Ein Produkt auf Universumsniveau! Wie drehen Astronauten im Orbit „Raumstation-Blockbuster“?

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Shi Chang (PhD in Physikalischer Chemie)

Hersteller: China Science Expo

Der Welttag der Fotografie ist ein wichtiges Fest für Fotografie-Enthusiasten auf der ganzen Welt. Jedes Jahr am 19. August können wir die wunderschönen Fotos bewundern, die von Fotografen gemacht werden. Am Welttag der Fotografie 2024 dürfen wir uns auf die „Raumstation-Blockbuster“ der Weltraumfotografen freuen.

Sonnenschein

(Bildnachweis: Offizieller WeChat-Account von China Manned Spaceflight/Astronaut Ye Guangfu)

Blauer Stern vor dem Fenster

(Bildnachweis: Offizieller WeChat-Account von China Manned Spaceflight/Astronaut Ye Guangfu)

Herrliche Berge und Flüsse

(Bildnachweis: Offizieller WeChat-Account von China Manned Spaceflight/Astronaut Ye Guangfu)

Dieser Weltraumfotograf ist Ye Guangfu, Kommandant des bemannten Raumschiffs Shenzhou 18. Er fing die schillernde Schönheit der Erde durch das Bullauge der Raumstation ein und ein „Raumstation-Blockbuster“ nach dem anderen, der jede Vorstellungskraft überstieg, war schockierend. Welche Bedingungen sind für die Aufnahme dieser Fotos erforderlich?

Bullaugen der Raumstation: „Fenster“ der Astronauten zur Außenwelt

Wer in der Raumstation fotografieren möchte, benötigt zunächst einmal ein hervorragendes Sichtfenster. Bei diesem Sichtfenster handelt es sich um das Bullauge, ein rundes oder speziell geformtes Fenster, das wasser- oder luftdicht ist und zur Belüftung, Beleuchtung und Landschaftsbeobachtung dient.

In der Raumstation ist das Bullauge nicht nur ein Fenster, durch das die Astronauten die wunderschöne Landschaft der Erde genießen können, sondern auch eine wichtige Einrichtung zur Beobachtung des Betriebszustands des Raumfahrzeugs, zur Durchführung wissenschaftlicher Experimente und zur Gewährleistung der Sicherheit der Astronauten. Dieses Fenster, ähnlich einer Windschutzscheibe im Auto, bietet den Astronauten die Voraussetzung für das Fotografieren.

Bullauge der Raumstation

(Bildquelle: Veer-Fotogalerie)

Das Glas wird heller und die Bilder werden klarer.

Als Fenster zur Beobachtung der Außenwelt muss das Bullauge zunächst eine hohe Klarheit aufweisen. Vergleicht man die von chinesischen Astronauten im Weltraum aufgenommenen Fotos, fällt unschwer auf, dass die Klarheit der von den Astronauten aufgenommenen Fotos von Shenzhou V bis zur Raumstation Tiangong immer besser wird. Dahinter befindet sich das transparente Bullauge.

Freunde, die Auto fahren, haben diese Erfahrung gemacht: Wenn man lange fährt, bilden sich viele Flecken auf der Windschutzscheibe, was unsere Klarheit bei der Beobachtung der Außenwelt stark beeinträchtigt. Das Gleiche gilt für Bullaugen, deren Oberfläche leicht zerkratzt werden kann, insbesondere durch den Aufprall und die Reibung hochenergetischer Teilchen im Weltraum.

Flecken auf der Windschutzscheibe

(Bildquelle: Veer-Fotogalerie)

Um dieses Problem zu lösen, hat das Shanghai Institute of Ceramics der Chinesischen Akademie der Wissenschaften eine hochtechnologische Anti-Schadstoff-Beschichtung entwickelt, die wie ein unsichtbarer Schutzschild wirkt und die Bullaugen vor dem Eindringen von kosmischem Staub und Partikeln schützt. So wird sichergestellt, dass die „Augen“ des Raumfahrzeugs immer klar und hell sind. Diese Technologie bietet Astronauten ein hervorragendes Seherlebnis und ermöglicht es ihnen, die atemberaubende Landschaft ihres Heimatplaneten ohne jegliche Behinderung zu genießen.

Robuste und zuverlässige Hightech-Fenster für Raumstationen

Die Raumstation umkreist die Erde auf einer elliptischen Umlaufbahn im erdnahen Bereich und gelangt periodisch in den Schatten- und Sonnenbereich der Erde. Durch diese schnellen Lagewechsel kommt es zu enormen Temperaturschwankungen in der Raumstation, die maximale Temperaturdifferenz beträgt über 200 °C.

Wird ein Glas mit heißem Wasser sofort mit kaltem Wasser aufgefüllt, besteht Explosionsgefahr. Gleiches gilt für das Bullaugenglas der Raumstation. Gewöhnliches Glas kann solch großen Temperaturunterschieden kaum standhalten. Welches Material kann diese schwere Verantwortung tragen?

Gebrochene Tasse

(Bildquelle: Veer-Fotogalerie)

Quarzglas , auch bekannt als Quarzglas, ist ein spezieller Hightech-Werkstoff. Das Glas wird während des Herstellungsprozesses Temperaturen von mehreren Tausend Grad ausgesetzt und weist einen äußerst niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, sodass es auch in Umgebungen mit extrem hohen und niedrigen Temperaturen seine strukturelle Stabilität behält. Darüber hinaus ist diese Art von Glas extrem widerstandsfähig und kann dem Aufprall von mit hoher Geschwindigkeit fliegendem Weltraumschrott standhalten. Seine Festigkeit ist wesentlich höher als die von Panzerglas.

