Was machen Astronauten, wenn sie spazieren gehen?

Das neue „Feel Good“-Team

Spazierengehen ist wieder überall auf dem Bildschirm zu sehen!

Dies ist die erste Außenbordaktivität nach der vollständigen Fertigstellung der chinesischen Raumstation.

Aber beim „Spaziergang“ des Teams geht es nicht nur darum, spazieren zu gehen

Während sie „spazieren gehen“, müssen sie auch Folgendes tun …

Am 10. Februar beendeten die Astronauten Fei Junlong und Zhang Lu in enger Zusammenarbeit mit dem Astronauten Deng Qingming in der Kabine einen siebenstündigen Außenbordeinsatz und kehrten erfolgreich zum Wentian-Labormodul zurück.

Screenshot der Außenbordaktivität von Shenzhou 15

Einige von Ihnen sind sicher neugierig: In den Medien lesen wir oft von Nachrichten über Astronauten, die das Raumschiff verlassen. Was machen sie, wenn sie ausgehen? Tatsächlich gibt es als eine der Kerntechnologien im Bereich der bemannten Raumfahrt viele Arten von Außenbordaktivitäten, die grob in die folgenden drei Kategorien unterteilt werden können.

Kategorie 1: Verifizierung von Außenbordtechnologie

Für einen erfolgreichen Außenbordeinsatz sind zahlreiche unterstützende Technologien erforderlich, von den Weltraumkomponenten wie Raumfahrzeugen, Astronauten und Raumanzügen bis hin zu den Bodenkomponenten wie Messung, Steuerung, Kommunikation, Flugsteuerung und Missionsmanagement, die alle unverzichtbar sind. Darüber hinaus gilt bei Außenbordeinsätzen die „Bottom-of-the-Fass-Theorie“: Solange ein Loch vorhanden ist, fließt das gesamte Wasser ab, was zu einem Totalausfall führt. Aus diesem Grund beherrschen fast 70 Jahre nach Beginn des Weltraumzeitalters nur die Sowjetunion/Russland, die Vereinigten Staaten und China unabhängig voneinander diese komplexe Technologie.

Wassertank-Trainingsszene chinesischer Astronauten (Quelle: Our Space)

Dieser technologische Entwicklungsprozess ist auch das Ergebnis kontinuierlicher Iterationen von „theoretischer Demonstration – Simulationsexperiment – ​​technische Verifizierung“. Beispielsweise verfügen die großen Astronautenzentren auf der ganzen Welt zusätzlich zu Theorie und Simulation über riesige Wassertanks, die verschiedene Raumfahrzeugmodelle enthalten. Nachdem die Astronauten ihre Raumanzüge angezogen haben, kontrollieren sie das Gleichgewicht zwischen Auftrieb und Schwerkraft, um die Wirkung der Schwerelosigkeit im Weltraum zu simulieren, und üben wiederholt Außenbordaktivitäten, um möglichst viele Probleme aufzudecken. Allerdings unterliegen Wassertankübungen auch großen Einschränkungen und können das Vakuum, die Schwerelosigkeit und die starken Strahlungsszenarien im Weltraum nicht simulieren. Es ist notwendig, einen umfassenden Test im Weltraum mit echten Waffen durchzuführen. Jede neu vorgeschlagene Technologie durchläuft einen solchen iterativen Zyklus.

Bei frühen Außenbordeinsätzen war es erforderlich, den Raumanzug über eine „Nabelschnur“ mit dem bemannten Raumschiff zu verbinden, um Nachschub zu erhalten. Später kamen immer häufiger tragbare Raumanzüge zum Einsatz. Astronauten in tragbaren Raumanzügen verwandelten sich nach dem Verlassen der Kabine in ein kleines, unabhängiges Raumschiff. Das Aufkommen bemannter, manövrierfähiger Geräte ist auf Science-Fiction-Art noch auffälliger. Im Gerät sitzende Astronauten können durch die Steuerung kleiner Triebwerke frei in der Nähe des Raumfahrzeugs fliegen.

Bemannte Manövriereinheit (Bildquelle: NASA)

Jede der oben genannten Technologieiterationen muss überprüft werden. So haben beispielsweise die Astronauten Zhai Zhigang und Liu Boming bereits 2008 bei der Mission Shenzhou 7 die Durchführbarkeit von Außenbordaktivitäten nachgewiesen, was auch bedeutete, dass das bemannte Raumfahrtprogramm meines Landes in eine Ära der Außenbordaktivitäten eingetreten ist und sich bis heute iterativ weiterentwickelt.

