sowie etwa 140 Liter Stauraum für Nutzlast. Ebenfalls im Mitteldeck befand sich ein Ergometer, ein Trainingsgerät, mit dem die Astronauten der Verringerung der Muskelmasse durch die Schwerelosigkeit entgegenwirkten.

 

Orbiter – Nutzlastbucht

 

Die Nutzlastbucht befand sich im mittleren Teil des Shuttle. Gegen oben konnten zwei große Tore aufgeschwenkt werden, um die Nutzlastbucht dem freien Weltall auszusetzen.

Dieser Vorgang wurde auf jeder Mission durchgeführt, da sich die Radiatoren, welche die Kühlung des Orbiters sicherstellten, auf der Innenseite der Nutzlastbuchttore befanden.

Die Nutzlastbucht war 18,38 Meter lang und hatte einen Durchmesser von 4,57 Meter. Dieser zylindrische Bereich konnte voll von der Nutzlast ausgenutzt werden.

Zudem konnte in der Nutzlastbucht ein Roboterarm, das Remote Manipulator System (RMS) installiert werden. Da das System in Kanada hergestellt wurde, wurde es manchmal auch Canadarm genannt.

Der Arm verfügt über sechs Freiheitsgrade und hatte einen Greifmechanismus an seinem Ende, mit dem er Nutzlasten oder Astronauten bewegen sowie Satelliten einfangen konnte. Er war 15 Meter lang und wog 410 kg, konnte jedoch Massen bis zu 29 Tonnen verschieben.

Die Steuerung geschah durch einen Astronauten, der sich auf dem Flugdeck des Shuttle befand. Neben den beiden rückwärtigen Fenstern des Flugdecks wurden mehrere Kameras auf dem Arm und in der Nutzlastbucht für die präzise Steuerung des Arms eingesetzt.

 

Orbiter – Betrieb der elektrischen Systeme

 

Der Strom für den Betrieb der elektrischen Systeme wurde von Brennstoffzellen erzeugt. Diese wurden mit Wasserstoff und Sauerstoff betrieben. Im Orbiter waren drei Brennstoffzellen installiert, die je 7 kW leisten konnten, kurzzeitig waren sogar bis zu 12 kW möglich.

Zudem waren die Orbiter Discovery und Endeavour mit dem Station-to-Shuttle Power Transfer System ausgerüstet. Dieses ermöglichte ihnen, Strom von der ISS zu beziehen, um eine längere Aufenthaltsdauer zu ermöglichen.

Weitere Systeme zur Energieerzeugung waren die Hilfskraftanlagen (engl. Auxiliary Power Units (APUs)). Diese drei mit Hydrazin betriebenen Turbinen erzeugten mechanische Leistung zum Betrieb von Hydraulikpumpen.

Das Hydrauliksystem wurde benötigt für die Ventil- und Schubvektorsteuerung der drei Haupttriebwerke, die Bewegungen der aerodynamischen Steuerflächen, das Schließen der Treibstofftüren an der Unterseite des Orbiters und an verschiedenen Stellen innerhalb des Fahrwerks

 

Orbiter – Hitzeschutzschild für den Wiedereintritt

 

Verschiedene Bereiche der Außenhaut des Shuttle waren mit speziellen Hitzeschutz-Verkleidungen ausgestattet. Das war für den Wiedereintritt in die Atmosphäre unerlässlich, da wegen der sich vor dem Flugkörper aufbauenden Schockfront enorme Temperaturen auftraten.

Ohne den Hitzeschutzschild wäre das Shuttle verglüht. Auch die früheren Raumschiffe der Apollo-, Gemini- und Mercury-Programme waren mit einem Hitzeschild ausgerüstet, wie auch die russischen Sojus-Kapseln. Einzigartig am Hitzeschutzschild des Shuttle war jedoch seine Wiederverwendbarkeit.

Den größten Teil des Hitzeschutzschildes stellten die über 20.000 Kacheln auf der Unterseite des Rumpfes des Orbiters dar. Die sogenannte High-temperature reusable surface insulation (HRSI)konnten bis zu 1260 °C aushalten. Die Kacheln waren maximal 12 cm dick und bestanden zum größten Teil aus Hohlraum (90 %) und Siliziumdioxid (10 %). Die Dichte betrug 0,14 bzw. 0,35 g/cm3 (Siliciumdioxid um 2,2 g/cm3).

Die hocherhitzten Bereiche am Shuttle wie die Nase und die Flügelvorderkanten waren mit einem speziellen Werkstoff, sogenanntem kohlenstofffaserverstärkten Kohlenstoff (CFC) verkleidet, der gegen Temperaturen über 1300 °C und mechanische Beeinträchtigungen wie Risse weitgehend resistent war.

Ein vollständiger Schutz vor Beschädigung war nicht möglich. Die Columbia-Katastrophe im Jahr 2003 war auf ein großes Loch in einem CFC-Panel an der Flügelvorderkante zurückzuführen.

Weitere Bereiche des Shuttle waren mit der sogenannten Advanced flexible reusable surface insulation (AFRSI) ausgerüstet; das waren Kacheln, die etwa 650 °C aushalten können.

Dazu gehörten das Cockpit, der vordere Rumpfteil sowie das Seitenleitwerk bzw. Ruder. Der Rest des Shuttle (hinterer Rumpfteil und Oberseite) hatte keinen speziellen Hitzeschutz. Die normale Außenhaut der Raumfähre konnte jedoch bis zu 370 °C aushalten.

 

Datenübertragung

 

Das Shuttle verfügte für die Datenübertragung (Kommunikation, Video, Telemetrie, Experimentdaten) u. a. über Mikrowellensysteme im S-Band und Ku-Band.

Über die Tracking and Data Relay Satelliten (TDRS) steht während des gesamten Umlaufs eine (fast) ununterbrochene Datenstrecke zum Boden zur Verfügung.

Die Ku-Band-Antenne befand sich in der Ladebucht, so dass dieses leistungsfähigste System nur in Flugphasen mit geöffneter Ladebucht genutzt werden konnte.

Anmerkungen

Autorenliste Wikipedia

Copyright Fotos / Grafiken v.o.n.u.v.l.n.r.: NASA , NASA 

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