Die Verlängerung der Lebensdauer des Hubble bringt Farbe in die kommerzielle Raumfahrt

Kürzlich hat die NASA demonstriert, ob es möglich ist, die Raumsonde Dragon für kommerzielle Missionen einzusetzen, um für das Hubble-Weltraumteleskop Wartungsarbeiten im Orbit durchzuführen, die Umlaufbahn anzuheben und seine Lebensdauer zu verlängern. Tatsächlich wächst der Bereich der kommerziellen Weltraumdienste ständig und wird immer vielfältiger, von der Durchführung neuartiger Weltraumexperimente bis hin zur „Rettung“ von Raumfahrzeugen, von der Raumfahrt bis hin zur Durchführung bestimmter nationaler Missionen. Werfen wir einen Blick auf einige interessante oder erstaunliche Tricks im kommerziellen Bereich.

Hubble soll bis 2050 überleben

Kürzlich unterzeichneten die NASA und SpaceX eine Vereinbarung, die größtenteils von Wirtschaftsmagnaten finanziert wurde. Ziel ist es zu untersuchen, wie mithilfe der Raumsonde Dragon die Lebensdauer des Hubble-Weltraumteleskops verlängert werden kann. Der ursprüngliche Plan sieht vor, dass die Raumsonde Dragon als Schlepper fungiert, um die Umlaufbahn des Hubble um Dutzende von Kilometern anzuheben, sie wieder auf die ursprünglich geplante Umlaufbahn von 600 Kilometern zu bringen und einen stabilen Betrieb bis 2050 aufrechtzuerhalten.

Hubble-Weltraumteleskop

Hubble arbeitet seit mehr als 30 Jahren im Weltraum. Seit der Wartung im Jahr 2009 hat sich seine Umlaufbahn aufgrund des kombinierten Einflusses des Luftwiderstands, des elektromagnetischen Felds der Erde und des Sonnenstrahlungsdrucks allmählich verringert. Es wird geschätzt, dass die Wahrscheinlichkeit, dass Hubble im Jahr 2037 wieder in die Atmosphäre eintritt, mindestens 50 % beträgt, wenn keine Rettungsmaßnahmen ergriffen werden. Allerdings wurden alle Space Shuttles außer Dienst gestellt. In den letzten Jahren hoffte die NASA, die Lebensdauer des Hubble-Teleskops zu verlängern, steht jedoch vor dem Dilemma: „Ein guter Koch kann nicht ohne Reis kochen.“

Wie das Sprichwort sagt: „Es gibt immer einen Ausweg.“ Das Space Shuttle hatte einst ein kreisförmiges, flexibles Fanggerät am Hubble installiert, um das Andocken an Roboter oder Raumfahrzeuge zu erleichtern, Notfälle zu bewältigen und Hubble nach seiner Außerdienststellung aus der Umlaufbahn zu schleppen. Dieses Gerät ermöglichte es der Raumsonde Dragon unerwartet, die Umlaufbahn des Hubble-Teleskops anzuheben und so ihre Lebensdauer zu verlängern.

SpaceX hat jedoch noch immer große Schwierigkeiten, diese Mission abzuschließen. Da die NASA nicht die neuesten Daten und Informationen bereitgestellt hat, muss SpaceX die Daten berechnen, die für das Andocken der Raumsonde Dragon an Hubble erforderlich sind, sowie die Energie, die zum eigenständigen Anheben der Umlaufbahn verbraucht wird. Hierzu sind mithilfe von Modellierung und Simulation umfangreiche historische Daten erforderlich, damit das Bodenteam diese genau erfassen kann.

Selbst wenn die tatsächliche Umlaufbahn eines Raumfahrzeugs von der geplanten Umlaufbahn abweicht, bleibt der Fehler im Allgemeinen innerhalb eines bestimmten Bereichs. Ist die Abweichung zu groß, wird der spurhaltende Kraftaktuator rechtzeitig aktiviert, um den Fehler selbstständig zu korrigieren und die Spur anzupassen. Die Umlaufbahn des Hubble-Teleskops ist um mehr als 30 Kilometer gesunken. Man geht davon aus, dass das Triebwerk zur Aufrechterhaltung der Umlaufbahn nicht mehr funktioniert, möglicherweise weil der Treibstoff ausgegangen ist oder das Triebwerk feststeckt. Die konkrete Ursache kann das Bodenteam erst nach der Analyse einer großen Menge historischer Telemetrieparameter ermitteln.