Dabei muss nicht nur der Gesamtplan überprüft, sondern auch die spezifischen Technologien getestet werden. Die unverzichtbare Ausrüstung für Astronauten beim Verlassen der Kabine ist ein extravehicularer Raumanzug, der direkt als Miniatur-Raumschiff betrachtet werden kann. Der extravehiculare Raumanzug „Feitian“ meines Landes wird seit vielen Jahren angesammelt, aber seine Anwendung muss im Weltraum getestet werden. Der einzige Weg aus der Kabine ist die Luftschleuse, die für den Übergang zwischen Kabineninnerem und -äußerem (Vakuum) zuständig ist. Jedes bemannte Raumfahrzeug (Shenzhou-Raumfahrzeug, Tiangong 1/2-Raumfahrzeug, Tianhe-Kernmodul, Wentian-Labormodul) muss damit ausgestattet sein (oder es gleichzeitig verwenden), und seine Leistung im Orbit hängt vom Erfolg oder Misserfolg der gesamten Mission ab. Außenbordaktivitäten erfordern häufig den Einsatz von Roboterarmen zur Unterstützung, und ihre Leistungsfähigkeit im Weltraum muss getestet werden. Während der Aktivitäten müssen die Koordination zwischen innerhalb und außerhalb der Kabine, die Boden-Boden-Kommunikation und Kontrollunterstützung, die Bodenprozesskontrolle, die Notevakuierung usw. durchgeführt werden. Diese Szenarien können nicht am Boden simuliert werden und müssen durch echte Außenbordaktivitäten getestet werden.

So wie reale Militärübungen Probleme aufdecken und Erfahrungen zusammenfassen können, zielen zahlreiche Außenbordeinsätze auf die Überprüfung der relevanten technischen Systeme ab.

Zhai Zhigangs klassischer Ausspruch „Ich habe die Kabine verlassen und fühle mich gut“ bringt genau die gewünschte Wirkung dieser Art von Außenbordaktivität zum Ausdruck.

Kategorie 2: Bemannte Installation und Wartung von Raumfahrzeugen

Die Konstruktion und Herstellung bemannter Raumfahrzeuge ist weitaus schwieriger als die unbemannter Raumfahrzeuge. Dies gilt insbesondere für große Raumfahrzeuge auf Modulebene für Raumstationen. Beispielsweise sind das Kernmodul „Tianhe“ und die beiden Experimentalmodule „Wentian“ und „Mengtian“ der Raumstation Tiangong wirklich zu groß. Sie sind etwa 18 Meter lang und haben einen Durchmesser von 4,2 Metern und stellen damit einen Rekord für die Größe eines einzelnen Moduls in der bemannten Raumfahrt dar. Aber das ist nicht das ganze Bild: Diese Größe liegt nahe an der Grenze, die die Verkleidung des „kleinen und dicken Kerls“ Long March 5B zulässt. Andere Panoramakameras, Expansionspumpensätze für Außenbordfahrzeuge und externe Instrumente können vor dem Start nicht vollständig installiert und eingesetzt werden und müssen nach dem Eintritt in den Weltraum zusammengebaut werden.

Freunde möchten sich vielleicht daran erinnern, dass die in früheren Nachrichten wiederholt erwähnten Außenbordaktivitäten meist Schlüsselwörter wie „Aufrichten der Panoramakamera“ und „Installieren des Außenbord-Expansionspumpensatzes“ enthalten und im Allgemeinen stattfinden, nachdem wichtige Kabinenabschnitte gestartet und zusammengebaut wurden. Dies ist das erste Mal seit der Fertigstellung der Raumstation, dass China sie verlässt. Eine wichtige Aufgabe besteht darin, die extravehiculare Expansionspumpengruppe zu installieren. Es ist das Herzstück des Wärmekontrollzirkulationssystems innerhalb und außerhalb des Raumfahrzeugs. Zusammen mit dem Herzstück in der Kabine kann es den normalen Betrieb der gesamten Kabine sicherstellen. Die Panoramakamera dient zur Überwachung der gesamten äußeren Bedingungen des Raumfahrzeugs. Darüber hinaus gibt es einige externe Instrumente und Geräte. Erst wenn alle äußeren Teile vollständig sind, kann davon ausgegangen werden, dass das Raumfahrzeug die Konstruktionsanforderungen erfüllt.

Künstlerische Darstellung der Gesamtansicht der chinesischen Raumstation

Darüber hinaus ist es für kein Raumfahrzeug möglich, völlig problemlos zu sein. Dies gilt umso mehr für große modulare bemannte Raumfahrzeuge mit mehreren Modulen auf der Ebene von Raumstationen, insbesondere da diese über lange Zeit stabil fliegen müssen. So hat beispielsweise die Internationale Raumstation bereits eine Kapazität von rund 500 Tonnen erreicht und ist seit 25 Jahren in Betrieb, während die chinesische Raumstation eine Kapazität von fast 100 Tonnen und eine Flugzeit von mindestens 10 Jahren hat. Während dieser Zeit können in der Raumstation verschiedene Probleme auftreten, die zeitnah behoben werden müssen. Insbesondere bei externen Problemen können Reparaturen fast ausschließlich durch Außenbordeinsätze der Astronauten durchgeführt werden.

