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Die Geschichte der Raumfahrt 2
Wichtige Eingänge der Geschichte 5
Untersuchungen von Planeten und des interstellaren Raums 8
Allgemeine Technologien in der Raumfahrt: 9
Wiederverwendbare Trägersysteme: 11
Wissenschaftliche Satelliten 13
Satelliten für spezielle Verwendungszwecke 13
Schlussreflexion + Teamarbeit 18
Die Menschheit wollte schon immer den Weltraum erobern. Jedoch musste sie lange auf das Ergebnis von heute warten. Die Chinesen erfanden die Rakete schon um 1200, nachdem sie das Schiesspulver entdeckt hatten. Das Schiesspulver kam 1232 in der Schlacht gegen mongolische Eindringlinge zum Einsatz. In Europa waren die Raketen erst um 1300 bekannt. Man benutzte sie bis ins frühe 19. Jahrhundert als Feuerwerkskörper. Danach entwickelte der britische Artillerist Sir Williem Congreve Raketenwaffen für das britische Heer.
Konstantin Tsiolkowsky sagte mal, dass Raketen aus mehreren kleinen Raketen oder Stufen bestehen müssten, wenn man damit Menschen ins All befördern will. Wenn eine Stufe ihren Brennstoff aufgebraucht hätte, sollte sie abfallen. Dadurch würde die Rakete leichter und entwickle grössere Kräfte bei gleichem Brennstoffverbrauch. Diese grundlegenden Gedanken des Konstantin Tsiolkowsky entstanden schon um 1895, die Welt jedoch schenkte diesen Gedanken keine Aufmerksamkeit.
In anderen Ländern wie USA, Russland und Deutschland kamen ähnliche Gedanken auf. In den USA begann Robert Goddard um 1910, mit Raketen zu experimentieren. Goddard war nicht so sehr an der Weltraumfahrt interessiert, sondern sah vielmehr den unmittelbaren Nutzen der Raketen, mit denen man die oberen Schichten der Atmosphäre untersuchen könnte.
Nach vielen Jahren des Experimentieren feuerte Goddard schliesslich erfolgreich die erste Rakete mit Flüssigbrennstoff ab. Sie kam 12m hoch - nicht gerade viel - aber ein Anfang war es allemal. Damit war der Beweis erbracht, dass man am richtigen Prinzip experimentiere. 1935 erreichten Goddards Raketen bereits Geschwindigkeiten von über 1000km/h.
Inzwischen gab es in Deutschland und Russland viele, die experimentierten. Unter ihnen gab es zwei Männer, denen es bestimmt war, die Welt ins Weltraumzeitalter einzuführen: Werner von Braun und Sergej Korolewe.
Damit gaben sich die Supermächte einen knallharten Kampf in der explosionsartigen Entwicklung der Raketentechnik. In Deutschland begannen die Deutschen Rüstungsingenieure 1929 im Auftrag des Militärs, mit der Entwicklung von Raketengeschossen.. Im zweiten Weltkrieg bekam die Raumfahrt den entscheidensten Schub. Die erste Flüssigkeitsrakete, die unter dem Namen "V2" bekannt war, wurde unter der Leitung von Werner von Braun entwickelt. Die Amerikaner wollten das Know - How nutzen und holten viele Deutsche nach Amerika. Unter ihnen ist auch Braun mitgegangen. Er entwickelte für die USA grössere und leistungsfähigere Raketen für wissenschaftliche Zwecke. Der Höhepunkt der Arbeit war das Apollo Programm.
Natürlich blieben die Russen nicht stehen. Korolewe entwickelte während des Krieges ein raketengetriebenes Flugzeug und leitete später ein Team, das mit der Entwicklung von Weltraumraketen beschäftigt war. Seine Arbeit war von hohem militärischem Wert und wurde daher auch vorrangig gefördert. Den Russen gelang es, unbemerkt an den Amerikaner vorbeizukommen. Der Eintritt in den Weltraum gelang schliesslich ein Jahrhundert nach Tsiolkowskys Geburt. Am 4. Oktober 1957 startete Russland den ersten künstlichen Satelliten, Sputnik 1. Sputnik 1 war eine Kugel mit einem Durchmesser von 58cm, die Informationen zur Erde funkte. Sputnik 1 kreiste schliesslich 3 Monate in 1000km Höhe um die Erde. Am 3. November 1957 Russland schickte daraufhin Sputnik 2 mit einem Hund namens Laika ins All. Sputnik 2 war grösser und wog eine halbe Tonne. Instrumente massen Laikas Reaktionen. Die Technologie war noch nicht so ausgereift, dass der Hund den Wiedereintritt des Satelliten in die Erdatmosphäre überlebt hätte.
Die Amerikaner waren über den Erfolg Russlands überrascht und starteten somit ihr eigenes Satellitenprogramm - mussten aber einige Rückschläge einstecken. Am 31. Januar 1958 startete Explor 1, der erste amerikanische Satellit. Explor 1 hatte gerademal einen Durchmesser von 15cm und wog 15kg. Der Van - Allen - Gürtel wurde durch Explor 1 entdeckt. Der nächste erfolgreiche Satellit Vanguard 1, bewegte sich in 4000km Ferne und erforschte die unmittelbare Umgebung unseres Weltraumes.
Die Rivalität zwischen den Amerikanern und den Russen begann mit dem Start der ersten Satelliten. Die Russen bauten stärkere Raketen weder die Amerikaner. Die amerikanischen Wissenschaftler mussten raumsparende Instrumente und Weltraumschiffsysteme entwickeln, um die bestmögliche Ausnutzung der kleinen Raketen zu erzielen. Die verfeinerte Technologie sollte den Amerikaner später Vorteile bringen. Denn die Technologie der Russen war nicht auf gleichem Niveau, das die Amerikaner hatten. Da die Russen aber stärkere Raketen hatten, gelang ihnen den vielleicht grössten Erfolg der Raumfahrt.. Den Russen gelang der erste bemannte Weltraumflug.