Unter Berücksichtigung dieser Schwierigkeiten wird geschätzt, dass die Operation der Dragon-Raumsonde zur Anhebung der Umlaufbahn des Hubble-Teleskops möglicherweise erst im Jahr 2028 durchgeführt werden kann.

Beseitigung des Mülls und Rettung des Raumschiffs

Wenn die Dragon-Raumsonde die Lebensdauer des Hubble-Teleskops tatsächlich verlängern kann, würde die NASA enorme wirtschaftliche Vorteile daraus ziehen - ganz zu schweigen davon, dass das Hubble-Teleskop selbst 1,5 Milliarden Dollar wert ist (das war der Wert des US-Dollars im Jahr 1990, bevor er in überhöhter Auflage ausgegeben wurde). Zuvor hatte die NASA geplant, Hubble vor 2030 sicher und kontrolliert aus der Umlaufbahn zu holen. Der dafür erforderliche Aufwand und die Kosten sind vorstellbar. Und was noch wichtiger ist: Von dieser Mission werden gute Nachrichten für die Beseitigung des Weltraumschrotts erwartet.

Hubble-Weltraumteleskop

Durch die zunehmende Zahl von Weltraumstarts und Weltraumtests sammelt sich in der erdnahen Umlaufbahn eine große Menge Weltraummüll an, der von Zeit zu Zeit zu „Weltraumkollisionen“ führt und die Sicherheit von Raumfahrzeugen gefährdet. Wenn große Raumfahrzeuge in erdnahen Umlaufbahnen wie das Hubble-Weltraumteleskop erfolgreich gerettet werden können, wird dies zweifellos neue kommerzielle Luft- und Raumfahrtkräfte dazu ermutigen, in die Bereiche der Beseitigung von Weltraummüll sowie der Versorgung und Rettung von Raumfahrzeugen einzusteigen.

Zuvor hatten einige ausländische kommerzielle Luft- und Raumfahrtunternehmen verschiedene Pläne zur Beseitigung von Weltraummüll vorgeschlagen: Einige planen die Verwendung eines großen, aus hochfesten Fasern gewebten Netzes, um eine große Menge Weltraummüll abzufangen; Einige planen den Einsatz von Lasersendern mit höherer Leistung, um die kleinen Weltraumschrottstücke durch die Hitze zu schmelzen oder sie in eine weiter entfernte Umlaufbahn zu „schleudern“. Einige schlagen vor, Weltraumroboter zu entwickeln, die Weltraumschrott mithilfe von Roboterarmen festhalten oder Superklebstoffe verwenden, um ihn festzuhalten. Andere wiederum wollen dem Weltraumschrott „Flügel“ verleihen, also eine faltbare Folie auf den Markt bringen, die sich nach dem Andocken an den Weltraumschrott entfaltet und diesen mit sich reißt.

Mit dem technologischen Fortschritt und den Fortschritten in den Experimenten haben sich kostenbewusste kommerzielle Luft- und Raumfahrtunternehmen dazu entschlossen, „noch einen Schritt weiter“ zu gehen, da sie der Ansicht sind, dass es Verschwendung wäre, Weltraumschrott zu zerstören oder in eine Friedhofsumlaufbahn zu befördern. Stattdessen wäre es besser, ausgediente Raumfahrzeuge durch die Zugabe von Treibstoff wiederzubeleben oder hochwertige Materialien aus Weltraumschrott zu recyceln und im Orbit zu verarbeiten.

Am 25. Februar 2020 dockte das Lebensverlängerungsfahrzeug MEV-1 erfolgreich an einen Satelliten an, der kurz vor dem Ende seiner Lebensdauer stand, sodass der Satellit noch weitere fünf Jahre seinen Betrieb fortsetzen konnte. Danach ging der Dienst zur Verlängerung der Lebensdauer im Orbit in die Phase des Normalbetriebs über.

Einige kommerzielle Luft- und Raumfahrtunternehmen sind ehrgeiziger und geben sich mit einem Eins-zu-eins-Service nicht zufrieden. Stattdessen planen sie den Bau von „Weltraumtankstellen“. Ausgehend vom Konzept eines kubischen Satelliten verwendete das Forschungsteam eine Fachwerkstruktur als Hauptkörper, platzierte auf beiden Seiten mehrere kubische Treibstofftanks in Satellitengröße und installierte am Ende einen Andockmechanismus, um die Wiederauffüllung von Satelliten mit unzureichendem Treibstoff im Orbit zu erleichtern.

