Nachfüllmöglichkeit bei Satelliten

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Offline EM

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Nachfüllmöglichkeit bei Satelliten
« am: 04. Januar 2009, 10:58:45 »
Bei Spitzer geht die Kühlflüssigkeit aus.

Spitzer hat bereits Spitzenergebnisse geliefert. Scheinbar könnte er in der gleichen Qualität noch länger weiterbetrieben werden, wenn die Kühlflüssigkeit nicht ausgehen würde.

Wäre es nicht sinnvoll, in Zukunft solche Satelliten konsequent mit Nachfüllstutzen auszurüsten? Dann könnten unbemannte Tankschiffe (z.B. Weiterentwicklungen des ATV) diese teuren Satelliten ansteuern und mit Kühlmitteln und auch Treibstoffen versorgen und somit deren Lebensdauer verlängern. Oder mit einer bemannten Mission auch gleich noch den periodischen Unterhaltsservice ausführen.

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Offline Nitro

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Re: Nachfüllmöglichkeit bei Satelliten
« Antwort #1 am: 04. Januar 2009, 11:21:47 »
Ideen fuer das NAchbetanken von Satelliten zur Erhoehung der Lebensdauer gibt es schon eine ganze Weile. Das Ganze ist verstaendlicherweise unbemannt recht aufwendig, und bemannt recht kostspielig.

Zumindest bei Hubble und auch dem einen oder anderen Satelliten wurde es bemannt ja schon mehrmals durchgefuehrt. (Klar, nicht in Bezug auf Betankung, aber eben Maintenance und Hubble braucht ja auch keinen Sprit.)

Ein erster Versuch ein autonomes Satelliten-Service-System zu entwickeln wurde bei der DART Mission der NASA durchgefuehrt.

http://www.nasa.gov/mission_pages/dart/spacecraft/index.html

Bei Teleskopen wie Spitzer ist das ganze sogar noch etwas schwieriger, da Spitzer sich nicht in einer Umlaufbahn um die Erde befindet, sondern diese auf ihrer Umlaufbahn in einigen Millionen Kilometern Entfernung verfolgt.

Aehnlich schwer wird es auch beim zukuenftigen James Webb Teleskop. Dieses wird am L2 Punkt platziert, der 1,5 Millionen Kilometer entfernt liegt. Dennoch soll das JWT mit einem Dockingring fuer die Orion ausgestattet werden, um evtl. doch in Zukunft bemannte Service Missionen dorthin zu fliegen.
Bevor man einen Beitrag letztendlich abschickt sollte man ihn sich noch ein letztes Mal durchlesen und sich dabei überlegen ob man ihn genau in diesem Wortlaut auch Abends seinem Partner und/oder Kindern ohne Bedenken vorlesen würde.

tonthomas

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Re: Nachfüllmöglichkeit bei Satelliten
« Antwort #2 am: 04. Januar 2009, 11:35:05 »
Seitens des us-amerikanischen Militärs ist die Frage einer Nachtankmöglichkeit für Satelliten offenbar auch (wieder) Gegenstand der Diskussion. Angesichts der teilweise sündhaft teuren Satelliten kann ich das verstehen. In dem Kontext ist sicher spannend zu beobachten, wie die Entwicklung unbemannter Shuttle, ich denke da insbesondere an die X37b bzw. ans OTV, weitergeht.

Gruß   Thomas
« Letzte Änderung: 04. Januar 2009, 11:35:32 von tonthomas »

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Offline tul

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Re: Nachfüllmöglichkeit bei Satelliten
« Antwort #3 am: 06. Januar 2009, 03:35:15 »
Zum Thema James Webb Teleskop. Erinnert sich noch jemand an die Hiten Mission? Hiten wurde mittels Niedrig Energie Transferroute nach Edward Belbruno in die Mondumlaufbahn gebracht. Ich habe mal irgendwo gelesen, dass man das James Webb Teleskop auf ähnlicher Weise in LEO und zurück bringen könnte.  Damit wären Wartungsarbeiten rein theoretisch möglich.

