Bau von Raumstationen: Mit Menschen im Himmel ist es einfacher, Dinge zu erledigen

Am 5. Juni um 20:50 Uhr betraten die Astronauten der Shenzhou 14-Crew Chen Dong, Liu Yang und Cai Xuzhe nacheinander das Kernmodul Tianhe und begannen damit offiziell eine sechsmonatige Langzeitaufenthaltsflugmission. „Shenzhou 14“ ist die erste bemannte Flugmission während der Bauphase der Raumstation meines Landes. Während der sechsmonatigen Flugmission werden die Astronauten das Wentian-Labormodul und das Mengtian-Labormodul zusammenbauen und schließlich die Baumission der T-förmigen Raumstation abschließen. Daher werden die drei Astronauten in der Raumstation anspruchsvolle Arbeitsbedingungen und viel Arbeit vorfinden. Welche Art von Arbeit werden Astronauten also während der Bauphase einer bemannten Raumstation verrichten?

Schematische Darstellung der Raumstation Tiangong nach ihrer Fertigstellung

Astronauten im Stationsbau sind unersetzlich

Bei den in der Anfangszeit von Menschen gebauten Raumstationen, wie etwa der „Saljut“-Serie der Sowjetunion oder dem „Skylab“ der USA, handelt es sich allesamt um Einkabinen-Raumstationen, die mit einer Rakete in einem einzigen Rutsch in die Umlaufbahn gebracht werden konnten. Obwohl der Bauprozess im Weltraum nicht allzu kompliziert ist, spielen Astronauten dennoch eine unersetzliche Rolle.

Nehmen Sie Skylab als Beispiel. Während der ersten bemannten Mission versuchten das bemannte Apollo-Raumschiff und Skylab 2 mehrere Male, anzudocken. Alle Versuche scheiterten jedoch, da die Erfassungssperre der Andockschnittstelle des Raumschiffs fehlschlug. Die Astronauten mussten Außenbordanzüge anziehen und die Kabine verlassen, um einige Reparaturarbeiten durchzuführen, bevor das Raumschiff erfolgreich an Skylab andocken konnte.

Raumstation Skylab

Obwohl moderne bemannte Raumfahrzeuge ausgereift und zuverlässig sind, sind einige Unfälle immer noch unvermeidlich. Als das russische Raumschiff Sojus im Jahr 2004 an der Internationalen Raumstation andockte, war die relative Geschwindigkeit zu hoch und es musste auf manuelles Rendezvous und Andocken umgestellt werden. Dies ist ein Beweis dafür, dass Astronauten während des Aufbauflugs zur Station immer noch als „stabilisierende Kraft“ benötigt werden.

Darüber hinaus erfordern moderne Raumstationen mit mehreren Modulen und Fachwerken den mehrfachen Einsatz von Raketen, um jedes Modul in den Weltraum zu befördern und sie dann im Orbit anzudocken und zu einer vollständigen Raumstation zusammenzusetzen.

Während des Bauprozesses muss die Raumstation mit der Ankunft neuer Module zahlreiche Rendezvous- und Andockmanöver sowie Modultransferaufgaben durchführen. Astronauten müssen nicht nur den Status der Raumstation und der sie besuchenden Raumfahrzeuge überwachen, sondern bei Bedarf auch manuelle Rendezvous- und Andockmanöver in Echtzeit durchführen oder große Roboterarme bedienen, um manuelle Modultransfers durchzuführen.

Nachdem das neue Modul angedockt ist, werden die Astronauten einziehen und den Innenraum dekorieren. Im Allgemeinen sind lange Installations- und Fehlerbehebungsarbeiten im Orbit erforderlich.

Einerseits ist es notwendig, die verschiedenen Funktionen der Raumstationsschnittstelle zu überprüfen und zu überwachen, um sicherzustellen, dass alle elektrischen und hydraulischen Funktionen angeschlossen sind und normal funktionieren, Netzwerkverbindungsarbeiten zwischen den beiden Abteilen durchzuführen und die langfristige Abdichtung des Andockmechanismus zu überwachen.