Die Kosten für Bullaugen von Raumstationen aus diesem Hightech-Material sind sicherlich nicht niedrig, aber in der chinesischen Raumstation Tiangong gibt es mehr als ein solches Bullauge. Berichten zufolge gibt es solche Bullaugen im Schlafbereich des Kernmoduls, im Schlafbereich des Wentian-Moduls und in anderen Bereichen der Raumstation Tiangong. Und während die Konstruktion der Raumstation weiter voranschreitet, wird der „Sky View Room“ für chinesische Astronauten mit weiteren Sichtfenstern ausgestattet, um den umfassenderen Beobachtungsbedürfnissen gerecht zu werden.

Raumstation

(Bildquelle: Veer-Fotogalerie)

Stabile Fluglage, spezielle „Anti-Shake“-Technologie

Die Beibehaltung der Fluglage der chinesischen Raumstation Tiangong ist ebenfalls ein Schlüsselfaktor für die Astronauten, die „gute Fotos machen“. Das Steuerdrehmomentgyroskop ist ein Schlüsselgerät für die Lageregelung der Raumstation. Es verwendet ein sich mit hoher Geschwindigkeit drehendes Schwungrad, um einen Drehimpuls zu erzeugen, und gibt durch Änderung der Richtung des Drehimpulses ein Drehmoment nach außen ab, wodurch eine präzise Steuerung der Lage der Raumstation erreicht wird.

Gyroskop

(Bildquelle: Veer-Fotogalerie)

Diese Technologie war einst ein „Stolperstein“ für Chinas Luft- und Raumfahrttechnologie. Um das Problem der Blockade von Kerntechnologien durch das Ausland zu überwinden, haben chinesische Luft- und Raumfahrtexperten unermüdliche Anstrengungen unternommen, um ein Steuerdrehmoment-Gyrosystem zu entwickeln, das die Vorteile hoher Präzision, schneller Reaktion, langer Lebensdauer und hoher Zuverlässigkeit vereint und grundlegende Garantien für die Aufnahme von Filmen mit großen Bullaugen bietet.

Fortschrittliche Fototechnologie ist ein leistungsstarkes Werkzeug für Astronauten zum Fotografieren

Können Sie im Weltraum Fotos machen, wenn Sie die oben genannten Bedingungen erfüllen? Alles ist bereit, nur der „Ostwind“ fehlt, und dieser „Ostwind“ ist die fortschrittliche Fotoausrüstung. In den letzten Jahren hat sich die Fototechnologie rasant weiterentwickelt. Die Anzahl der Kamerapixel von Mobiltelefonen kann leicht mehrere zehn oder sogar hundert Millionen betragen. Das Fotografieren des Mondes ist für alle gängigen Fotoausrüstungen zu einer notwendigen Fähigkeit geworden.

Das fortschrittliche Ultra-High-Definition-Kamera-Array kann problemlos Bilder mit über 100 Millionen Pixeln aufnehmen und dabei detailreiche und satte Farben beibehalten. In Verbindung mit dem integrierten adaptiven optischen System der Kamera, das durch atmosphärische Störungen und leichte Vibrationen der Raumstation verursachte Bildunschärfen in Echtzeit kompensiert, ist es nicht länger schwierig, Bilder von der Raumstation aufzunehmen.

Digitalkamera

(Bildquelle: Veer-Fotogalerie)

Mit der rasanten Entwicklung der Luft- und Raumfahrttechnologie und dem kontinuierlichen Fortschritt in Wissenschaft und Technologie wird unser Verständnis der Erde immer tiefer. Diese High-Tech-Errungenschaften ermöglichen es uns nicht nur, die Großartigkeit und Magie der Erde zu erleben, sondern wecken auch die unendliche Neugier der Menschheit und ihren Wunsch, die unbekannte Welt zu erkunden. Wir dürfen in Zukunft mit der Entstehung weiterer schockierender „Raumstation-Blockbuster“ rechnen und werden gemeinsam Zeuge eines glorreichen Kapitels der menschlichen Raumfahrtindustrie!

Quellen:

1.Dote H, Theodore KT. Strukturanalyse und Test des Fenstersystems des Space Shuttle Orbiter [J].Journal of Spacecraft & Rockets, 2013.

2.Margiotta DV, Peters WC, Straka SA, et al. Die Lotus-Beschichtung für die Weltraumforschung – Ein Werkzeug zur Staubminderung[J]. Proceedings of SPIE – Die Internationale Gesellschaft für Optische Technik, 2010.

3. Bai Yu, Pang Hewei, Gong Zizheng. Verfolgungsstudie zur Beschädigung von Fensterglas von Raumfahrzeugen durch winzige Trümmer[J]. Raumfahrzeug-Umwelttechnik, 2009.

4. Jin Lei, Xu Shijie. Studie zur Lageregelung von Raumfahrzeugen mittels Einzelbild-Steuerdrehmomentkreisel und Schwungrad[J]. Acta Astronautics, 2008.

5. Yuan Jianpeng. Anwendung der Beschichtungstechnologie in Luft- und Raumfahrtmaterialien[J]. Neue Werkstoffindustrie, 2012(10):5.DOI:10.3969/j.issn.1008-892X.2012.10.013.