Hofi

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Re: Nachfüllmöglichkeit bei Satelliten
« Antwort #4 am: 06. Januar 2009, 12:23:15 »
Hi!

Derzeit ist das Nachfüllen von Satelliten nicht möglich. Anscheinend geht man auch davon aus, dass man in den nächsten Jahren auch nicht so weit sein wird, dass man ohne Probleme weiter weg von der Erde mit flüssigem Helium auftanken kann. (So weit meine Einschätzung weil Herschel keine Möglichkeit zum Auftanken hat.) ;)

Ich denke, dass man erst nach dem Constellation-Programm in der Lage sein wird, im all zu tanken.

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Offline EM

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Re: Nachfüllmöglichkeit bei Satelliten
« Antwort #5 am: 06. Januar 2009, 19:52:43 »
Das wär doch eine interessante Nische, wo sich die europäische Raumfahrt profilieren könnte: Sicherstellung des Nachschubes von Treibstoff, Kühlmittel, etc für eine neue Generation von Satelliten mit Nachfüllmöglichkeit.

Die automatische Andocksoftware vom ATV könnte sicher in diese Richtung weiterentwickelt werden. Mit einer Tankfüllung könnten eventuell mehrere Satelliten nacheinander beglückt werden, gegen Entschädigung natürlich. Ein neuer Markt würde entstehen.

Auch für die bemannte europäische Raumfahrt hätte man hier ein künftiges Betätigungsfeld: Unterhalts- und Servicemissionen zu Satelliten, durchgeführt mit einem weiterentwickelten ATV. Dieser kosmische Unterhalts- und Pannendienst würde von der ISS aus starten und dorthin zurückkehren.

Man könnte sich auch überlegen, die teuren ATV nach dem Gebrauch bei der ISS zu belassen als zusätzlichen Wohnraum oder später für freifliegende Stationen. Es ist eigentlich zu schade, wenn man diese, die mit so grossem Energie- und Kostenaufwand ins All transportiert wurden, als Mülltransporter in der Atmosphäre verglühen lällt. Besser man behält sie oben für weitere Verwendungszwecke. Den Müll der ISS packt man in einen grossen Sack und befestigt ein einfaches Triebwerk dran. Verrückt?

gorgoyle

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Re: Nachfüllmöglichkeit bei Satelliten
« Antwort #6 am: 06. Januar 2009, 20:56:06 »
Das schöne am Weltraum ist: Er strotzt nur so von wertvollen bzw. nützlichen Betätigungsfeldern. :)

Crest

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Re: Nachfüllmöglichkeit bei Satelliten
« Antwort #7 am: 07. Januar 2009, 10:23:26 »
Gab es nicht bei der ESA ein Projekt, standardisierte Lageregelungssektionen mit entsprechenden Treibstoffvorräten zu entwickeln und diese an Satelliten andocken zu lassen, um so deren Lebensdauer zu verlängern?

Was bemannte Service-Missionen angeht: Bei den meisten Satelliten ist es preiswerter, einfach einen neuen Satelliten zu bauen, und den in den Orbit zu schaffen, als eine bemannte Mission dorthin zu bezahlen.

René

tonthomas

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Re: Nachfüllmöglichkeit bei Satelliten
« Antwort #8 am: 07. Januar 2009, 10:55:19 »
Na bemannt muß doch gar nicht sein...

Gruß   Thomas

Sucher42

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Re: Nachfüllmöglichkeit bei Satelliten
« Antwort #9 am: 07. Januar 2009, 11:44:36 »
Hallo,

wie sicher ist das mit dem Orion-Andockring am James Webb Teleskop ? Das impliziert dann doch auch Druckkammern für die Besucher. Denkt man da also an die Möglichkeit das ganze zu einer bemannbaren Station auszubauen ?
Naja, und was wäre da mit einem Andockring für automatische Progress-Transporter oder ATVs ?