Da Raumfahrzeuge immer mehr Umlaufbahnen nutzen, werden zukünftige „Weltraumtankstellen“ wahrscheinlich weit verbreitet sein, in niedrigen Erdumlaufbahnen, in der Mondumlaufbahn und sogar noch weiter entfernt auf dem Weg der Erforschung des Weltraums.

Am 25. Mai dieses Jahres flog die kommerzielle Nutzlast „Mars Outpost Demonstration-1“ ins All und demonstrierte das sichere und effiziente Schneiden von Metallblechen im Orbit. Das Material dieser Bleche war dasselbe wie das Gehäuse der Oberstufe der Vulcan-Centaur-Rakete, die ihren Jungfernflug noch nicht absolviert hat. Offensichtlich versuchen kommerzielle Luft- und Raumfahrtunternehmen, im Weltraum „nach Gold zu schürfen“, hochwertige Materialien zu beschaffen und in Zukunft möglicherweise sogar Raumfahrzeugkomponenten im Orbit herzustellen, um den Druck bei Start und Versorgung zu verringern.

Auch die kommerzielle Raumfahrt hat ein Nationalteam

In den letzten Jahren hat der kommerzielle Weltraumtourismus die Aufmerksamkeit vieler nichtamtlicher Personen auf sich gezogen. Im Jahr 2021 haben Virgin Galactic und Blue Origin sukzessive den suborbitalen Tourismus realisiert. Am 16. September 2021 gelang SpaceX der erste rein zivile Orbitaltourismus, bei dem vier Weltraumtouristen in eine Umlaufbahn in 550 Kilometern Höhe gebracht wurden, um dort drei Tage lang die Erde zu umkreisen. Mittlerweile erhalten Touristen Eintritt zur Internationalen Raumstation und es sind Weltraumspaziergänge geplant. Kommerzielle Luft- und Raumfahrtunternehmen haben sogar eine Reihe von Raumstationen oder Weltraumlabors mit dem Ziel geplant, Gewinne zu erzielen. Da die Kosten für den Weltraumtransport in Zukunft weiter sinken, ergeben sich für den Weltraumtourismus große Aussichten.

Da die Technologie für bemannte Starts kommerzieller Luft- und Raumfahrtunternehmen immer ausgereifter wird, kaufen manche Nationalteams, Umweltschutzorganisationen usw. einfach kommerzielle bemannte Raumfahrtdienste.

Vor Kurzem hat Axiom Space Kooperationsabkommen für die kommerzielle bemannte Raumfahrt mit den Vereinigten Arabischen Emiraten, der Türkei, Kanada, Saudi-Arabien und anderen Ländern abgeschlossen und bereitet sich darauf vor, Astronauten aus mehreren Ländern ins All zu schicken.

Berichten zufolge wird im Jahr 2023 ein Astronaut aus den Emiraten zur Internationalen Raumstation reisen, um dort eine Langzeitflugmission durchzuführen. Saudi-Arabien hat ein Astronauten-Trainingsprogramm gestartet, um Astronauten auf die Teilnahme an weltraumwissenschaftlichen Experimenten, gemeinsamen Forschungsarbeiten mit internationalen Partnern oder eigenständigen Flügen vorzubereiten, und plant, im Jahr 2023 zwei Astronauten zur Internationalen Raumstation zu schicken. Seit der Gründung der türkischen Raumfahrtagentur im Jahr 2021 ist geplant, im Jahr 2023 seinen ersten Astronauten ins All zu schicken und zum Gedenken an den 100. Jahrestag der Staatsgründung der Türkei sieben bis zehn Tage auf der Internationalen Raumstation zu leben und zu arbeiten.

Tatsächlich ist dies nicht überraschend. Schließlich ist die offizielle Besatzung der USA, Russlands, Europas und Japans zur Internationalen Raumstation bereits an Bord des bemannten Raumschiffs Dragon von SpaceX gegangen. Ich bin davon überzeugt, dass kommerzielle Luft- und Raumfahrtunternehmen künftig mehr Aufträge von nationalen Teams erhalten werden. (Autor: Wen Xin, Li Xiang, Niu Ruoyu)