Kooperation NASA - ESA

Kooperation NASA - ESA

Als die NASA im Jahre 2012 verkündete, dass sie beim Bau der bemannten Raumkapsel Orion erstmals auf internationale Zusammenarbeit setzen und den Auftrag für die Entwicklung und den Bau des Servicemoduls nach Europa vergeben wolle, war das eine hohe Anerkennung für die Experten in Bremen: Hier hatte Astrium, heute Airbus Defence & Space, immerhin fünf automatische Raumtransporter ATV für die Versorgung der Raumstation gebaut, und so war man bestens gerüstet für die neue, höchst anspruchsvolle Aufgabe.

Die offiziellen Verträge zwischen der NASA und der ESA und schließlich zwischen der ESA und Airbus DS wurden indessen erst im November 2014 unterschrieben, und angesichts der Planung, die den ersten Flug des neuen Raumtransportsystems Orion/SLS bereits in zweieinhalb Jahren vorsieht, sei die Frage erlaubt: Ist das überhaupt zu schaffen?

„Natürlich ist der Zeitplan sehr eng“, sagt Dr. Oliver Juckenhöfel, Leiter MPCV & ATV Programme in Bremen, „aber wir mussten ja auch nicht bei Null anfangen.“ Bereits unmittelbar nach der Veröffentlichung der vorläufigen Entscheidung begannen die Experten, die einige Jahre lang ATV-Erfahrungen angehäuft hatten, mit der Arbeit, die recht schnell zu einem vorläufigen Design führte. Anfang 2014 wurde das mit Partnern der NASA und von Lockheed konsolidiert, „aber da war das alles nur Papier“, sagt Juckenhöfel. „Dann begannen wir mit Ingenieursmodellen, und jetzt sind wir bereits in der Hardware-Phase, in der wir die ersten Komponenten bauen.“ Im Januar 2017 soll dann das Flugmodell für den Systemtest an die NASA geliefert werden – ohne die Erfahrungen aus der ATV-Zeit wäre so etwas nie zu schaffen.

Dabei können die Airbus-Ingenieure nur relativ wenige Baugruppen des ATV eins zu eins für Orion übernehmen, denn die Unterschiede werden schon beim Vergleich der Missionsabläufe deutlich: hier der automatische Raumtransporter mit Ziel Internationale Raumstation, wo er die meiste Zeit angekoppelt war, dort die bemannte Raumkapsel mit etwa dreiwöchiger Flugdauer im freien Raum, später sogar mit längeren Missionen in Richtung Mond. Da-raus ergeben sich völlig neue Herausforderungen an die Konstruktion.

Das auffälligste Merkmal am Servicemodul ist der neue Antrieb, für den ein Shuttle-Haupttriebwerk SSME ins ATV integriert werden musste. „Danach begannen die Kleinigkeiten“, erinnert sich Juckenhöfel, die Beantwortung der Frage zum Beispiel, ob man für das Antriebssystem einschließlich der Lageregelung einen isolierten Kreislauf benötigt: „Das ist zwar gut für die Wiederverwendbarkeit, bringt aber mehr Masse. Und so hangeln wir uns bei jeder Frage mit den amerikanischen Kollegen in Richtung Optimierung."

Auf jeden Fall erfährt das ursprüngliche ATV signifikante Veränderungen, bevor es als Orion-Servicemodul wiedergeboren werden kann. Wenn also das Haupttriebwerk genauso betrieben wird wie die Lageregelungsdüsen, muss man von der mechanischen Druckregelung zur elektrischen wechseln. Technologisches Neuland wieder, aber für die Bremer beherrschbar. „Völlig umdenken mussten wir allerdings bei den Sicherheitsanforderungen, denn die Einsparung von Masse führt oft zum Verzicht auf Redundanz.“

Airbus DS hofft auf weitere Aufträge

Beim ATV hatte die ESA zweifache Fehlertoleranz gefordert, weil der Transporter im angekoppelten Zustand Bestandteil der Station war und jederzeit von Besatzungsmitgliedern genutzt wurde, „doch das gilt heute nicht mehr“, berichtet Oliver Juckenhöfel. „Wir bekommen von der NASA eine Zuverlässigkeitszahl vorgegeben, die wir bei allen Entwürfen erreichen müssen. Also bauen wir erst ein Modell mit allen zu fliegenden Komponenten und suchen nach möglichst wenig Masse, aber höchster Sicherheit.“ Das ist immer ein Spiel mit Versuch und Irrtum: Wenn man an einer Stelle etwas wegnimmt, inwieweit verändert sich dann die Zahl? Meist stimmen die gefundenen Lösungen nicht mehr mit dem überein, was man eigentlich vorhatte, zumal die NASA gewisse Toleranzen beim ATV an der ISS tolerierte, das aber für Orion nicht mehr gilt.