Grüsse

Peter

tonthomas

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Re: Nachfüllmöglichkeit bei Satelliten
« Antwort #10 am: 07. Januar 2009, 12:40:26 »
Zitat
wie sicher ist das mit dem Orion-Andockring am James Webb Teleskop ? Das impliziert dann doch auch Druckkammern für die Besucher.
Nein, warum? Wäre es nicht ausreichend, wenn Orion am Teleskop festmachen kann, da mit man sich nicht weiter mit den getrennten Flugbahnen zweier Objekte auseinandersetzen muss, während die Reparaturen laufen? Die EVAs müssten halt durch die normale Kapseltür bei vollständig evakuiertem CM erfolgen, a´ la Apollo. Dort hatte man außer beim ASTP (aber auch nur ohne Ausstiegsmöglichkeit, nur als Tunnel zur Sojus) auch keine Schleuse dabei. Man könnte vielleicht beim ersten Wartungsflug eine Schleuse mitnehmen und die dann am Teleskop zur künftigten Wiederbenutzung zurücklassen.

Gruß  Thomas

« Letzte Änderung: 07. Januar 2009, 12:42:51 von tonthomas »

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Offline tul

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Re: Nachfüllmöglichkeit bei Satelliten
« Antwort #11 am: 08. Januar 2009, 06:20:31 »
Wobei die nächsten Teleskope wie die geplante SPICA Mission mit mechanischen Kühlern gekühlt werden. Die Kühler werden demnächst auf der ISS in Außenexperimenten getestet.
Ein Nachfüllen wäre dann nicht mehr notwendig.

Offline trallala

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Re: Nachfüllmöglichkeit bei Satelliten
« Antwort #12 am: 08. Januar 2009, 11:51:22 »
Gibt es irgendwo genaueres zu diesen Kühlern?
"mechanisch" ist bei mir immer so mit Verschleiss assoziiert. Gehen Peltier-Elemente nicht bei den Temperaturen?

Re: Nachfüllmöglichkeit bei Satelliten
« Antwort #13 am: 08. Januar 2009, 12:23:49 »
Hallo trallala,

sind Peltier-Elemente als Kühler nicht herrlich ineffizient, benötigen also eine Menge elektrische Leistung um etwas zu kühlen? Ob sie unter den Bedingungen an sich funktionieren und ausreichend Kühlleistung haben, bezweifel ich.
« Letzte Änderung: 08. Januar 2009, 12:24:09 von Schillrich »
\\   //    Grüße
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Janosch750

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Re: Nachfüllmöglichkeit bei Satelliten
« Antwort #14 am: 08. Januar 2009, 12:45:22 »
Zitat
Gibt es irgendwo genaueres zu diesen Kühlern?
"mechanisch" ist bei mir immer so mit Verschleiss assoziiert.
Das wird die übliche Methode, also mit Kompressor, wie in fast allen Kühlschränken auch, sein. So wird z.B. in großem Umfang Luft verflüssigt und das schon seit über 100 Jahren, ist also bewährte Technik.

Zitat
Gehen Peltier-Elemente nicht bei den Temperaturen?
Siehe Antwort von Daniel

Offline trallala

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Re: Nachfüllmöglichkeit bei Satelliten
« Antwort #15 am: 08. Januar 2009, 15:55:51 »
Ein Auto ist auch bewährte Technik und trotzdem nicht verschleißfrei :)
Peltier-Elemente sind recht ineffizient, aber natürlich leichter als so eine mehrstufige Kältemaschine mit dem auch recht schweren Kühlmittel. Dafür brauchen sie mehr Energie (=mehr Solarzellen), ob das insgesammt leichter ist kann ich nicht abschätzen.
Technik ohne bewegte Teile hat denke ich aber bessere Chancen 10 Jahre und länger zu laufen. Gyroskope kann man ja z.B. magnetisch also verschleißfrei lagern, aber beim Verdichten ist doch immer einiges an Reibung und damit Abnutzung im Spiel.
Zu den Anwendungsgrenzen der Peltierelemente konnte ich nichts finden. Ich sehe aber keinen Grund, dass die nicht auch bei 4,5K funktionieren sollten.
Und danke für die Infos in dem neuen Thread dazu :)

