Expedition 23

Die Mission der ISS-Expedition 23

Autor: Ralf Möllenbeck & Günther Glatzel & Thomas Weyrauch.

Mit dem Abkoppeln von Sojus-TMA 16 endete offiziell die Mission der Expedition 22 und die ca. zweieinhalbmonatige Mission der Expedition 23 begann zunächst in der Besetzung Oleg Kotow, Timothy Creamer und Sōichi Noguchi. In den ersten Tagen folgten hauptsächlich die Vorbereitungsarbeiten für die Ankunft der nächsten beiden bemannten Raumfahrzeuge Sojus-TMA 18 und Discovery. Allerdings standen auch alltägliche Aufgaben wie Wartung der Systeme, Fitnessübungen und Betreuung der Forschungsexperimente auf dem Plan.

Schwierigkeiten machte die erneut defekte Abwasseraufbereitungsanlage der Station. Wegen eines Temperaturproblems am Katalysator war sie ausgefallen. Spezialisten am Boden arbeiteten daran, das Problem zu beheben und das Water Processor Assembly (WPA) genannte System wieder in Funktion zu bringen. Da aber ausreichend Wasservorräte auf der ISS vorhanden waren, konnte man mit entsprechender Sorgfalt vorgehen.

Am 24. März fand wie geplant eine weitere Bahnanhebung durch den unbemannten Frachttransporter Progress-M 04 statt, welcher am hinteren Port des Servicemoduls Swesda angekoppelt war.

Die acht Kopplungs- und Orientierungstriebwerke des Transportraumschiffes wurden um 9:15 Uhr UTC aktiviert, arbeiteten sieben Minuten und fünf Sekunden und verbrauchten dabei 142 kg Treibstoff. Das Manöver hob die ISS um 1,7 km auf eine mittlere Bahnhöhe von 348 km an. Damit wurde die Umlaufbahn der ISS für die beiden nächsten ankommenden Raumfahrzeuge optimiert.

Am 27. März sah das wöchentliche Programm der Besatzung auch die gründliche Stationsreinigung, einschließlich der Module Columbus und Kibo, mit einer Dauer von drei Stunden vor. Diese schloss die Beseitigung von Nahrungsmittelabfällen, die Reinigung mit dem Staubsauger, die feuchte Reinigung des Esstisches im Servicemodul und anderer oft berührter Oberflächen ein. Weiterhin wurden die Schlafstationen mit einer Standardreinigungslösung behandelt und die Lüftungsschlitze von Bildschirmen und Anlagen gesäubert, um Überhitzungen zu vermeiden.

Das Raumschiff Sojus-TMA 18 startete am 2. April, 5:05 Uhr UTC mit Alexander Skworzow, Tracy Caldwell-Dyson und Michail Kornijenko an Bord vom Kosmodrom Baikonur aus. Es koppelte am 4. April an der Internationalen Raumstation an, seine Besatzung bildete den zweiten Teil der ISS-Expedition 23. Damit hatte die Station wieder eine sechsköpfige Stammcrew, erstmals mit drei russischen Kosmonauten. Forschungen konzentrierten sich auf die Bereiche Lebenswissenschaften (Biologie, Medizin), Physik, Erderkundung und Technologieerprobung.

Wenige Tage später, am 5. April startete die US-Raumfähre Discovery in Cape Canaveral und koppelte am 7. April gegen 7:44 Uhr UTC über der Nachtseite der Erde am Bug der Internationalen Raumstation an. Gesteuert wurde die Raumfähre dabei vom Kommandanten Alan Poindexter. Die Discovery mit siebenköpfiger Besatzung trug im Laderaum etwa 14,1 Tonnen Fracht. Dazu gehörten das Logistikmodul Leonardo, in dessen Innerem sich Express Rack 7 mit dem vierten Crew-Quartier, der Forschungs- und Trainingskomplex Muscle Atrophy Research and Exercise System (MARES), die Gefriereinheit Minus Eighty Laboratory Freezer 3 (MELFI 3) und die Montageeinheit für Beobachtungsgeräte Window Observational Research Facility (WORF) befanden sowie eine Außenplattform mit einem Kühlmitteltank. Im Mitteldeck wurden außerdem zahlreiche empfindliche Proben für Experimente transportiert, u. a. für Mouse Immunology, Space Tissue Loss, NLP-Vaccine-8, BRIC-16, APEX Cambium, ESA ECCO, JAXA 2D Nano Template, JAXA Myo Lab, JAXA Neuro Rad und SLEEP.