Seit Beginn der Rivalität zwischen den Amerikaner und den Russen, stand fest , dass die Russen bei erster Gelegenheit einen Menschen ins All schicken würden. Zuvor mussten aber viele Versuche mit Tieren durchgeführt werden. Den Russen gelang es ein Raumschiff zu entwickeln das kugelförmig war und für einen Kosmonauten Platz bot. Am 12. April 1961 startete Juri Gagarin mit dem Raumschiff Wostok 1. Nach 108min landete er wieder in Russland, nachdem er die Erde einmal umrundete. Ein Hitzeschild am Raumschiff fing die Hitze ab, die sich beim Wiedereintritt in die Atmosphäre entwickelte. Fallschirme verlangsamten das Gefährt so, dass es weich aufsetzen konnte.
Die Amerikaner mussten natürlich auch ein bemanntes Weltraumprogramm starten, sonst setzen sich die Russen ab. Die Amerikaner nannten ihr Programm Mercury. Sie waren jedoch vorsichtiger als die Russen. Die ersten zwei Flüge wurden nicht in den Orbit unternommen. Nach Gagarins Erfolge wurden zwei suborbitale Flüge (Unterhalb der Umlaufbahn) gestartet. Danach schickten die Amerikaner im November 1961 den Affen Enos. Der Affe kehrte sicher zurück. Das war dann der Startschuss für die Amerikaner einen Menschen hinaufzuschicken. John Glenn startete am 20. Februar 1962 in den All mit Mercury 6. Die Militärs holten Glenn aus dem Ozean. Bis 1963 waren es insgesamt vier orbitale Mercury- und sechs Wostokmissionen.
Die nächste Stufe war es mehrere Menschen gleichzeitig ins All zu schicken. Die Russen waren wiedermal einen Tick schneller als die Amerikaner. Im Oktober 1964 schickten die Russen drei Kosmonauten in den Weltraum. Im März 1965 folgten zwei Kosmonauten mit Woschad 2. Während dieses Fluges verliess ein Russe in seinem Raumanzug das Schiff und unternahm den ersten "Spaziergang" im All. Nur fünf Tage später starteten die Amerikaner mit zwei Astronauten die Mission Gemini.
Während all diesen Geschehnissen wurden innert 2 Jahren zwei Weltraumorganisationen gegründet: Die ESA und NASA. Die ESA (European Space Agency), wurde 1957 gegründet. Ihre Zentrale befindet sich in Paris. Sie entwickelte das Weltraumlabor Spacelab, das erstmals 1983 bei der neunten Mission des Spaceshuttles zum Einsatz kam. Die ESA ist auch für das ARIANE - Programm zuständig.
Das nächste Ziel war es auf dem Mond zu landen. Die Russen behielten wiederum die Nase vorn und kartographierten 1966 den Mond. Die USA unternahm sechs unbemannte Testflüge, die alle fehlerlos verliefen. Damit war der Weg für Apollo 11 frei. Neil Armstrong, Edwin Aldrin und Michael Collins landeten am 20. Juli 1969 auf dem Mond und arbeiteten darauf sechs Stunden auf der Mondoberfläche. Danach stand ihnen ein Mondauto zur Verfügung, mit dessen sie 35 km zurücklegten und insgesamt 22 Stunden auf der Mondoberfläche blieben.
Die Russen schossen 1971 eine Raumstation ins All. Im Juni1971 blieben die Russen 24 Tage im All. Der damals längste Aufenthalt dauerte 63 Tage. Die Amerikaner zogen nicht wirklich nach, sondern schickten Skylab in den All. Das Ergebnis war aufsehenerregend, denn die Station war viermal grösser als die Salut.
Dann endlich konnten die Amerikaner auch einen Grosserfolg vermelden. Denn die Amerikaner entwickelten das Space Shuttle. Ab dieser Entwicklung waren die Kosten für einen Start gesunken. Die grundlegende Erneuerung des Space Shuttle basierte auf der Wiederverwertbarkeit.
Das Space Shuttle sieht aus wie ein Flugzeug, wird aber senkrecht in den Raum geschossen. Zum Start verwendet das Space Shuttle einen grossen Brennstofftank der grösser ist als das Schiff selbst. 1986 wurde der steile Aufstieg der Raumfahrt durch das grösste Unglück in der Geschichte der Raumfahrt unterbrochen. Bei diesem Unfall wurden 7 Besatzungsmitglieder getötet. Damit wurde der Bevölkerung auch klar, dass auch der Technik im 20. Jahrhundert Grenzen gesetzt sind. Schuld für dieses Unglück war ein undichter Gummiring. Im selben Jahr startete Russland die MIR ins All. Sie ermöglichte einen längeren Aufenthalt für Raumfahrer, und das Andocken von Raumfahrzeugen in einer Höhe von 300 - 400 km mit einer Geschwindigkeit von ca. 224'000 km/h. Im Dezember 1993 musste die NASA das Hubble Teleskop reparieren. Die Reparatur zählt zu den schwierigsten und teuersten Weltraummissionen. Die MIR machte zunehmends auf sich Aufmerksam. Jedoch brachte sie nur negative Schlagzeilen hervor. Die MIR kollidierte zuerst mit einem Versorgungsschiff. Im November 1997 musste man den 13 Jahre alten Computer ersetzen. Eine Zeitlang schien alles in bester Ordnung zu sein. Doch am 2. Januar 1998 gab es erneut einen Computerabsturz, aber die Station trudelt wieder.
Die Russen liessen die MIR im Frühling '01 in der Atmosphäre verglühen. Durch diese Pannenserie scheint die ISS Auftrieb erhalten zu haben. Die ISS wird von verschiedensten Nationen mitfinanziert und aufgebaut. Die zentralen Funktions- und Versorgungselemente der ISS werden von Russland gebaut, die Sonnensegel von den USA, der Drehmechanismus von Kanada, die Versorgungsfähre von Europa und die Labormodule von Japan. Es ist denkbar, dass die ISS als Zwischenstation für Marsmissionen oder zu einer Mondkolonie fungieren wird. Heutzutage ist Realität und Sciencefiction nicht weit voneinander entfernt.
Das Zeitfenster im Überblick der USA und Russland:
11.Apr. 1970: beinahe Katastrophe mit Apollo 13
Start um 13.13 Uhr Ortszeit am KSC
Geplant: Landung in Frau Mauro Area auf dem Mond mit Crew Jim Lovell, John Swigert, Fred Haise
Am 13.4.1970 explodiert Sauerstofftank Nr. 2 im Geräteteil, nachdem die Gebläse im inneren des Tanks aktiviert wurden. Dann kam folgender Funkspruch "Houston we have a problem!"
