Orion MPCV – Unterstützende Komponenten

Die Technologie des Orion Multi-Purpose Crew Vehicles, in einer zweiteiligen Artikelreihe. Teil 2: Unterstützende Komponenten.

Ein Beitrag von Martin Knipfer.

Um das kapselförmige Crewmodul (CM) zu unterstützen, verfügt Orion, das neue Raumschiff der US-amerikanischen Luft- und Raumfahrtbehörde NASA, über mehrere zusätzliche Komponenten. Diese sind für die Sicherheit und Schutz während der Startphase, die Versorgung und den Antrieb der Kapsel zuständig. Die Komponenten lassen sich in drei Kategorien einteilen:

1. Das Launch Abort System (LAS)

Das Startabbruchsystem (Launch Abort System, LAS) von Orion soll dieKapsel mit der Besatzung an Bord bei einem Gefahrfall in Sicherheit befördern, wie etwa bei Probleme mit der Trägerrakete. Das LAS kann sowohl dann ausgelöst werden, wenn Orion sich noch auf dem Startplatz befindet, als auch während des Fluges, bis zu einer Höhe von 100 km. Dabei wird die Kapsel des Raumschiffs mithilfe des turmförmigen Startabbruchsystems in sichere Entfernung gebracht:

– Zuerst zündet der etwa 3,5 Tonnen schwere Abortmotor, ein Raketenantrieb von der Firma ATK (Allied Techsystems), der festen Treibstoff verwendet. Er ist in der Lage, innerhalb von Sekundenbruchteilen etwa 1,75 Meganewton Schub zu erzeugen, genügend, um 26 Elefanten in die Luft zu heben. Er arbeitet mit einer sogenannten “turn flow”-Technologie, bei der sich der Abgasstrahl zunächst nach oben bewegt, um dann nach unten durch vier Düsen abgelenkt zu werden. So kann er dafür sorgen, dass der LAS-Turm Orion in den Himmel von der Gefahrenquelle weg zieht.

– Um die Flugbahn dieses Fluges zu stabilisieren, ist am oberen Ende des LAS-Turms unterhalb der kegelförmigen Spitze der etwa 750 Kilogramm schwere Attitude Control Motor, ebenfalls von ATK, angebracht. Er verbrennt in einem Gasgenerator festen Treibstoff, die Abgase können aus 8 waagerecht angebrachten Ventilen gleichmäßig abgegeben werden. Diese Ventile sind waagerecht angebracht, sodass der Attitude Control Motor eine Kraft von über 300 Kilonewton seitlich abgeben kann. Der Attitude Control Motor verfügt über eine eigene Stromversorgung und eine elektronische Kontrolleinheit, die mit den Computern des Crewmoduls verbunden ist.

– Nachdem der Startabbruch erfolgt ist, muss der LAS-Turm natürlich von der Kapsel getrennt werden, damit Orion sicher landen kann. Das gilt natürlich auch, wenn der Flug ins All erfolgreich verlaufen ist und der LAS-Turm dann nicht mehr benötigt wird. Um sich selbst von dem restlichen Raumschiff wegzubefördern, verfügt der LAS-Turm über den sogenannten Jettison-Motor. Dieser 410 kg schwere Feststoffmotor wird von der Firma Aerojet hergestellt.

All diese Feststoffmotoren sind in dem LAS-Turm über- und untereinander angeordnet. Dieser Turm besteht aus CfK-Materialien, misst etwa einen Meter im Durchmesser, wiegt beim Start etwa 7.650 kg (abzüglich des Gewichts der Feststoffmotoren) und ist über dem kapselförmigen Crewmodul von Orion angebracht. Das LAS ist mit ihm durch sechs Haltestange verbunden, deren Verbindung vor der Zündung des Jettinson Motors gekappt wird.