Neben dem Frachttransfer gehörten drei Außenbordeinsätze zu den wichtigsten Aufgaben der STS-131-Crew. In deren Verlauf wurde ein leerer Kühlmitteltank (Ammonia Tank Assembly) auf der Steuerbordseite der 108 Meter langen Gitterstruktur durch einen neuen aus der Ladebucht der Discovery ausgetauscht, ein defektes Gyroskop im Gitterelement S0 gewechselt, sowie eine Arbeitsplattform und Werkzeuge an der Außenseite von Quest installiert. Allerdings bestanden zunächst Probleme mit einem klemmenden Ventil für einen Stickstofftank (Nitrogen Tank Assembly) eines externen Kühlsystems der ISS. Der gasförmige Stickstoff soll das flüssige Kühlmittel unter Druck setzen, was zunächst nicht gelang.

Insgesamt wechselten während der Mission STS 131 7,6 Tonnen Nutzlast von der Raumfähre in oder an die Station. Die Stationsbesatzung übernahm einen Großteil der Transportarbeiten und unterstützte die Shuttle-Crew bei ihren weiteren Aktivitäten. Die Discovery koppelte am 17. April ab und landete einige Tage später auf der Erde.

Am 22. April verließ auch das Frachtraumschiff Progress-M 03M die ISS, verblieb aber noch einige Tage für Plasmaexperimente in einer Erdumlaufbahn. Am Folgetag wurden die Treibwerke von Progress-M 04M für 20 Minuten und 46 Sekunden gezündet, was zu einer Anhebung der ISS-Bahn um 5,2 km führte.

Das supraleitende Submillimeterwellen-Signalgeber-Experiment, auf Englisch als SMILES für Superconducting Submillimeter-Wave Limb-Emission Sounder abgekürzt, ist eines der an der japanischen Außenplattform JEF (für Japanese Exposed Facility) angebrachten Erderkundungsexperimente. SMILES diente seit Beginn des Regelbetriebs des Instruments am 7. November 2009 der Messung der weltweiten Verteilung von beim Ozonabbau eine Rolle spielenden Spurengasen in der Stratosphäre. Im 640-GHz-Band hat SMILES in Höhen zwischen 10 und 60 Kilometern nach Substanzen wie O₃, HCl, ClO, HO₂, H₂O₂, HOCl, BrO, HNO₃ und SO₂ gesucht. Die Anlage mit einer Masse von 329 kg benutzte einen Cryostaten, um Teile des Systems auf sehr niedrigen Temperaturen halten zu können. Unterschiedliche Komponenten des Empfängers für die Submillimeterwellen wurden auf drei verschiedenen Temperaturniveaus von 4, 20 und 100 Kelvin betrieben. Zum Zwecke der Abschirmung gegen von der ISS ausgehende elektromagnetische Strahlung hatte man die Seitenwände von SMILES entsprechend ausgeführt.

SMILES wurde am 10. September 2009 an Bord des japanischen Transportschiffs HTV 1 in den Weltraum gebracht, das am 17. September 2009 die ISS erreichte. Sieben Tage später kam der japanische Roboterarm JEM-RMS (Japanese Experiment Module – Remote Manipulator System) zum Einsatz, um SMILES an der JEF anzusetzen. Nach 222 Tagen in Funktion endete der Beobachtungsbetrieb von SMILES am 21. April 2010.

Für die Langzeitbesatzung 23 standen in dieser Zeit viele Routinearbeiten aber auch einige Umbauten auf dem gut gefüllten Zeitplan. Es wurden Experimente betreut, die wöchentliche Grundreinigung der Station erledigt, Meetings mit der Bodenstation abgehalten und die turnusmäßige Feuerlöschübung durchgeführt. Diese Übung muss jede Besatzung immer wieder trainieren, um im Falle eines Brandes oder einer Rauchentwicklung schnell reagieren zu können. Ein Feuer, entstehender Rauch oder das Freiwerden von schädlichen Gasen gehört in der Raumstation mit zu den gefährlichsten Szenarien, das im schlimmsten Fall eine Evakuierung der Station erfordern würde.