Andererseits sollen früher oder später gelieferte Materialien, Werkzeuge und Geräte für die Anpassung des neuen Abteils oder die Installation von Geräten verwendet werden. Daher haben die Astronauten beim Bau der Raumstation alle Hände voll zu tun.

Auf Außenbordausrüstung kann ich nicht verzichten

Während der Bauphase der Raumstation spielen die Montagearbeiten der Astronauten außerhalb des Fahrzeugs eine entscheidende Rolle. Nachdem die amerikanischen Astronauten beispielsweise das „Skylab“ des bemannten Apollo-Raumschiffs betreten hatten, installierten sie zunächst einen neuen Hitzeschild, verließen dann die Kabine und klappten mit großer Sorgfalt die Solarpaneele auf einer Seite aus. Daher ist die Teilnahme von Astronauten an den Montagearbeiten außerhalb des Fahrzeugs für die Raumstation erforderlich.

Da Raumstationen immer komplexer werden, müssen Astronauten immer mehr Außenbordarbeiten verrichten. Insbesondere das von den USA in den 1980er Jahren vorgeschlagene Projekt der Raumstation Freedom war in hohem Maße von der Montagearbeit der Astronauten außerhalb des Fahrzeugs abhängig.

Ein Bild der von den Vereinigten Staaten vorgeschlagenen Raumstation Freedom

Da es sich bei Freedom um eine riesige Raumstation mit Doppelkielfachwerk handelt, müssen die Astronauten während der Bauphase die Kabine verlassen, um zahlreiche Montage- und Wartungsarbeiten durchzuführen. Nach damaliger Einschätzung der NASA wäre es für die Fertigstellung des Baus der Raumstation erforderlich gewesen, dass die Astronauten die Kabine verlassen und Hunderte von Missionen durchführen würden. Aus verschiedenen Gründen gelangte die „Freedom“ jedoch nie in die Bauphase und blieb letztlich nur auf dem Papier bestehen.

Als Nachfolger der Freedom kann die aktuelle Internationale Raumstation, obwohl sie keine Fachwerkkonstruktion ist, als „Hybrid“ aus der späteren Einkielkonfiguration der Freedom und der sowjetisch-russischen Raumstation Mir angesehen werden. Wenn man den letzten Flug des US-Space Shuttles im Jahr 2011 als Zeichen dafür nimmt, dass die Internationale Raumstation ISS im Wesentlichen fertiggestellt ist, führten die Astronauten während der Bauzeit der Internationalen Raumstation insgesamt 159 Außenbordeinsätze durch und waren somit maßgeblich am Aufbau der Raumstation beteiligt.

Was genau machen Astronauten während der Bauphase der Raumstation, wenn sie das Raumschiff verlassen? Während der Mission „Shenzhou 13“ meines Landes verließen die Astronauten die Kabine und hoben die Kamera aus dem Tianhe-Kernmodul. Im Rahmen der Mission „Shenzhou 14“ werden außerdem zwei bis drei Außenbordeinsätze durchgeführt. Zukünftig könnten die auf dem Kernmodul installierten Solarmodule an die beiden Enden der beiden Experimentalmodule übertragen werden. Dabei handelt es sich um komplexe Aufgaben, für deren Ausführung die Astronauten die Kabine verlassen müssen.

Die Internationale Raumstation ist eine Fachwerkkonstruktion und ein komplexes Projekt, das von mehreren Ländern gemeinsam umgesetzt wird. Während der Bauphase verließen die Astronauten die Kabine, um eine riesige Fachwerkstruktur, Solarzellenflügel und das mobile Servicesystem des kanadischen Roboterarms zusammenzubauen, zahlreiche Außenbordeinrichtungen und wissenschaftliche Versuchsnutzlasten für das US-amerikanische Labormodul Destiny, das japanische Labormodul Hope und das europäische Labormodul Columbus zu installieren und außerdem den Steuerdrehmomentkreisel und die Batterien auszutauschen.