Re: Nachfüllmöglichkeit bei Satelliten
« Antwort #16 am: 08. Januar 2009, 16:19:36 »
Kühlmittel brauchst du immer noch. Normalerweise geht es ja so, dass man mittels Kühlkreisläufen die Wärme aus den betroffenen Geräten aufnimmt und dann in einem Kühlkörper (Radiator, oder auch deine Peltierelemente) abgibt.
\\   //    Grüße
 \\ ///    Daniel

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Offline Matjes

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Re: Nachfüllmöglichkeit bei Satelliten
« Antwort #17 am: 08. Januar 2009, 18:30:49 »
Hallo alle zusammen

Ein sehr schöner Artikel zur Kühltechnik von Spica (wenn auch lang und auf schwierigem Englisch) ist hier zu lesen:

http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6TWR-4J2TVTB-1&_user=10&_rdoc=1&_fmt=&_orig=search&_sort=d&view=c&_acct=C000050221&_version=1&_urlVersion=0&_userid=10&md5=eea95c87e284e52730b0a74c512e05db

Japan entwickelt eine neues Infrarot Teleskop, eben das schon angesprocherne Spica Teleskop. Es soll genau wie auch Herschel, Plank und James Webb im L2 plaziert werden. Vorteil von L2: Erdschatten und gute Aussicht ins Weltall. Nachteil von L2: 1,5 Millionen km entfernt (Da kommt so schnell keine Reparatur Crew hin).

Infrarot Teleskope müssen sehr kalt sein, damit die Sensoren die kalten Gaswolken und nicht die warmen Wände des Teleskops messen. Bisher nahm man flüssiges Helium und flüssig Stickstoff mit, um das gesamte Teleskop möglichst lange kalt zu halten. Jetzt entwickelt - Schwerpunkt entwickelt - Japan eine neue Technologie, um mit mechanischen Pumpen das Helium wieder abzukühlen. Dadurch soll die Betriebszeit des Teleskops verlängert werden. Glaubt doch bitte nicht, daß das alles schon fertig entwickelt ist.

Peltier Elemente werden bisher verwendet, um ganz kleine Teile einer Optik zu kühlen. Niemand ist bisher auf die Idee gekommen, damit ein ganzes Teleskop abzukühlen. Das würde - so meine Meinung - auch gar nicht gehen.

Matjes

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Offline EM

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Re: Nachfüllmöglichkeit bei Satelliten
« Antwort #18 am: 10. Januar 2009, 13:50:46 »
Ist es ausgeschlossen, dass ein  zum Tanker umgebautes, unbemanntes ATV diesen Lagrange-Punkt erreicht?

Interessant wäre es, eine Abschätzung machen zu können, wie hoch der Treibstoffaufwand ist, um dieses Ziel zu erreichen, und dann die noch vorhandene Nutzlast (= das zu liefernde Kühlmittel, Treibstoff zur Lageregelung) ausrechnen zu können. Dann wüsste man, ob sich so eine Mission lohnen würde.

Crest

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Re: Nachfüllmöglichkeit bei Satelliten
« Antwort #19 am: 12. Januar 2009, 09:17:52 »
Roger50 hat in einem der ATV-Threads mal geschrieben, dass das ATV mit der derzeitigen Konfiguration von ATV und Ariane gerade so bis in den Mondorbit käme, aber keine Nutzlast mehr transportieren könnte.

Für den L2-Punkt dürfte Ähnliches gelten. Möglicherweise käme es hin, aber es müsste leer fliegen.

Man müsste dann aber auch fragen, ob es wirklich sinnvoll ist, ein so komplexes Gerät wie das ATV, das ein mehr oder weniger komplettes ISS-Modul mitschleppt, als reinen Tanker zu benutzen.