In Vorbereitung auf die Ankunft des unbemannten Transportschiffes Progress-M 05M machten sich Kommandant Oleg Kotow und Flugingenieur Alexander Skworzow erneut mit dem russischen System TORU vertraut. Mit TORU ist es möglich, den Anflug von Progress-Raumschiffen zu verfolgen und bei Problemen mit dessen automatischem KURS-Annäherungssystem per Handsteuerung anzudocken. Am 28. April startete der Frachter Progress-M 05M zur Station und koppelte zwei Tage später an. Unter den 2.588 kg Fracht befanden sich 870 kg Treibstoffe, 50 kg Sauerstoff und 100 kg Wasser in Behältern des Versorgers. 1.318 kg Nutzlast, darunter Nahrungsmittel, Ausrüstungen, Verbrauchsmaterialien, Borddokumentationen und persönliche Pakete für die Besatzung.

Auch für die nächste amerikanische Mission (STS 132) wurden vorbereitende Tätigkeiten durchgeführt. T. J. Creamer begann damit, die amerikanischen Weltraumanzüge (EMU) in der Luftschleuse Quest zu warten und deren Batterien zu laden. Weiterhin wurde eine der beiden Bedienstationen (Robotic-Workstation) des Manipulatorarmes (SSRMS) im Destiny-Modul ausgebaut, nach Cupola transferiert und dort wieder eingebaut. Die erste Nutzung dieser Robotic-Workstation soll im Mai während STS 132 erfolgen, um das neue russische Modul Rasswjet (MIM 1) an der ISS anzusetzen.

Das Laufband COLBERT wurde Ende April aus dem Knotenmodul Harmony ins Knotenmodul Tranquility verlegt. Der Ein- und Ausbau dauerte mehrere Tage und wurde hauptsächlich von Alexander Skworzow, Tracy Caldwell-Dyson und Sōichi Noguchi ausgeführt. Leider konnte das Laufband zunächst nicht wieder in Betrieb genommen werden, da die abschließende Fotodokumentation zu kleine Abstände zu den benachbarten Modulteilen zeigte. Die Mindestabstände von einem ¾ Zoll wurden an der Spitze und dem Boden des Gestells unterschritten. Problemlos konnte dagegen die dritte neue Schlafkabine (Crew Quarter) im Knotenmodul Harmony in Betrieb genommen werden. Diese wurde während der letzten Mission STS 131 von der Discovery geliefert und war dann von der Start-Konfiguration in die On-Orbit-Konfiguration gebracht worden. Als „Erstbewohner“ bezog Michail Kornijenko diese permanente Schlafstation.

Außerdem konnte die Crew der ISS etwas Freizeit genießen, ging weiteren Fitnessübungen nach und nutzte die Gelegenheit, um einige Erdbeobachtungs- und Fotodokumentationen zu erstellen. Erfasst wurde u.a. Johannesburg in Südafrika, welches der Besatzung als Ziel für Fotos vorgeschlagen worden war. Währenddessen wurde vermeldet, dass ein verklemmtes Ventil am Stickstofftank (NTA) des Kühlsystems der Station wieder funktionierte. Dies wurde durch das „Cold Soaking“, ein Verfahren aus Abkühlung und Druckerhöhung im Ventil, unter Nutzung des Winkels der derzeitigen Bahn der ISS erreicht. Der Stickstoff wird für den Druckaufbau im Ammoniakkreislauf verwendet, der für die Kühlung der Station sorgt.

Viele Experimente und Forschungsreihen bedurften auch im Mai einer fortlaufenden Betreuung durch die Besatzung. Tracy Caldwell-Dyson widmete sich mehrere Stunden einem Experiment zur Erzeugung von sterilem Wasser, welches den Anforderungen zur medizinischen Nutzung während Langzeitmissionen im Weltall genügt. Alexander Skworzow, Michail Kornijenko, T. J. Creamer und Sōichi Noguchi transportierten das Experiment Matrjoschka vom russischen Segment der Station in das US-basierte, um es im japanischen Labormodul Kibo auf seinen vierten Einsatz vorzubereiten. Matrjoschka ist eine körperrumpfähnliche Vorrichtung, welche mit Strahlungssensoren (Dosimetern) ausgestattet ist, um eine mit dem Menschen vergleichbare Strahlenbelastung zu messen. Das Matrjoschka-Kibo-Experiment ergänzte die bisherigen Forschungsergebnisse der „Strahlenmesspuppe“.