Tank 1 oder dessen Leitungen und Ventile werden beschädigt
große Teile der Verkleidung der SMs werden weggerissen;
alle drei Brennstoffzellen (Hauptstromversorgung) fallen unwiderruflich aus;
Resultat: Verlust von Sauerstoff, Wasser, Elektrizität und des Antriebs
Lösungen:
Sauerstoff Anfangs Panik wegen hohem Sauerstoffverlust; aber genug vorrätig in Landefähre
sowie in 2 Rückentornistern für Mondspaziergang
Letztendlich wurde weniger als die Hälfte des Sauerstoffs, der nach der Explosion noch vorhanden war verbraucht.
Elektrizität: nach Explosion nur noch für 15 min Strom;
Flucht in Landefähre ("Rettungsboot") und Abschaltung aller nicht unbedingt benötigten Systeme in der Kommando Kapsel
Wasser: Laut Berechnung würde Wasser 5 Std. vor geplanten Landung ausgehen.
rapide Einsparung und Ernährung durch Wasserreichere Nahrung höchster Gewichtsverlust der Crew sämtlicher Apollo Missionen
Kohlenstoffdioxid LM für 2 Personen für 2 Tage aber benutzt von 3 Personen für fast 4 Tage
hoher Anteil nach 1 ½ Tagen Filter des LMs gesättigt, keine weitere
Atemluft kann ausgetauscht werden; viereckige des CMs passen nicht in
runde Filteröffnungen des LMs
Bau eines Adapters aus Bordbuch, Plastiktüten, einer Socke, Klebeband und sonst. Utensilien an Bord nach Anweisung der Bodenstation
Rückkehr: Kapsel nützt Anziehungskraft des Mondes zu dessen Umrundung aus und kehrt so
auf Kurs zur Erde zurück
Kursänderung nach diesem Manöver notwendig, Ausführung mit Triebwerk der
Landefähre; da dessen Navigationsgeräte für solche Zwecke nicht geeignet und
Navigationsgeräte de CMs abgeschaltet => Anpeilung der Sonne mit Fadenkreuz
zur Kapselkopplung zur Navigationshilfe
Nach kalten und dunklen Tagen an Bord von Apollo 13 erfolgreiche Landung im Pazifik am 17. April 1970.
Ursachen der Explosion:
Tank Nr. war zuvor in Apollo 10 installiert, wurde aber ausgetauscht, in Fabrik ausgebessert und in Apollo 13 eingebaut. Da sich Tank Nr. 2 nicht wie vorgesehen leerte wurde er mit elektrischen Heizern im Tank geleert. Der schon ältere Tank war allerdings nur für 25 V ausgelegt; inzwischen während Tank bei Reparatur war wurde aufgrund Modifizierungen an Apollo die Spannung auf 65 V erhöht. Durch die Überlastung der Schaltkreise für über acht Stunden schmorten die Isolierungen von Kabeln im Tank an. Dies Verursachte Kurzschluss im vollen Tank 200 000 Meilen von der erde entfernt. Dadurch kam Funken und Explosion zu Stande. erfolgreicher Fehlschlag
Weitere Apollo Missionen und letzte Mondlandung im Dez. 1972 mit Apollo 17
sowie erste Kopplung von russischer Sojus mit amerikanischer Apollo 1975
Space Shuttle
Versuch der Verbilligung der Raumfahrt durch wiederverwendbare Raumfähren
=> Entwicklung des Space Shuttles:
Bestehend aus Orbiter: flugzeugähnlicher Raumgleiter der Nutzlast trägt und wieder landet
2 Feststoffraketen: Unterstützung bei Start; Abwurf mit Fallschirm; Bergung
Externer Treibstofftank: zusätzlicher Treibstoff für Start; Abwurf
Nach erstem Flug im April 1981 stellt sich heraus:
Shuttle-Programm: erfolgreich ohne größere Probleme zur Hälfte der Kosten
Schwerster Rückschlag in der amerikanischen Raumfahrt: Challenger Unglück
Verlust des Raumfahrzeugs und der 7 - köpfigen Besatzung
Ariane (ESA):
Aufgrund des Erfolges der Amerikaner in der Raumfahrt versuchte Europa auch bereits seit Anfang der 60er Jahre Raketen zu entwickeln. Nach wenig erfolgreichen Versuchen mit der Rakete "Europa" wurde "Ariane" im Dez. 1979 zum ersten mal gestartet. Nach anfänglichen Problemen durch Konstruktionsfehler entwickelte sie sich im Laufe der Jahre zu einer modernen und kostengünstigen Raketenlösung und Alternative zum amerikanischen Space Shuttle. Heute ist sie Marktführer unter kommerziellen Satellitenstarts (ca. 50% aller Satelliten); Ariane 1-4 glichen sich im allgemeinen; nur geringe Anderungen zu Verzeichnen.
Die Technik von Ariane 5 ist trotz modernster Systeme vereinfacht um Kosten zu sparen und eine kontrollierbare und zuverlässige Rakete zu erhalten.
Einziger Rückschlag in der Ariane Geschichte der erste Start der Ariane 5 am 4. Juni 1996.
Die Software der Bordrechner stellte sich als Fehlerhaft heraus, die Rakete wich vom Kurs ab und sprengte sich. Seit 30. Okt. 1997 wird sie erfolgreich verwendet.
