Zukünftiger Frachttransport ins All

Hi @all...

ich habe gerade lange mit mir gerungen, wohin ich meine Frage posten soll... In Summe geht es um den zukünftigen Transport von nicht druckbeaufschlagter Fracht... Ein bisserl betrifft es fast alle aktuellen Threads zum Shuttle, ATV und HTV, aber wirklich konkret in einen passt es dann auch nicht...

Zum Einstieg möchte ich mal exemplarisch zwei Fotos von Shuttle Missionen zeigen:



Nach Ende der Shuttle Flüge wird es auch zukünftig sicher die Notwendigkeit geben solche Module in den Weltraum zu bringen. Eventuell sogar noch wichtiger zum Mond für den Aufbau ständiger, bemannter Stationen. Aber welche Konzepte gibt es heute dafür?

Obige Module haben zum Beispiel folgende Ausmasse:

S1-Gitterelement       Länge: 13,7m       Breite: 4,57m       Höhe: 3,96m        Masse: 12.572t
S3/S4-Gitterelement   Länge: 13,8m    Breite: 4,88m  Höhe: 4,75m     Masse: 16.183t

Sicherlich würden diese von den Dimensionen her in die Fairings einer Ariane 5 oder anderer Raketen passen, jedoch hilft das ja nicht wirklich weiter, ohne Antriebselemente oder Docking Komponenten...

Es kann ja nicht Sinn und Zweck sein, zukünftig "nur noch Blechdosen" in den Himmel zu schiessen. Ich denke das auch dieser Part sperriger Strukturelemente irgendwie abgedeckt werden muss ! Aber welche Art von Konzepten gibt es dafür?

Wie würde der Aufbau einer ISS ohne Shuttle funktionieren, wenn wir nun mal etwas über den Tellerrand schauen und an einen Nachfolger einer ISS denken?

Ich habe in letzter Zeit durch dieses Forum hier (dickes Danke an Alle!) sehr viele Konzepte zur Versorgung einer ISS mit Gütern (ATV, HTV) oder zukünftiger amerikanischer Pläne im Rahmen des Constellation Programms gesehen.  Aber etwas, was wie in den obigen Bildenr die Möglichkeiten eines Shuttle substituiert habe ich noch nicht wirklich gesehen...

Daher meine Frage... Wie soll sowas realisiert werden?

Gruss Mac

Hallo Mac,

grundlegende Ideen gibt es ja, wohl nur keine konkreten Projekte.
Grundsätzlich starten kann man solche Nutzlasten ja. Sie sind erst mal nichts anderes als große Satelliten. Das Problem ist die Kontrolle im Orbit, wo sie sich dann von normalen Satelliten unterscheiden. Aber genau so wie man Satelliten mit einem Servicemodul zur Lage- und Orbitkontrolle ausrüstet, wäre das auch hier möglich. Warum nicht ein standardisiertes Antriebsmodul in diese Nutzlasten integrieren, über eine Standardschnittschelle?
Eleganter aber auch komplexer ist natürlich die Idee eines Space-Tugs, also eines Raumschleppers, à la Parom. Damit hätte man ein standardisiertes Antriebsmodul im Orbit, welches nach dem Start die ankommende Nutzlast schnell "in Empfang" nimmt und alles weitere kontrolliert. Auch dafür müsste man nur eine Standardschnittstelle in alle Nutzlasten integrieren, an die so ein Tug andocken kann.

Gute Frage, Mac!  

Jetzt können die Shuttle-Gegener mal richtig loslegen, die immer sagen, das Shuttle wäre veraltert, zu teuer, ´ne Fehlkonstruktion, oder irgendwie unbrauchbar.
Jetzt kommen endlich mal die besseren Alternativen...!

Bin gespannt!

Jetzt kommen endlich mal die besseren Alternativen...!
 

Schon geschehen . Ich will aber nicht gegen das Shuttle lästern, sondern Optionen aufzeigen.

N'abend,

ja, solche großen Strukturen zu transportieren, wie es der Shuttle kann, wird nach dessen 'Pensionierung' wohl längere Zeit unmöglich sein.  :-/

Aber: etwas kürzere externe Nutzlasten könnte (!) man mit einem modifizierten ATV zur ISS bringen.

Man müßte nur wollen......