Alexander Skworzow, der am 6. Mai seinen 44. Geburtstag feierte, arbeitete am Rusalka-Experiment, einem Testverfahren, um die Methan- und Kohlenstoffdioxidkonzentrationen in der Erdatmosphäre aus der Erdumlaufbahn zu messen. Kommandant Oleg Kotow verbrachte etwas Zeit mit dem russischen Sonokard-Experiment, das physiologische Funktionen eines Besatzungsmitgliedes während des Schlafes registriert. Bei Sonokard handelt es sich um eine Studie zur Untersuchung der gewonnenen Gesundheitsdaten. Dabei wird ermittelt, ob diese Daten als Basis dienen könnten, die Anpassungsfähigkeit des menschlichen Körpers bei Langzeitflügen zu bewerten und vorauszusagen.

Anfang Mai wurde die „Roboterhand“ Dextre mit dem Stationsarm (SSRMS) zur mobilen Plattform, auch Mobile Base System (MBS) genannt, transportiert. Auf dieser mobilen Plattform, welche auf dem Ausleger (Integrated Truss Structure) läuft, ist Dextre nun bereit für die weitere Ausrüstung seiner Komponenten. Währenddessen gingen Oleg Kotow und T. J. Creamer die Prozeduren zum Fotografieren ankommender Raumfähren während einer 360-Grad-Drehung um die Querachse durch. Diese Drehung (Rendezvous Pitch Maneuver) dient der fotografischen Kontrolle des Hitzeschildes einer Raumfähre.

Sōichi Noguchi beendete den Einbau der Bedienstation (Robotic-Workstation) des Stationsarmes in Cupola. Er löste das Problem mit einem zu kurzen Kabel, indem er einen Handgriff demontierte. Es wurde ein mit Progress-M 05M angeliefertes Datenkabel eingebaut. Außerdem brachte er eine Fußhalterung in Cupola an. Diese soll dem Bediener des Stationsarmes einen sicheren Halt vor der Robotic-Workstation geben.

Auf der ISS befinden sich drei amerikanische Raumanzüge (EMU). Diese wurden von Sōichi Noguchi, T. J. Creamer und Tracy Caldwell-Dyson in der US-Luftschleuse Quest für die Ankunft der Raumfähre Atlantis (STS 132) vorbereitet. Die Anzüge wurden in der Größe angepasst, die Batterien aufgeladen und Wasservorräte vorbereitet. Dabei werden die drei Stationsanzüge nicht unmittelbar zum Einsatz kommen, dienen aber als Ersatz, falls es mit den Shuttle-eigenen Anzügen Probleme geben sollte.

Positive Nachrichten gab es auch von dem nach Tranquility verlegtem Laufband T2/COLBERT. Es zeigte nach seinem ersten Einbau zu geringe Abstände zu den benachbarten Modulteilen. Nun wurde COLBERT neu ausgerichtet und wieder befestigt. Danach konnte es erneut für das tägliche Training der Besatzung freigegeben werden.

Der vor dem Ablegen mit Abfällen beladene Frachter Progress-M 04M verließ am 10. Mai die Raumstation. Zwei Tage später koppelte Sojus-TMA 17 mit seiner Besatzung von Sarja-Nadir ab und nach 27-minütigem Flug am Heck der Station wieder an. Damit wurde der Kopplungsstutzen an der Unterseite von Sarja frei für das neue russische Modul Rasswjet.