Um diese Außenbordaktivität in einfachen Worten zu erklären: Das grobe Haus (Kabinenabschnitt) wurde gebaut und die Dekorateure (Astronauten) haben begonnen, es zu dekorieren, um das Haus (Raumstation) bewohnbarer zu machen. Wenn ein Problem auftritt, müssen wir einen Arbeiter beauftragen, es zu beheben, damit das Haus wieder bewohnbar ist.

Kategorie 3: Wissenschaftliche Forschung und Anwendung

Das grundlegende Ziel der Entwicklung der bemannten Raumfahrt besteht darin, den Weltraum, einen einzigartigen Raum, zu nutzen, um die wissenschaftlichen Grenzen der Menschheit zu erweitern. Nach der Fertigstellung der Raumstation wird diese zu einem langfristig bemannten Weltraumlabor, in dem Astronauten verschiedene wissenschaftliche Forschungen durchführen können. Dies ist der Hauptgrund dafür, dass die Weltraummächte massiv in die bemannte Raumfahrt investieren.

Die Internationale Raumstation und die Chinesische Raumstation sind mit verschiedenen Versuchskabinetten ausgestattet, um Experimente mit verschiedenen „für Internetnutzer unverständlichen Begriffen“ durchzuführen. Einige Forschungsarbeiten müssen jedoch außerhalb der Kabine durchgeführt werden, beispielsweise wissenschaftliche Forschungen im Zusammenhang mit astronomischen Beobachtungen, Vakuumexposition und extravehikulärer Strahlung. Einige wissenschaftliche Instrumente und Geräte können nicht vollständig vom Roboterarmsystem bedient werden und sind auf die Außenbordaktivitäten der Astronauten angewiesen, um sie zu installieren, zu bergen und auszutauschen. Dies ist der Schlüssel zum Erfolg oder Misserfolg der wissenschaftlichen Forschung. Seit der Rekrutierung der dritten Astronautengruppe hat mein Land mit der Ausbildung von „Nutzlastexperten“ begonnen, deren Hauptaufgaben auf der wissenschaftlichen Forschung liegen werden.

Das Tianhe-Kernmodul und das Frachtraumschiff Tianzhou-2

Verschiedene Arten bemannter Raumfahrzeuge sind selbst „Mutterschiffe der Luft- und Raumfahrt“. Von hier aus können Miniatur-Raumfahrzeuge (Astronauten) starten und anderen Zielen dienen als bemannte Raumfahrzeuge. Während der Space-Shuttle-Ära gab es beispielsweise viele Szenen, in denen ausgefallene Satelliten geborgen und zur Erde zurückgebracht wurden. Das berühmte Hubble-Weltraumteleskop hatte nach seinem Start mit einer Reihe technischer Probleme zu kämpfen, die dazu führten, dass es nicht mehr richtig funktionierte. Später waren fünf aufeinanderfolgende Außenbordeinsätze nötig, um es vollständig zu reparieren und fast alle wichtigen wissenschaftlichen Instrumente zu ersetzen. So konnte dieses legendäre Teleskop wiedergeboren werden und bis zum heutigen Tag weiterarbeiten, wodurch die menschliche Astronomie neu definiert wurde. Das große Durchmusterungsteleskop, das mein Land demnächst starten wird, wird in Zukunft in einen koorbitalen Flugzustand mit der Raumstation eintreten. Einer der Hauptgründe besteht darin, dass Astronauten es in Zukunft durch Außenbordeinsätze reparieren und aktualisieren können, um seinen Funktionszustand langfristig sicherzustellen.

Darüber hinaus können auch bemannte Landungen auf dem Mond, einschließlich der zukünftig erwarteten bemannten Landungen auf dem Mars, als sehr komplexe Außenbordeinsätze angesehen werden. Das Weißbuch meines Landes „Chinas Weltraumprogramm 2021“ hat wichtige Ziele klar definiert, wie etwa den vollständigen Bau und Betrieb der chinesischen Raumstation, die Umsetzung der vierten Phase des Monderkundungsprojekts und die Vertiefung der Demonstration des bemannten Mondlandeprogramms. In absehbarer Zukunft werden chinesische Astronauten den Mond betreten und damit einen Außenbordeinsatz vom Mythos (Chang'e fliegt zum Mond) zur Realität machen.