Schaut mal hier hinein: http://esamultimedia.esa.int/docs/gsp/completed/C18303ExS.pdf, ab Seite 47 werden verschiedene ATV-Versionen für solche Elemente beschrieben. Durchmesser: wie Shuttle. Befestigung: wie Shutle. Nur mit der Länge haperts...
Aber solche ULC-Versionen wären nur der Anfang.....

Gruß
roger50

Da lobe ich mir den Weg der Russen: jedes Raumstationsmodul wird seperat gestartet und nähert sich dann der Stations-Baustelle mit eigenen Triebwerken an. Ob das Andocken ebenfalls Autonom erfolgt weis ich aus dem Stehgreif nicht.
Ich halte das russische System für das zur Zeit beste und wenn es um größere Wohnmodule geht, so denke ich dass Bigelow-Aerospaces Konzept der aufblasbaren Module in der Zukunft sicherlich sehr oft Verwendung finden wird.
Was jetzt Solarzellen-Ausleger angeht so denke ich dass man diese ähnlich wie die russischen Module mit kleineren eigenen Triebwerken in die unmittelbare Nähe der Station bringen könnte und dann mit einem Roboterarm einfangen könnte.

Wer braucht am Ende dann noch das Shuttle? (bitte nicht hauen )

Im ernst: Ich mag das Shuttle auch, aber mit Kapseln lässt sich flexibler und kosteneffektiver arbeiten und dass man auch gute ohne Raumgleiter auskommt haben die Russen mit Saljut und besonders mit der Mir bewiesen. Leider gerät die gute alte Mir immer mehr in Vergessenheit angesichts der ISS und deren Shuttle-Abhängigkeit (was den Ausbau angeht).

Ola...

scheine doch die richtige Ecke für mein Anliegen gefunden zu haben im Forum...

@roger - Die Studie habe ich mir mittlerweile 2-3x in Ruhe zu Gemüte geführt und immer wieder neue interessante Aspekte entdeckt... Ich traue dem ATV in Modifikationen durchaus diese Möglichkeiten zu... Und hoffe sogar, das die ESA die Mittel und die Zeit bekommt in diese Richtung weiter zu entwicklen... Jedoch wird in absehbarer Zukunft die Entwicklung des ATV sicher erstmal in die Richtung Versorgung und eventuell im nächsten Schritt "bemanntes Raumschiff" mit Kabsel und Rückkehr gehen... Der Transport grosser, sperriger Güter (und die werden sicherlich benötigt werden) wird das ATV aber nur begrenzt übernehmen können

Ich sehe dazu auch noch das Problem, das es ja nicht getan ist damit, ein Stückkgut an Ort und Stelle zu bringen wie Schillrich ja auch sagte betreffs Kontrolle im Orbit. Sobald ich ein Antriebsmodul benötige für die Fracht, wird sowohl die Masse, als auch die Länge des Bauteils nochmehr eingeschränkt. Truss-Segmente wie oben im Bild fallen damit fast komplett durchs Raster mit mir bekannten Konzepten. Und hinzu kommt noch ein wichtiger Punkt. Man muss sich doch nur mal die letzten 2-3 Shuttle Missionen angucken. Ohne EVA geht da kaum was. Also muss ein zukünftiges Transportkonzept durchaus auch die Funktionalität einer "Arbeitsplattform" gewährleisten Stelle ich mir vor....

Standardschnittschelle?
Eleganter aber auch komplexer ist natürlich die Idee eines Space-Tugs, also eines Raumschleppers, à la Parom.

Das ist durchaus die Richtung die mir gerade durch den Kopf geistert... Aber auch hier kommt mir direkt wieder der Gedanke wo dort die "Arbeitsplattform" bleibt...?! Solange man das Ziel ISS anfliegt für Transporte schön und gut, da liesse sich das alles regeln, aber wie ist es beim Neuaufbau anderer Projekte? An den Mond will ich fast noch gar nicht denken dabei...

Wenn wir diesen Thread hier mal etwas zum "rumspinnen " nehmen könnten, komme ich wieder zurück auf meine etwas absurde Idee eines modifizierten Shuttles...

Treibstoffe zur ISS zu bringen ist kein Problem. Mann könnte vielleicht ein Shuttle so modifizieren, das man es nach Ende des Programms an der ISS belässt. Es könnte dann mit der "Basisstation" ISS zukünftig als so ein Space-Tug dienen. Raketen schiessen die Bauteile hoch und ein Shutte-Tug übernimmt die Bauteile und bringt sie an Ort und Stelle. Und eine Arbeitsplattform wäre auch automatisch vorhanden... Nach Abschluss der Arbeiten kehrt dann das Shuttle wieder zu seiner Basis zurück, sprich der ISS, wird dort neu betankt und steht für die nächsten Missionen wieder bereit...