Dies traf mit der Raumfähre Altantis am 16. Mai ein und wurde am 18. Mai angekoppelt. Außerdem brachte die Raumfähre tonnenweise Nachschub, darunter 614 kg Materialien für wissenschaftliche Experimente sowie 6 neue Batterien für die Außenseite der Station. Diese wurden im Verlaufe zweier Ausstiege in die Gitterstruktur eingebaut, nachdem die älteren Batterien gelöst und entfernt worden waren. Zusätzlich installiert wurde eine Satellitenantenne mit einem speziellen Ausleger. Sie fungiert als Ersatzsystem für ein bereits auf Z1 montiertes, baugleiches Modell, das seit Jahren im Einsatz ist und der schnellen Daten-, Sprach- und Videokommunikation dient. Während der insgesamt drei Außenbordeinsätze wurden auch Arbeiten am Kühlsystem vorgenommen, eine Werkzeughalterung am Manipulatorsystem Dextre montiert und aufgeräumt. Beim zweiten Ausstieg kam es zu einem Ausfall des primären Kommando- und Steuerungscomputers im US-Teil, der aber durch ein Backupsystem kompensiert werden konnte.

Das neue russische Modul Rasswjet dient als Raum für Forschungen und zur Lagerung verschiedener Materialien. Beim Start war es mit 1,4 t Fracht für die NASA gefüllt und trägt an der Außenseite eine Luftschleuse für Experimente, die 2012 am MLM Naúka montiert werden soll, zwei Mikrometeoritenschutzschilde für Swesda und Ersatzteile für den geplanten ESA-Roboterarm ERA, der an der Außenseite von Naúka stationiert sein wird.

Der Innenraum von Rasswjet wurde anschließend weitgehend für seine zukünftige Nutzung vorbereitet. Neben seiner Funktion als vierter russischer Andockstutzen und der Nutzung als Lagerraum, enthält Rasswjet mehrere Forschungseinrichtungen. In einer Druckabteilung mit acht Arbeitsstationen sind eine Handschuhbox für empfindliche Experimente, zwei Inkubatoren zur Durchführung von Hoch- und Niedrigtemperatur-Experimenten sowie eine spezielle Plattform enthalten. Diese Plattform ist schwingungsdämpfend gelagert, um Versuchsreihen vor Vibrationen der Station zu schützen. Es ist geplant, in diesen wissenschaftlichen Forschungseinrichtungen eine Anzahl von Experimenten aus den Bereichen Biotechnologie, Biowissenschaften, Fluidphysik und Bildungsforschung durchzuführen. Vier dieser acht Arbeitsstationen sind bisher nicht belegt, aber mit mechanischen Adaptern ausgestattet, um weitere wissenschaftliche Nutzlasten in den beweglichen Racks und Borden zu installieren.

In der letzten Maiwoche widmeten Sōichi Noguchi, T. J. Creamer und Kommandant Oleg Kotow einen Großteil ihrer Zeit den Vorbereitungen auf ihren Rückflug zur Erde. Die Raumfahrer gingen mit der russischen Bodenstation die Prozeduren für ihre Rückkehr durch, verpackten persönliche Sachen und säuberten ihre Schlafstationen. Oleg Kotow verstaute ca. 100 Kilogramm Fracht im Sojus-Landemodul und befüllte das Orbitalmodul mit einigen nicht mehr benötigten Gegenständen. Die drei Rückkehrer probierten auch ihre „Kentavr anti-G“-Kleidung an. Diese spezielle Kleidung, bestehend aus Shorts, Gamaschen, Unterhose, Trikot und Socken, wird unter den Sokol-Fluganzügen getragen. Sie soll den Langzeitraumfahrern die Wiederanpassung an die Schwerkraft der Erde erleichtern. Weiterhin wurden die Rückkehrer angewiesen, drei Natriumchlorid-Tabletten mit 300 ml Flüssigkeit zum Frühstück und Mittagessen einzunehmen. Zwei zusätzliche Tabletten werden zu einer Mahlzeit an Bord der Sojus kurz vor dem Verlassen der Umlaufbahn eingenommen.

Am 26. Mai wurde die Bahn der ISS durch ein Bremsmanöver mit den Triebwerken des Frachters Progress-M 05M um 1,5 Kilometer abgesenkt. Damit erreichte man eine Optimierung der Flugbahn für die planmäßige Rückkehr der Besatzung des Raumschiffes Sojus-TMA 17 zur Erde. Damit war auch die Arbeit der ISS-Expedition 23 beendet. Die offizielle Kommandoübergabe von Oleg Kotow an Alexander Skworzow erfolgte am 31. Mai, die Rükkehr zur Erde am 2. Juni 2010.