Wichtige Daten:
4. Okt. 1957: 'Sputnik I', erster Satellit im All (UdSSR)
12. Apr. 1961: erster bemannter Raumflug von Juri Gagarin mit 'Wostok I' (UdSSR)
5. Mai 1961: erster bemannter suborbitaler Flug von Alan Shepard mit 'Mercury' der USA
21. Juli 1961: Virgil Grissoms Mercury-Kapsel versinkt nach der Wasserung aufgrund einer defekten Sprengluke im Meer
20. Feb. 1962: erste bemannte Erdumrundung Amerikas durch John Glenn
23. März 1965: erste bemannte Gemini-Mission mit Virgil Grissom und John Young (USA)
27. Jan. 1967: tragischer Start des Apollo-Programms mit Apollo 1
Tod der dreiköpfigen Besatzung Virgil Grissom, Edward White und Roger Chaffee durch Brand in der Apollo-Kapsel bei Routinetest auf Startrampe
23. Apr. 1967: Tod des Kosmonauten Vladimir Kamarov, da seine Kapsel 'Sojus 1' nach
nach dem Wiedereintritt in die Erdatmosphäre ungebremst auf die Erde prallt
21. Juli 1969: erste Mondlandung mit Apollo 11 durch Neil Armstrong und Edwin Aldrin
11. Apr. 1970: die Besatzung von Apollo 13 James Lovell, John Swigert und Fred Haise
entgeht nur knapp einer Katastrophe nach einer Explosion im Geräte Modul
erste Raumstation 'Saljut 1' wird in Umlaufbahn geschossen (UdSSR);
ihre erste Besatzung (Sojus 11) stirbt nach einem Druckverlust in der Kapsel
beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre
14. Mai 1973: erste amerikanische Raumstation 'Skylab' wird gestartet, wird bei Start stark
beschädigt
Juli 1979: Skylab tritt wieder in Erdatmosphäre ein und verglüht größtenteils; restliche
Teile gehen zwischen Indischen Ozean und Australien nieder
Dez. 1979: erster Start von europäischer 'Ariane'
April 1981: erster Space Shuttle Flug (USA)
28. Jan. 1986: Katastrophe beim 25 Space Shuttle Flug: Challenger explodiert und komplette
siebenköpfige Crew kommt ums Leben
Feb. 1986: Start der Raumstation 'MIR'
4. Juni 1997: beim ersten Start von Ariane 5 sprengt sich die Rakete, nachdem sie vom Kurs abwich
Außer auf dem Mond landeten Raumsonden auch auf dem Mars und der Venus. Außerdem flogen einige Sonden an den Planeten, ausgenommen Pluto, vorbei. Dabei untersuchten sie auch Kometen und den Weltraum außerhalb der Planetenbahnen, aber noch innerhalb des Sonnensystems. Erste Erkundungen des Weltraums außerhalb des Sonnensystems (der Heliosphäre) könnten in den nächsten Jahren Wirklichkeit werden.
Die ersten Versuche, unbemannte Raumsonden zum Roten Planeten zu schicken, unternahm die damalige Sowjetunion im Zeitraum von 1960 bis 1962. Ab 1964 stiegen auch die USA in diesen Bereich ein. Allerdings waren diese frühen Unternehmungen von technischen Pannen begleitet. Erste Erfolge lieferten die Missionen unbemannter amerikanischer und sowjetischer Raumsonden in der Zeit von 1964 bis 1976.
Die ersten Bilder vom Mars sendete die US-Sonde Mariner 4. Sie erreichte den Planeten am 14. Juli 1965 und flog planmäßig an ihm vorbei. Weitere Informationen brachten 1969 im Vorbeiflug die Missionen von Mariner 6 und 7. Sowohl die Amerikaner als auch die Sowjets planten seit geraumer Zeit die Landung auf dem Roten Planeten. Ende November 1971 erreichte die sowjetische Sonde Mars 2 die Marsumlaufbahn. Sie schickte am 27. November eine Landefähre auf die Planetenoberfläche. Beim Landeanflug versagte das Bremssystem der Fähre, und es kam zu einer Bruchlandung. Mehr Erfolg hatte die ebenfalls sowjetische Sonde Mars 3. Sie erreichte den Marsorbit nur wenige Tage nach Mars 2 und schickte am 2. Dezember 1971 ihr Landegefährt auf die Oberfläche. Nach erfolgter Landung sandte die Fähre erste Daten an den in der Umlaufbahn befindlichen Orbiter. Leider brach schon nach 20 Sekunden der Kontakt ab. Trotzdem brachte Mars 3 einen Teilerfolg, denn der noch intakte Orbiter lieferte bis zum August 1972 Daten über Atmosphäre und Oberflächentemperatur.
Etwa gleichzeitig starteten die Amerikaner ihre Sonde Mariner 9. Sie erreichte am 24. November 1971 die Marsumlaufbahn und blieb dort. Mariner 9 untersuchte den Roten Planeten fast ein Jahr lang und lieferte neben Videobildern von der Oberfläche auch detaillierte Aufnahmen von den Monden Phobos und Deimos.
1976 landeten die US-Sonden Viking I und II erfolgreich auf dem Mars und führten unmittelbare Untersuchungen der Atmosphäre und der Oberfläche durch. Viking II stellte im April 1980 seinen Betrieb ein. Viking I arbeitete bis November 1982. Zur Viking-Mission gehörten auch zwei Orbiter, die den Planeten fast zwei Marsjahre (ein Marsjahr entspricht annähernd zwei Erdjahren) lang untersuchten.
1996 wurden erste Hinweise auf primitive Lebensformen aus der geologischen Frühzeit des Mars gefunden. Amerikanische Wissenschaftler fanden sie in einem Meteoriten, der vom Mars stammt und 1984 in der Antarktis entdeckt wurde. Nach seinem Fundort in den Allan Hills und dem Funddatum wurde der Meteorit ALH 84001 genannt. Der faustgroße Gesteinsbrocken gehört zu rund einem Dutzend Marsmeteoriten, die bisher auf der Erde gefunden wurden. Diese Meteoriten entstanden durch Einschläge großer Himmelskörper, meist wohl Asteroiden, auf der Oberfläche des Mars. Das dabei herausgeschlagene Gesteinsmaterial wurde aus dem Bereich der Anziehungskraft des Mars geschleudert und geriet in eine Umlaufbahn um die Sonne zwischen Mars und Erde. Durch Irritationen der Umlaufbahn können diese Teile in das Gravitationsfeld der Erde geraten und als Meteoriten in deren Atmosphäre eintauchen. Diese Meteoriten bieten eine einmalige Gelegenheit, Gesteine eines anderen Planeten zu studieren.