Gruss Mac

Das mit dem modifizierten Shuttle hast du doch schon mal vorgeschlagen ... wir vergessen hier nichts!

Ja, man benötigt eine Arbeitsplattform. Aber das sollte nicht das Shuttle sein. Dessen Systeme sind zu komplex, wartungsbedürftig und nicht auf lange Verweildauern ausgelegt. Außerdem schleppt es im Orbit jede Menge tote Masse mit sich rum.
Ein Tug sollte hingegen relativ klein sein, Stromversorgung solle mittels Solarzellen erfolgen, und es müsste im Orbit betankt werden könne. Unbemannt wäre es noch besser, weil einfacher und kleiner. All das spricht gegen ein modifiziertes Shuttle.
Da eine Arbeitsplattform etwas komplexes ist, sollte es von denen nur ein paar im Orbit geben. An denen sollten alle Gerätschaften für komplexe Arbeiten installiert sein. Den An- und Abtransport von Modulen und Teilen für ein Projekt sollte man davon trennen. Ein Tug sollte also wirklich nur Tug sein und nicht schon selbst eine Arbeitsplattform sein.

Mit dem ATV braucht man sich nicht um so viel einschränken. Da der Frachtbehälters 5.150 kg wiegt und man ihn bei solcher Fracht weglassen kann hat man dann eine gesamte Nutzlastkapazität von 12.817 kg. Das einzige Problem ist nur die Länge der Nutzlastverkleidung die man vielleicht verlängerung kann.

Hi Halbtoter... (auf´s Alter bezogen?! *g*)

Hier mal die Daten der Fairings der aktuellen Ariane 5:

• Die kurze Nutzlastverkleidung ist 12,7 m lang. Ihr nutzbares Volumen beträgt 125 m³
• Die mittellange Nutzlastverkleidung ist 13,8 m lang. Ihr nutzbares Volumen beträgt 145 m³.
• Die lange Nutzlastverkleidung ist 17 m lang. Ihr nutzbares Volumen beträgt 200 m³.

Ohne den Nutzlastcontainer mag ja die Masse zur Verfügung stehen, aber so ein Stückgut braucht ja automatisch wieder eine Antriebssektion... Die a) wiederum einiges an Masse besitzt und b) auch die länge der Bauteile sofort wieder einschränkt.

Ich tippe auch mal, das es nicht nur mit verlängern der Fairings getan wäre. Auch die Masseverteilung der Bauteile dürfte ziemlich ins Gewicht fallen. Als Beispiel die Truss Segmente der ISS... Da sind ganz andere Gewichtsverteilungen als bei Satelliten innerhalb der Nutzlastverkleidung der Ariane gegeben...

@Schillrich Ich dachte mir schon fast, das man sowas "abstruses" nicht so schnell vergisst...*fg*

Gruss Mac

N'abend,

ich glaube, wir sollten uns nicht verrennen: so große externe Elemente wie die Solargeneratoren-Module wird es nach Ende des Shuttle-Programms nicht mehr zu transportieren geben. Ganz einfach, weil die Amerikaner keine mehr bauen werden !  

Die Europäer und Russen ohnehin nicht.

Was eventuell gebraucht wird, sind Transportmöglichkeiten für Bauteile wie bestückte Express-Paletten, die gerne mal versagenden Gyroskope, Austauschteile für DEXTRE und den SSRMS, die austauschbaren Tanks auf Quest (was ist da noch drin??), etc.

Über den Transport solche Elemente sollten wir nachdenken.  

Gruß
roger50

Ich glaube aber Mac meint nicht nur die ISS, sondern insgesamt die Zukunft, wenn man wieder mal etwas größeres im Orbit zusammensetzen möchte.

Das sind aber alles Transporte zur ISS @roger... Da will ich dir auch gar nicht wiedersprechen...

Aber ich will über die ISS hinausblicken... Ihr mögt vielleicht sagen das wäre verfrüht, da wir ja noch nichtmal die ISS fertig gebaut haben, aber Planungen sollten doch bereits heute beginnen, oder nicht?.... Was passiert nach der ISS? Oder paralell zur ISS? Wie kann man da sagen, das solche Strukturen nie wieder gebraucht oder gebaut werden würden?