2. Das Europäische Servicemodul (ESM)

Orions zylinderförmiges Servicemodul soll das Crewmodul unterstützen. Zum Einen soll es für den Antrieb von Orion zuständig sein. Dazu verfügt es über ein AJ-10 Haupttriebwerk von Aerojet mit einem Schub von 26,7 Kilonewton. Es kam bereits bei den Apollo-Raumschiffen und dem Space Shuttle zum Einsatz. Zur Lageregelung und als Backup dieses Triebwerks existieren 8 kleinere, je 490 Newton starke Triebwerke. Zur Lageregelung gibt es ferner noch über 20 kleine Steuertriebwerke mit je 220 Newton Schub. Alle diese Triebwerke verwenden Diergole als Treibstoffe, die bereits bei bloßem Kontakt miteinander reagieren. Der Treibstoff wird in vier zylindrischen Titan-Tanks aufbewahrt, die je 100 kg wiegen, 2,67 Meter in der Länge und 1,15 Meter im Durchmesser messen. Außerdem versorgt das Servicemodul das Crewmodul mit Strom. Dafür verfügt es über vier ausklappbare Solarpaneele, die in X-Form angeordnet sind und eine Spannweite von etwa 18 Metern haben. Diese Solarpaneele werden über fast 15.000 einzelne Solarzellen aus Gallium-Arsenid verfügen und dazu in der Lage sein, 11 Kilowatt an elektrischer Leistung zu produzieren. Um die strukturellen Belastungen während Beschleunigungsphasen zu minimieren, können die Paneele nach vorne und nach hinten geklappt werden. Sie sind dazu in der Lage, 30 % der Sonnen- in elektrische Energie umzuwandeln. Des Weiteren sind in dem Servicemodul Tanks für Sauerstoff, Stickstoff und Wasser sowie Systeme zur Thermalkontrolle untergebracht. Das Servicemodul wird 4,5 Meter im Durchmesser und 2,7 Meter in der Länge messen, wiegt beim Start etwa 15.460 kg und wird unterhalb des unteren Hitzeschildes des Crewmoduls angebracht sein. Mit einem wegklappbaren Adapter ist es mit der Kapsel verbunden.

Die wohl größte Besonderheit dieser Komponente ist es, dass sie aus Europa stammen wird. Die europäische Weltraumagentur ESA muss bei der NASA die Kosten begleichen, die durch den Betrieb der Internationalen Raumstation ISS von 2017 bis 2020 bei ihr anfallen. Anstatt der NASA den geforderten Betrag zu zahlen, hat sich die ESA dazu entschlossen, das Servicemodul für Orion zu liefern. So kann auch gleichzeitig Know-How erhalten werden, das durch die Entwicklung, den Bau und Betrieb des inzwischen eingestellten europäischen Raumtransporters ATV gewonnen wurde. Für die Lieferung dieses Servicemoduls existiert ein Vertrag der ESA über 390 Millionen Euro mit dem Unternehmen Airbus Defence and Space, die Endmontage des Servicemoduls wird wahrscheinlich in Bremen geschehen. Der Vertrag sieht jedoch nur die Lieferung eines einzelnen Servicemoduls vor, danach geht der Großteil der Konstruktionspläne an die NASA über.

3. Verkleidungen und Adapter

Um das Service- und das Crewmodul während des Starts zu beschützen und mit der restlichen Rakete zu verbinden, verfügt Orion über mehrere Verkleidungen und Adapter. Der Adapter. Er sorgt für eine strukturelle und elektrische Verbindung des Servicemoduls von Orion mit der Oberstufe der Trägerrakete und wiegt 510 kg. Oberhalb dieses Adapters liegt das Servicemodul, das während des Starts vor Hitze, Wind und akustischen Belastungen beschützt werden muss.

Dafür existieren drei gewölbte Verkleidungspaneele, die so um das Servicemodul herum angeordnet sind, sodass sie es umschließen. Jedes Paneel ist etwa 4,25 Meter hoch und vier Meter breit. Ein Paneel wiegt etwa 450 kg. Da die Paneele ab einer bestimmten Höhe nicht mehr benötigt werden, werden sie abgeworfen. Dazu existieren sechs zerbrechliche Gelenke und sechs Sprengbolzen. Sobald diese detoniert sind, drücken sechs Federpakete die Paneele von Orion weg.

Auch das Crewmodul muss natürlich vor den Umweltbedingungen während des Starts und Fluges beschützt werden. Dafür existiert eine weitere Verkleidung, die sogenannte Fairing Assembly. Sie liegen zwischen dem Servicemodul und dem Turm des Startabbruchsystems und umgeben die Orion-Kapsel. Die Fairing Assembly besteht aus vier Paneelen aus Fiberglas, die zusammen etwa 1.360 kg wiegen. Die Paneele sind gewölbt und laufen aus aerodynamischen Gründen oben zusammen.