Nach einer längeren Pause sind 1996 erstmals wieder Raumsonden zum Mars gestartet. Die russische Sonde Mars 96 verglühte allerdings nach dem misslungenen Start in der Erdatmosphäre. Die amerikanische Sonde Pathfinder erreichte im Sommer 1997 die Umlaufbahn des Mars und schickte am 4. Juli 1997 eine Landefähre auf die Oberfläche. An Bord der Fähre: das mit Sonnenenergie betriebene Roboterauto Sojourner. Nach erfolgreicher Landung fuhr Sojourner von der Fährenrampe und begann mit der Erkundung der umgebenden Marsoberfläche. Bei seiner ersten Fahrt lieferte das Roboterauto detailreiche Bilder. Sojourner ist in der Lage, Gesteinsproben aufzunehmen und zu analysieren. Dazu ist das kleine Gefährt mit einem APX-Spektrometer ausgerüstet, das Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz entwickelten (APX = Alpha-Proton-X-Ray). Dieses spezielle Röntgenspektrometer arbeitet mit Hilfe von Radioisotopen (-Strahler) und ermöglicht den Nachweis leichter Elemente wie beispielsweise Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff. Bei den Untersuchungen des gesammelten Gesteins stellte man fest, dass das chemische Porträt der Proben starke Ahnlichkeiten mit der Zusammensetzung jener Meteoritenproben hat, die auf der Erde gefunden wurden.
Die am 7. November 1996 gestartete amerikanische Sonde Mars Global Surveyor erreichte Anfang September 1997 ihre Umlaufbahn um den Mars. Von hier aus nimmt die Sonde mit Hilfe hoch auflösender Spezialkameras die Oberfläche auf und erstellt eine Kartographie des gesamten Planeten. Darüber hinaus soll Surveyor verstärkt die Polarregionen des Planeten untersuchen. Messergebnisse des an Bord befindlichen Magnetometers ergaben, dass der Rote Planet über ein Magnetfeld verfügt - dies war bei den bisherigen Missionen nicht eindeutig klärbar gewesen.
Trägersysteme dienen zum Transport von Menschen, Satelliten oder Raumsonden
in den Weltraum. Den volumenmässig grössten Teil der Trägersysteme
beanspruchen deren Antriebe.
Im Unterschied zu den Düsentriebwerken, welche den zur Verbrennung
benötigten Sauerstoff aus der Atmosphäre beziehen, müssen Raketentriebwerke
diesen selbst mitfuhren.
Man unterscheidet grundsätzlich zwischen vier verschiedenen
Raketenantrieben:
Den Feststoff-, den Flüssigkeits-, Kern-, und Ionenantrieben.
Beim Start wird der feste Treibstoff, welcher auch Sauerstoff enthalt,
elektrisch gezündet. Die dabei entstehenden heissen Gase treten mit
vielfacher Schallgeschwindigkeit durch die Schubdüse aus dem Druckbehälter
aus.
Feststoffantriebe werden aufgrund deren einfacher Bauweise bei kleinen
Raketen und Boostern, das sind Starthilfsraketen, bevorzugt verwendet.
Die Nachteile dieses Antriebs liegen darin, dass der Verbrennungsvorgang,
wenn er einmal eingeleitet ist, nicht mehr unterbrochen werden kann und
dass eine Regulierung des Schubes nicht möglich ist.
Der Brennstoff, meist Kohlenwasserstoffe, und der Sauerstoff werden in zwei
getrennten Behaltern mitgeführt. Pumpen befordern beide zur Brennkammer, wo
sie unter hohem Druck eingespritzt werden. In der Brennkammer verbrennen
bis zu 3000kg Treibstoff pro Sekunde. Die Verbrennung wird durch einen
Zündfunken eingeleitet. Die Gase entweichen wie beim Feststoffantrieb durch
die Schubdüse.
Flüssigkeitsantriebe werden beim Space Shuttle und bei allen grösseren
Raketen verwendet.
Der Vorteil dieses Antriebs besteht in der grossen Schubkraft (1,8 MN) und
in der Möglichkeit zur Regulierung des Schubes.
Beim Kernantrieb wird ein Treibmittel durch die Warme, welche bei der
Kernreaktion entsteht, in kurzer Zeit verdampft. Der überhitzte Dampf
strömt mit hoher Geschwindigkeit aus der Raketendüse.
Mit Kernantrieben war es möglich unser Sonnensystem zu verlassen, jedoch
finden sie wegen ihrer Komplexität und Grösse noch keine Anwendung. Auch das
Risiko einer radioaktiven Verseuchung aufgrund eines Unfalles beim Start
wäre nicht vertretbar.
Eine verständliche und genaue Beschreibung des Ionenantriebs wurde den
Rahmen dieser Facharbeit sprengen.
Es wurden schon einige Xenon-Ionentriebwerke gebaut und getestet. Sie sind
zwar noch zu schwach um Raketen anzutreiben, ihr Schub, von etwa 100mN,
reicht jedoch aus um die Lagesteuerung von Satelliten zu übernehmen.
Zukünftige Ionenantriebe können Geschwindigkeiten bis zu 150.000 km/h
ermöglichen. Sie verbrauchen bei gleicher Schubkraft sehr viel weniger
Treibstoff als konventionelle chemische Antriebe und ermöglichen somit eine
90%ige Gewichtsersparnis.
Unter Einwegträgersystemen versteht man Raketen, die nur einmal verwendet
werden können, da sie nach dem Aussetzen der Nutzlast in der Atmosphäre
verglühen.
Sie finden am häufigsten Verwendung, weil sie im Gegensatz zu
wiederverwendbaren Systemen einfacher zu entwickeln und zu betreiben sind.
Einwegträgersysteme bestehen aus der Rakete, die in mehrere Stufen und die
Nutzlastsektion gegliedert wird, und je nach Bedarf an Schubkraft bis zu
zehn Boostern.
Hier die bedeutendsten Vertreter:
Aus Japan die HII, die Ariane 44L und 5 aus Europa, die Proton aus Russland
und die Titan III und IV, zwei amerikanischen Produkten.
Das einzige bisher gebaute wiederverwendbare System ist das amerikanische
Space Shuttle.
Es besteht aus dem Orbiter, zwei Feststoffboostern und dem riesigem
Treibstofftank, welcher als einziger Teil des Systems nicht wiederverwendet
werden kann. Die NASA liess 5 Shuttles bauen: die Atlantis, Discovery,
Endeavour, Columbia und die Challenger, welche 1986 wegen eines
eingefrorenen Dichtungsrings im Treibstoffsystem kurz nach dem Start
explodierte.