René
« Letzte Änderung: 12. Januar 2009, 09:18:18 von Crest »

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Offline Chewie

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Re: Nachfüllmöglichkeit bei Satelliten
« Antwort #20 am: 12. Januar 2009, 17:31:52 »
Wäre es nicht sinnvoll Satelliten mit standardisierten und abkoppelbaren Antriebseinheiten zu bauen? Speziell für den GEO könnte dann ein "neues" ATV einen "Stapel" dieser Module mitnehmen. (So 3 oder 4 Stück.) Das ATV steuert die Satelliten im GEO nacheinander an. Kurz vor dem Eintreffen werfen diese Ihre leeren Versorgungsmodule ab und dann koppelt das ATV ein neues an. Mit den restlichen Modulen geht es dann weiter zum nächsten Kunden. Das wäre meiner Ansicht nach nicht so aufwendig wie für jeden Satelliten eine extra Wurst zu machen.

Das wäre dann in etwa so als würde man in einen leeren Tintendrucker einen neuen Tank-Druckkopf einsetzten.
"Prognosen sind schwierig, besonders wenn sie die Zukunft betreffen." Niels Bohr

Crest

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Re: Nachfüllmöglichkeit bei Satelliten
« Antwort #21 am: 12. Januar 2009, 18:45:00 »
Zitat
Das wäre dann in etwa so als würde man in einen leeren Tintendrucker einen neuen Tank-Druckkopf einsetzten.
Ja, allerdings würdest Du in deinem Beispiel die Tintenpatronen für fünf oder sechs Kunden mit einem Lieferwagen ausliefern und den Lieferwagen hinterher verschrotten...

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Offline Chewie

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Re: Nachfüllmöglichkeit bei Satelliten
« Antwort #22 am: 12. Januar 2009, 20:20:15 »
Wieso verschrotten? Man braucht ja nur die Treibstoff Module in den GEO schießen. Das ATV bleibt natürlich oben und sammelt die dann ein. Idealer weise benutzt es die Selben Treibstoff Module nach bedarf für seine eigene Versorgung wie auch für die Satelliten!
« Letzte Änderung: 12. Januar 2009, 20:22:50 von Chewie »
"Prognosen sind schwierig, besonders wenn sie die Zukunft betreffen." Niels Bohr

Re: Nachfüllmöglichkeit bei Satelliten
« Antwort #23 am: 12. Januar 2009, 21:43:56 »
Also was dieser Idee eines Schleppers im LEO am nächsten kommt, ist nicht unser sehr spezielles ATV, sondern das russische PAROM:
http://en.wikipedia.org/wiki/Parom

Nur sind ein paar Sachen zu bedenken, neben den "offensichtlichen" Vorzügen eines Schleppers:
  • Orbitmechanik
    PAROM funktioniert im LEO in einer Orbitebene. Änderungen der Orbithöhe sind da relativ einfach und mehrfach machbar, also das Ansteuern einer neuen Nutzlast, Aufschnappen und höher schleppen. Was hingegen nicht geht: das Ändern der Orbitebene (Inklinationsmanöver, Drehen der Ebene). Die sind unheimlich aufwändig und verbrauchen Treibstoff en masse.
  • Kosten
    Aus dem ersten Punkt ergibt sich, dass PRAOM nur für spezielle Missionen (Versorger/Zubringer einer Station?) geeignet ist. Für einen simplen Satelliten ist so ein Konzept jenseits von Gut und Böse. Es ist einfacher und auch sinnvoller einen neuen Satelliten nach 10 Jahren zu starten.
Ein Schlepper à la PAROM geht also im LEO, und da nur auf ausgewählten Orbitebenen. Damit ist ein Masseneinsatz auch nicht möglich, außer man startet für jede Orbitebene einen eigenen Schlepper, in der Hoffnung ihn mal zu brauchen.
« Letzte Änderung: 12. Januar 2009, 22:50:20 von Schillrich »
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Domeneit

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Re: Nachfüllmöglichkeit bei Satelliten
« Antwort #24 am: 12. Januar 2009, 22:19:19 »
Vielleicht sollte man noch anmerken, dass die trägen "Auftankschiffe" auch unter nennenswerten Treibstoffeinsatz bei Annäherung an das Objekt abgebremst werden müssen. Gemäß der Impulserhaltung macht es wohl einen Unterschied, ob ein ATV an die 400t-ISS andockt oder an einen im Lagrangepunkt geparkten 600kg-Satelliten wie SOHO.