Es kann ja nicht angehen, das ab jetzt nur noch "Technik in Dosen" verschickt wird... Lassen wir es doch morgen mal 2020 sein... Die ISS hat ihre beste Zeit hinter sich und eine neue muss her... WIE Ich finde die Vorstellung irgendwie absurd, das man nur noch sowas ins All bringen kann, was wir vorher in ne Dose gestopft bekommen... Zusätzlich zu den genannten Thematiken wie Arbeitsplattform, etc...

Sicher wird es einige Probleme geben wenn man die jetztigen Module einfach mit der Ariane raufschicken will, aber wenn man sie von Anfang an plant mit der Ariane zu schicken wird man solche Probleme mit einplanen.
Wenn morgen mal 2020 ist denn brauchen wir uns mit so kleine Modulen nicht mehr Sorgen da es dan die Ares V gibt  

Hallo Halbtoter,

wenn Ares V bis dahin schon fertig ist oder überhaupt noch gebaut werden soll. Ich habe da meine Zweifel  :'(

mfg

Matthias

Was jetzt arbeiten im Orbit angeht könnte ein EVA-Miniraumschiff evtl hilfreich sein sozusagen als "Gabelstapler" im All, in etwa so wie dieses uns wohlbekannte:

http://en.wikipedia.org/wiki/EVA_Pod

Wie bekannt ist, wurden die meisten Raumschiffe in 2001 von echten Raumfahrttechnikern konzipiert/entworfen, sicher wird der EVA-Pod also kein reines Phantasie-"Sieht einfach cool aus"-Produkt sein oder?

Ich denke, die Entwicklungsrichtungen sind international eigentlich schon angedacht:

• Transport eigenständiger Komponenten, die von einem Schlepper übernommen und im Orbit gekoppelt werden (Konzept [ch1055][ch1072][ch1088][ch1086][ch1084])
• Eigenständige Komponenten sind vollwertige Module (z. B. Swesda), Transportcontainer oder faltbare Strukturen (SOFORA-Ausleger)
• Schlepper erspart unnötige Redundanz zu vieler Antriebssysteme
• Redundanz von Lageregelung und Energiespeicherung ist nicht schlimm. Sie wird im Laufe der Zeit sogar benötigt (nicht 4 große Gyroskope an einer Stelle sondern, dezentral, je eines in/an jedem (großen) Modul). Thermalsteuerung muss ohnehin in jedes Modul eingebaut werden.
• Kopplungssystem benötigt nicht unbedingt aktive Adapter, ein allgemeiner Befestigungsring (Common Berthing Mechanism) genügt, wenn man das anzubauende Element aus einer Parkposition, 10 m vom Ziel entfernt per Roboterarm übernimmt.

Das letzteres funktionieren kann, haben wir ja bei ATV gerade gesehen. Die Relativgeschwindigkeit von JuVe gegenüber der Station lag minutenlang unter 1 cm/s. Da könnte man wahrscheinlich schon mit dem Canadarm2 zufassen.

GG

@ moonjumper
Ich hab auch meine Zweifel aber das ganze ist nur eine Annahme wenn heute 2020 wär, mit den jetzigen Plänen.

@MX87

Ich finde die Idee mit den EVA Miniraumschiffen gut, nur kann ich mir vorstellen, dass das mit dem einfach von hier nach dort fliegen nicht so einfach ist. Wegen der Bahnmechanik siehe ATV Fluchtmanöver (beschleunigen um unter der ISS durchzufliegen usw.).
Ich stelle mir halt vor, wenn ich in so einem "Gabelstapler" sitzen würde, würde ich mich immer fragen wohin muss ich jetzt steuern, um dort anzukommen. Ich kann mir höchstens vorstellen, dass dies mit einer Software funktioniert, der ich sage wohin ich will.
Oder denke ich viel zu kompliziert? (mach ich öfter) 8-)

Matthias

Also ein Pilot/Raumfahrer kann Bahnmechanik, genauso wie die Bodencrew. Die wissen also was sie machen müssen, um von A nach B zu kommen. Das machen sie ja auch mit Sojus und Space Shuttle.