Im Jahr 2021 führten russische Astronauten zwei Außenbordeinsätze durch, um Kabel auf der Internationalen Raumstation zu verbinden und die Ankunft des Wissenschaftslabormoduls zu begrüßen.

Im Juli 2021, nachdem das Wissenschaftslabormodul gestartet und erfolgreich an die Internationale Raumstation angedockt worden war, führten russische Astronauten mehrere Außenbordaktivitäten durch und führten Inspektions- und Installationsaufgaben im Orbit durch, beispielsweise an Roboterarmen, Luftschleusen, zusätzlichen Kühlern und Vorrichtungen für die Außenbordnutzlast.

Ich bin der Einzige, der eine Notfallrettung durchführen kann

Obwohl der Mensch im Weltraum sehr verwundbar ist, handelt es sich bei der Raumstation um ein komplexes und hochentwickeltes System, das nicht nur Astronauten erfordert, die es während der Bauphase im Orbit zusammenbauen und warten, sondern bei einem Ausfall auch Notfallrettungsdienste leisten müssen.

Bei bemannten Weltraummissionen stehen Menschenleben auf dem Spiel. Daher erstellen die Forscher vor der Durchführung jeder Mission verschiedene Pläne. Notfälle im Weltraum fallen jedoch normalerweise in die Kategorie „unerwartet“. Wenn beispielsweise das Computersteuerungssystem der Raumstation plötzlich ausfällt, ein Feuer oder ein Fehlalarm im bemannten Druckraum auftritt, ein unbekanntes Gas in der Kabine auftritt oder ein Gasleck entdeckt wird usw., müssen die Astronauten sofort Entscheidungen treffen und die Situation bewältigen.

Generell gilt: Wenn eine solche anormale Situation eintritt, wird es für das herkömmliche Steuerungssystem einer Raumstation schwierig sein, die optimale Lösung bereitzustellen. Es kann sogar sein, dass das Problem selbst gelöst werden muss. Derzeit können sich nur die Astronauten auf ihr eigenes Wissen und ihre eigene Erfahrung verlassen, um das Problem zu lösen, und nur die Astronauten auf der Raumstation können entsprechend der Gegebenheiten vor Ort Urteile fällen und mit der Situation umgehen. Ohne die subjektive Initiative der Astronauten zur Bewältigung von Notfällen wäre es schwierig, diese unerwarteten Ereignisse zu bewältigen.

Während der Bauphase der Raumstation wurden die verschiedenen Subsysteme nicht über einen längeren Zeitraum getestet und sind anfällig für verschiedene Probleme. Die Notfallrettung ist die schwierigste Aufgabe, die den Astronauten am meisten abverlangt, und es ist auch eine Situation, in der nur Astronauten für diese Aufgabe geeignet sind.

Die russische Raumstation Mir hat zwei schwere Krisen erlebt, und jedes Mal spielten die Astronauten eine unersetzliche Rolle. Im Februar 1997 brach auf der Raumstation Mir ein Feuer aus. Die Kabine war mit beißendem Rauch gefüllt und die Astronauten konnten ihre Hände vor Augen nicht sehen. Sie nahmen den Feuerlöscher von der Wand, um die Flammen zu löschen, passten dann die Luftzusammensetzung an und reparierten einige der beschädigten Geräte.

Die Raumstation Mir im Weltraum

Darüber hinaus wurde die „Mir“ von der Frachtraumsonde Progress getroffen, wodurch die Solarpaneele beschädigt wurden und ein großes Loch im Spektralmodul entstand, wodurch die Raumstation keinen Strom mehr hatte und außer Kontrolle geriet. Glücklicherweise schlossen die Astronauten umgehend die Luke, durchtrennten die Kabel an der Luke und nutzten den Motor des Raumfahrzeugs zur anfänglichen Lagekontrolle, wodurch die „Mir“ wieder zum Leben erweckt wurde.

Diese Beispiele von Notfallrettungen aus Raumstationen beweisen, dass Astronauten beim Bau von Raumstationen eine wichtige Rolle spielen.