Vor den Weltraumbedingungen können Menschen auf verschiedene Weise geschützt werden. In der heutigen Zeit werden sie in einem hermetisch abgeschlossenen Kabinenraum untergebracht, der über eine Zufuhr von Druckluft oder Sauerstoff verfügt. Ein Weltraumanzug funktioniert nach einem ähnlichen Prinzip. In der Kabine versucht man, einen den Bedingungen auf der Erde nahe kommenden Zustand zu erreichen. Dazu überwachen Klimaanlagen die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit. An der Außenhaut des Raumfahrzeuges befinden sich absorbierende und reflektierende Flächen, mit deren Hilfe die von außen wirkende Wärmestrahlung reguliert wird. Weil die Erde von intensiven Strahlungsgürteln umgeben ist, müssen Weltraumflüge sorgfältig geplant werden. Bei sehr langen bemannten Weltraumflügen oder bei Langzeitsatelliten auf Erdumlaufbahnen vermindert man die Auswirkungen der Schwerelosigkeit durch eine ständige Drehbewegung des Raumflugkörpers um die eigene Achse. Dadurch lässt sich eine künstliche Schwerkraft schaffen.
Der 2. Weltkrieg lieferte den Anstoß für die Entwicklung weit reichender Raketen. So entwickelten beispielsweise die USA, die damalige UdSSR, Großbritannien und Deutschland gleichzeitig Raketen für militärische Zwecke. Bei dem deutschen Aggregat 4 (Propagandaname: V-2) handelte es sich um eine Rakete mit flüssigem Treibstoff. Am Ende des Krieges nahm die US-Armee einige der Aggregat-4-Raketen mit zurück in die Vereinigten Staaten, wo man sie bei Forschungsexperimenten für vertikale Flüge einsetzte. Nach dem Krieg gingen einige deutsche Ingenieure in die UdSSR, andere, unter ihnen Walter Dornberger und Wernher von Braun in die USA.
Unbemannte Raumfahrzeuge können je nach Verwendungszweck recht unterschiedliche Größen aufweisen. Diese reichen von wenigen Zentimetern bis zu mehreren Metern Durchmesser, wobei auch unterschiedliche Formen möglich sind. Raumfahrzeuge ohne Besatzung sind mit funktechnischer Ausrüstung versehen, um einerseits Daten zur Erde zurückzusenden und andererseits die Position des Raumfahrzeuges anzuzeigen.
Bemannte Raumfahrzeuge müssen anspruchsvolleren Anforderungen als unbemannte Flugkörper genügen. In einem bemannten Raumfahrzeug müssen Luft, Lebensmittel und Wasser, Navigations- und Lenkvorrichtungen sowie Kommunikationstechnik vorhanden sein, so dass die Astronauten Informationen senden und empfangen können. Ein entscheidendes Merkmal eines bemannten Raumfahrzeuges ist der Hitzeschild. Er schützt Flugkörper und Besatzung beim Wiedereintritt in die Atmosphäre vor dem Verglühen.
Start und Wiedereintritt
Raumflugkörper startet man von einer eigens dafür konstruierten Abschussrampe. Die Kapsel und die dazugehörige Trägerrakete werden vor dem Start eingehend inspiziert. Den gesamten Vorgang überwachen Ingenieure und Techniker im nahe gelegenen Kontrollzentrum. Sind alle Vorbereitungen abgeschlossen, werden die Raketentriebwerke gezündet, und die Trägerrakete hebt mit dem Raumfahrzeug ab.
Beim Wiedereintritt in die Atmosphäre muss das zurückkehrende Raumfahrzeug vor dem Verglühen geschützt werden. Bei den Raumflügen im Rahmen der US-Programme Mercury, Gemini und Apollo löste man dieses Problem durch einen speziell dafür entwickelten Hitzeschild. Der Schild war an der Vorderseite der Landekapsel angebracht und bestand aus Metallen, Kunststoffen und keramischen Werkstoffen. Beim Wiedereintritt in die Atmosphäre schmolzen und verdampften diese Substanzen, wodurch die Hitze abgewehrt bzw. abgeleitet wurde. Der zum Schutz des Spaceshuttles entwickelte Schild ist im Prinzip eine Verkleidung des Fahrzeugrumpfes mit keramischen Fliesen. Vor der Entwicklung des Spaceshuttles, der auf einer Rollbahn landet (siehe "Spaceshuttle" weiter unten), erfolgte die Landung aller bemannten US-Raumfahrzeuge mit Hilfe von Fallschirmen im Meer. Die Astronauten und die Kapsel wurden per Hubschrauber geborgen und an Bord wartender Marineschiffe gebracht. Die russischen Raumfahrzeuge landeten ebenfalls mit Hilfe von Fallschirmen, allerdings an Land - meist an verschiedenen Orten Sibiriens. Im Fall von bemannten Unternehmungen warteten Mannschaften nahe der Landestelle, um die Kosmonauten zu bergen.
Als die Trägerraketen (Raketentriebwerke) und die wissenschaftlichen Messgeräte immer zuverlässiger wurden, entwickelte man eine große Vielfalt von Satelliten. Die Wissenschaftler waren darauf bedacht, Daten zu sammeln und genaue Untersuchungen der Sonne, anderer Sterne, der Erde und des Weltraumes vorzunehmen. Da die Erde von der Atmosphäre umgeben ist, ist es nicht möglich, solche Daten von der Erdoberfläche aus zu erhalten. Dies gelingt allenfalls mit Forschungsballons in sehr großen Höhen.
Das Hubble-Weltraumteleskop wurde 1990 mit der Raumfähre Discovery gestartet. Schon bald nach Beginn des Betriebs des Weltraumteleskops entdeckte man, dass der Hauptspiegel aufgrund eines Herstellungsfehlers einen systematischen Abbildungsfehler aufwies. Aber die Astronauten an Bord der Raumfähre Endeavour reparierten das Hubble-Weltraumteleskop im Dezember 1993. Bereits vor seiner Reparatur übertrug das Teleskop wertvolle Bilder zur Erde, einige davon zeigten vorher nie beobachtete Phänomene. Im Februar 1997 wurde das zwölf Tonnen schwere Teleskop erneut von sieben Astronauten der Raumfähre Discovery gewartet. Es wurden zwei neue Instrumente eingebaut, die die Abbildungsschärfe des Teleskops verbessern sollen. Außerdem wurden ein Spektrometer und ein Spektrograph installiert (siehe Spektroskopie).