Sehr hilfreich ist allerdings der „alte Stamm“ bei der Arbeit am neuen System. Von den Italienern kommt die Struktur, aus der Schweiz die Mechanismen für die Solargeneratoren und so weiter, und auch in Bremen konnten etwa zwei Drittel der Mitarbeiter des früheren Programms nahtlos zum neuen übergehen. Auch von der Bodeninfrastruktur kann sehr viel weiterverwendet werden, Anlagen und Werkzeuge beispielsweise, „obwohl wir uns aus wirtschaftlicher Sicht sicher sind, dass es besser gewesen wäre, noch drei, vier oder gar fünf weitere ATVs zu bauen“, sagt der erfahrene Ingenieur. Erst dann hätten sich die immensen Investitionen des Raumfahrtkonzerns in das Programm wirklich amortisiert.

Nun hofft man also bei Airbus DS auf eine größere Serie mit regelmäßigen Aufträgen, denn Orion wird für lange Zeit das einzige US-Raumtransportsystem für Flüge über die Erdumlaufbahn hinaus bleiben. Von einer Serienproduktion zu sprechen wäre sicherlich verfrüht, aber wenn die NASA ihren eigenen Zeitplan einhalten will, muss sie Anfang 2016 die zweite Einheit bestellen sowie mindestens eine in jedem folgenden Jahr. Hinzu kommt, dass die Amerikaner sehr auf die Sicherheit ihrer Besatzungen bedacht sind, so dass für eventuelle Rettungseinsätze immer eine Ersatzkapsel bereitstehen muss, und schließlich sind für Mondmissionen beispielsweise auch Einsätze unbemannter Frachter denkbar oder die Verwendung als „Space Tugs“, also Raumschlepper für havarierte Raumflugkörper.

Die Fantasie kennt jedenfalls keine Grenzen, aber „jetzt hoffen wir erst einmal auf den Abschluss der langfristigen industriellen Vereinbarung“, sagt Juckenhöfel. „Wir haben feste Zeitpläne und arbeiten zu fixen Preisen, auch wenn man Änderungen im Design nicht ausschließen kann.“ Wenn sie sich dabei bewähren, stehen ihnen in der bemannten Raumfahrt alle Türen offen. „Ein Traum für Ingenieure“, strahlt der Doktor, „da kommt jemand und sagt: Hier hast du die Millionen, dort drei Jahre Zeit. Mach was draus! Etwas Schöneres kann man sich gar nicht vorstellen!“

Vorgeschichte zum ATV

Einige Jahre lang wurde in Europa die Frage diskutiert, ob man nicht das Automated Transfer Vehicle (ATV) zu einem bemannten Raumfahrzeug weiterentwickeln solle. Für zwei Entwicklungsstufen hin zum bemannten Raumschiff gab es bereits verschiedene Design- und Machbarkeitsstudien. Bei der Umkonstruktion der druckbelüfteten Frachtsektion des ATV in eine ebenfalls belüftete Rückkehrkapsel wäre die größte Herausforderung hin zu einer bemannten Kapsel bereits gemeistert worden. Auch die Studie ATV-Evolution von EADS-Astrium aus dem Jahre 2008 über eine Weiterentwicklung zum Frachter mit Rückführungskapa­zität ging in diese Richtung.

Überhaupt drängte die Industrie aus nachvollziehbaren Gründen auf eine Fortsetzung des Programms: Im Mittelpunkt der Anstrengungen stand der Erhalt der Kompetenzen, aber auch eine Amortisation der erheblichen Eigeninvestitionen in das Programm war das Ziel. Dass der ESA-Ministerrat ein bemanntes Raumflugsystem für den autonomen Zugang zum All schließlich ablehnte, hatte vor allem wirtschaftliche Gründe: Warum soll man eine Raumkapsel betreiben, wenn das Ziel Raumstation  beispielsweise ein Kooperationsprojekt ist? Auch künftige Mond- und Planetenmissionen sind im Alleingang nicht zu schaffen, so dass man beim Bau der Transportsysteme ebenfalls lieber auf Zusammenarbeit setzt.

FLUG REVUE Ausgabe 06/2015