ABER:
So ein Space-Tug wäre im allgemeinen unbemannt. Nur so kann man ihn klein und einfach halten. Außerdem hat unbemannt keinen Zeitdruck bei den Manövern. Alles wozu ein aktiver Raumfahrer benötigt wird, sollte mit den dann notwendigen komplexen System möglichst irgendwo konzentriert sein (Station, Raumdock?). Der Tug macht nur den Transport dahin.

und noch ein ABER:
Die Bahnmechanik macht für so einen Tug aber andere Probleme. Manöver innerhalb der Bahnebene (also die Orbithöhe) sind einfach und lassen sich als Hohmanntransfer effizient (aus Sicht des Treibstoffs) durchführen. Aber sobald es um den Einsatz auf verschiedenen Bahnebenen, also verschiedenen Inklinationen zwischen der Anfangs- und der Endbahn, geht, wird es schwierig bis unmöglich. Bei Manövern zur Änderung der Bahnebene wird viel Treibstoff benötigt. Also entweder hätte man einen großen Tug mit viel Treibstoff, oder es sind mehrere auf verschiedenen Ebenen im Orbit in Wartestellung.

Hi Daniel,

O.K. ich bin ja auch kein Astronaut :'(

Dass mit dem unbemannten Space-Tug verstehe ich schon, nur hatte ich dieses "Miniraumschiff" like EVA-Pod


Quelle:http://en.wikipedia.org/wiki/EVA_Pod

als Arbeitsplattform für die Astronauten, zum Aufbau einer neuen Großstruktur oder für Reparatur-Missionen, verstanden, die eben aus verschiedenen Gründen nicht autonom ablaufen können.

Matthias

Hallo,

ich hab da noch ne Frage, ich weiß ein bisschen OT (aber keine Ahnung wo hin)

Zur Bahnmechanik:
Wir haben die ganze Zeit für den Fall gesprochen, das Kurse oder Flughöhe in einem Orbit um die Erde geändert werden sollen. Sind die Manöver im Freiflug zwischen zwei Planeten oder einem "Lagrand-Punkt"(hoffe richtig Geschrieben) ähnlich verzwickt? Bezogen auf Annäherung und Docking.

Ich vermute, dass es dort ähnlich wie in der Atmosphäre (mit Flugzeugen) ist halt ohne Turbulenzen, oder?

hoffe nicht zu sehr OT

Matthias

Hallo Matthias,

schauen wir uns mal eine interplanetare Bahn an:
Theoretisch ist es genau so kompliziert, praktisch ist es einfacher .

In beiden Fällen bewegen sich die Raumschiffe auf einer Ellipse um einen Zentralkörper, beim Erdorbit um die Erde, beim interplanetaren Transfer um die Sonne. Damit gelten die gleichen Gesetze für die Bewegungen (und Relativbewegungen zweier Objekte).
Nehmen wir als Beispiel ein Dockingmanöver. Da wird es einfacher. Durch die große Entfernung zur Sonne bei einem interplanetaren Transfer und den kurzne betrachteten Zeitraum für das Manöver (verglichen mit der Umlaufzeit auf der interplanetaren Bahn) kann man die "Orbitmechanik" auf diesem kurzen Abschnitt "linearisieren", soll heißen man kann das Dockingmanöver in der Nachbarschaft ziemlich "direkt" fliegen.

(Parabel- und Hyperbelfluchtbahnen habe ich mal außen vor gelassen, das macht aber auch keinen Unterschied.)

@Matthias!
Zu den Lagrange-Punkten steht einiges in Wikipedia: >>>  [smiley=vrolijk_26.gif] <<< .

Gruß Ingo

Hi Daniel,

O.K. ich bin ja auch kein Astronaut :'(

Dass mit dem unbemannten Space-Tug verstehe ich schon, nur hatte ich dieses "Miniraumschiff" like EVA-Pod

als Arbeitsplattform für die Astronauten, zum Aufbau einer neuen Großstruktur oder für Reparatur-Missionen, verstanden, die eben aus verschiedenen Gründen nicht autonom ablaufen können.

Matthias

Ich denke die meisten solcher Aktionen könnten entweder autonom oder ferngesteuert ablaufen (HAL konnte die Dinger schliesslich auch steuern ). Ich denke eher an eine reine Arbeitsplattform mit mehrern Greifarmen, welche ein größeres Raumschiff im Orbit zusammenbauen könnte. Und für ein Space-Tug könnte man vielleicht Ionen-Triebwerke einsetzen, das Tug könnte im NEO warten und zum Beispiel Satelliten in den GEO bringen. Nach ein paar solcher Einsätze bräuchte man halt ein neues Tug oder man müsste es wiederbetanken.