Im Allgemeinen unterteilt man diese Satelliten in drei Gruppen: Nachrichten-, Umwelt- und Navigationssatelliten. Umweltsatelliten beobachten die Erde und die Atmosphäre und übermitteln Bilder für eine Vielzahl von Aufgabenstellungen. Wettersatelliten liefern täglich Messergebnisse von Temperaturen und Übertragungen von Wolkenfeldern. Als ein Beispiel sei der Sychronous Meteorological Satellite (SMS) genannt. Von einer stationären Umlaufbahn aus sendet er in 30-Minuten-Abständen Bilder eines großen Gebietes der Erdoberfläche. Zwei SMS können einen ganzen Kontinent und die angrenzenden Meeresgebiete erfassen.
Mit Erdbeobachtungssatelliten nimmt man Bilder von militärischer Bedeutung auf. Damit lassen sich z. B. atomare Explosionen, Startrampen für ballistische Raketen sowie Schiffs- und Truppenbewegungen registrieren. In den achtziger Jahren schlugen die USA vor, ein satellitengestütztes System zur Abwehr ballistischer Raketen auf der Grundlage der Lasertechnologie zu entwickeln (siehe Strategic Defence Initiative; SDI). Der Vorschlag löste heftige internationale Kritik aus. Er wurde Anfang der neunziger Jahre stark abgewandelt.
Navigationssatelliten bilden einen bekannten, die Erde umkreisenden Bezugspunkt, mit dessen Hilfe Schiffe und Unterseeboote ihre Position fast metergenau feststellen können.
Eine neues, digitales Navigationssystem, das nach dem Ende des Kalten Krieges von militärischer Seite für zivile Zwecke freigegeben wurde, ist das Global Positioning System (GPS). Damit ist weltweit eine Positionsbestimmung auf zehn bis hundert Meter möglich. Voraussetzung ist, dass die Signale von mindestens drei Satelliten empfangen werden. Signale weiterer Satelliten erhöhen die Genauigkeit. Da die Empfangsgeräte mittlerweile recht preisgünstig sind, können sich damit auch Segler, Bergsteiger oder allgemein Reisende in abgelegenen Gegenden orientieren. Die militärische Variante dieses Systems liefert genauere Werte (bis auf einen Meter), das Signal für den zivilen Bereich wird aber noch gestört. Doch die erreichte Genauigkeit ist für die meisten Zwecke ausreichend.
Die ersten Erwägungen für eine bewohnte, internationale Raumstation machte 1969 der damalige US-Vizepräsident Spiro Agnew. Es sollten mehrere Jahre bis zu den ersten Verhandlungen vergehen. 1988 einigten sich die USA, Kanada, Japan und europäische Staaten auf den Bau einer gemeinsamen Raumstation, die den Namen "Freedom" tragen sollte. 1993 wurde auch Russland in das Projekt einbezogen, das man in diesem Rahmen neu konzipierte. Die russische Station Mir kam als Testvorläufer für die neue Raumstation zum Einsatz. Mittlerweile beteiligen sich 15 Staaten an dem Projekt, das den offiziellen Namen International Space Station (ISS) trägt - auch "Internationale Raumstation Alpha". Zu den Staaten gehören: Belgien, Brasilien, Dänemark, Deutschland, Frankreich, Großbritannien, Italien, Japan, Kanada, Niederlande, Norwegen, Russland, Schweiz, Spanien und die USA.
Alpha soll im All gebaut werden, wobei man eine Bauzeit von fünf Jahren veranschlagt. Die Station wird eine Länge von 88 Metern und eine Breite von 108 Metern besitzen und gut 450 Tonnen schwer sein. Sie soll mindestens zehn Jahre in Betrieb bleiben und in einer Höhe von 400 Kilometern die Erde umkreisen. Lange Zeit war die Finanzierung des Projekts unter den Teilnehmern umstritten. Am 29. Januar 1998 unterzeichneten in Washington alle 15 Teilnehmerstaaten den Kooperationsvertrag. Im April 1998 wurde als Baubeginn für das rund 90 Milliarden DM teure Projekt der Juni 1998 anvisiert, die Inbetriebnahme für den Zeitraum 2003/2004 geplant. Deutschland ist mit 41 Prozent an dem europäischen Kostenbeitrag beteiligt.
In der heutigen Zeit sprechen alle von Sparen. So auch bei der NASA. In den USA überlegt man ob man als Staat alles zurückziehen wolle und die ganze Raumfliegerei in die Hände von Privaten zu übergeben. Das Budget der NASA schrumpft immer weiter und man ist am erfinden von billigeren Raumfähren. Die alten Shuttles sind im Moment schon über 15 Jahre alt und haben einige Anpassungen an die neue Technik hinter sich.. Auch an der Flugsicherheit der "alten" Shuttles wird gezweifelt. Im jetzigen Zeitpunkt könnte theoretisch pro hundert Flüge sechs Unglücke passieren. Immerhin geht es da um Menschenleben.
Die Kosten für einen Start sind heute ungemein hoch. Sie liegen bei 500 bis 800 Millionen US Dollar. Es sind bereits ein paar Projekte angelaufen und man sieht erste Früchte dieser Projekte. Man hat schon einen Treibstofftank der ersten Stufe modernisiert. Damals flog der Treibstofftank ins Meer und weg war der Treibstofftank. Heute ist man soweit, dass wenn der Treibstofftank abfällt, landen die Tanks mit Hilfe von Delta Wings eigenständig und werden gewartet und für den nächsten Start bereit gestellt. Gleichzeitig zu diesen Massnahmen wird bei Lockheed Martin der "Venture Star" entwickelt. Er soll nach der Jahrtausendwende das Space Shuttle ablösen. Bis jetzt ist der Venture Star noch zu schwer und zu langsam um die gesteckten Ziele zu erreichen. Dennoch wird geplant den Venture Star im Jahr 2004 in die Luft zu lassen. Der Venture Star hat gegenüber dem Space Shuttle viele Vorteile. Man plant die Wartungszeit von einer Woche einzuhalten, was mehr Starts pro Jahr erlauben würde. Zudem wird der Venture Star noch eine Ausstiegsmöglichkeit bei Startunfällen haben. Zudem werden die Startkosten um 10% gesenkt werden. Werden die Versprechungen eingehalten, so wird der Venture Star eine ernsthafte Konkurrenz für die Ariane V Rakete. Der Venture Star soll auch mit einer neuen Trägerrakete starten. Der X - 33 wurde schon 1999 getestet. Das besondere am X - 33 soll eine neue Art von Antrieb sein. Der Antrieb von damals ist glockenförmig, davon soll der X - 33 wegkommen. Das weitere Entwicklungsfenster kann man in folgender Grafik entnehmen.
Auch für die ISS benötigt man eine CRV (Crew Rescue Vehicle) in Notfällen. X - 38 soll das kleine Gefährt heissen. Es ist nicht ausgeschlossen, dass er als Mini - Venture Star entwickelt wird. Die Kosten der Entwicklung der neuen CRV teilen sich die NASA und ESA..
Ein weiterer Meilenstein soll die Realisierung einer bemannten Mars Mission sein. Man erwartet, dass etwa um 2020 dies der Fall sein wird.
Im Jahre 2001 wird die US-Sonde 'Starprobe' ihre 4 jährige Reise zur Sonne
antreten. Sie wird uns wichtige Informationen über die Sonne und ihren
Auswirkungen auf die Erde liefern.
Mit den zukünftigen Technologien konnte es möglich sein, eine Kolonie auf dem Mond zu errichten um seine Bodenschatze für die umweltschonende Energiegewinnung auf der Erde zu nutzen, oder Raumstationen zu bauen, wo auch Zivilisten untergebracht werden, um die Erde zu entlasten. Es wäre sogar ein Sonnensegel geplant, welches die Sonnenenergie schon im Weltall auffangt und zur Erde sendet. Jedoch fehlen den Regierungen die finanziellen Mittel, um diese Projekte zu unterstutzen.
Vielleicht werden wir eines Tages dazu fähig sein, unser Sonnensystem zu verlassen um andere Sterne zu erforschen. Doch wer weiss, ob wir das noch erleben werden?
Verschiedene Raumfahrtunternehmungen lieferten zahlreiche wissenschaftliche Daten und Erkenntnisse über das Wesen und den Ursprung des Sonnensystems und des Universums (siehe Kosmologie. Satelliten in der Erdumlaufbahn haben sowohl militärische als auch zivile Aufgaben. Besonders bei den Satelliten der ersten Generation handelte es sich meist um Instrumente, die zu nachrichtendienstlichen Zwecken genutzt wurden (siehe Spionagesatelliten). Zunehmend sind aber auch Satelliten in einer Erdumlaufbahn, die beispielsweise Forschungszwecken oder zur Förderung der Telekommunikation dienen (siehe Kommunikationssatellit; Satellitenfernsehen). Wettersatelliten ermöglichen Wettervorhersagen und sind für die Klimaforschung unentbehrliche Hilfsmittel. Satelliten sind außerdem nützliche Navigationshilfen (z. B. Global Positioning System; siehe auch weiter unten) und erleichtern beispielsweise das Auffinden von Bodenschätzen.
Orbit:
Umlaufbahnen um die Erde
suborbitaler Flug:
Flug an der Grenze zum Weltraum, ohne in die Umlaufbahn zu gelangen
Apollo:
bestehend aus: - Apollo-Kapsel (Commando Module): Quartiere der
Astronauten und Steuerung, einziger Teil der zur
Erde zurückkehrt
- Geräteeinheit (Service Module), auch genannt
Versorgungseinheit: Versorgung der Apollo-Kapsel
Mit Strom, Sauerstoff, Wasser etc. und Antrieb
der Kapsel
- Mondlandefähre (Lunar Module): Landefähre für
die Mondlandung
Raumstation:
Möglichkeit zum längeren Aufenthalt im All
Hitzeschild:
Schutz eines Raumfahrzeuges vor der Sonneneinstrahlung
oder
Schutz eines Raumfahrzeuges beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre vor der Aufheizung durch die Reibungsenergie
Space Shuttle:
bestehend aus: - Orbiter: flugzeugähnlicher Raumgleiter der Nutzlast trägt und wiederverwendet werden kann
- 2 Feststoffraketen (auch genannt Feststoffbooster):
zusätzliche Raketen die Space Shuttle beim Start unterstützen und danach
abgeworfen werden; Feststoffraketen werden geborgen und können
wiederverwendet werden
- Externer Treibstofftank: enthält zusätzlichen Treibstoff für den Start; wird ebenfalls nach Start abgeworfen, verglüht oder stürzt ins Meer
Weltraumspaziergang:
Ausstieg eines Astronauten aus dem Raumfahrzeug, Möglichkeit der freien Bewegung eines Astronauten im All
Kosmonaut:
russischer Astronaut
Sprengluke:
Luke die nach der Wasserung aufgesprengt wird
Wir haben uns ausschliesslich im Internet Informiert!
Raumfahrt
Cyberbox
German Space Net
go-ariane
arianespace
NASA (Head Quarter und Kennedy Space Center)
ESA
Verschiedene Kollegen die uns via E-Mail Daten lieferten
Da wir schon früh wussten das wir eine SVA machen müssen überlegten wir ab und zu was wir wohl für ein Thema wählen wollen. Wir kamen auf die Kuriosesten Ideen. Nach einem Cluster und regen Diskussionen entschieden wir uns für das Thema Raumfahrt. Nach diesem Entschluss fertigten wir noch ein Mind Map an um noch etwas genauer festzulegen was wir genau wollen. Wir beschlossen uns auch uns nur auf Informationen aus Internet und E-Mail zu verlassen.
Wir versuchen ein Grundwissen über die Raumfahrt zu geben, ohne dabei allzugross in Details zu gehen. Von ganz am Anfang über eine beinahe Katastroffe bis in die Zukunft wollen wir das wichtigste sagen. Auch Organisationen wie NASA und ESA versuchen wir etwas zu berichten. Was uns fast berufsbedingt interessiert ist natürlich die Technik, obwohl hier wenig zu erfahren ist. Denn dies ist eines der sehr gut gehüteten Geheimnisse.
Auch was die Raumfahrt für uns, bez. die Wissenschaft bringt, tönen wir an.
Wir haben gut zusammen arbeiten können, die Aufteilung der Arbeit klappte gut. Nur den Aufwand haben wir etwas unterschätzt. Unsere Feststellung: Dank E-Mail und Internet klappte die Zusammenarbeit noch besser, denn wir konnten täglich Infos austauschen, was uns extrem hilfreich war. So wussten wir immer was und wie der andere die Sache anging.
Verfasst von: Felix Martinez
Adi Steffen
Silvan Fuchs
Verfasst von: Felix Martinez
Adi Steffen
Silvan Fuchs
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