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Wednesday, February 1, 2023

Die Internationale Raumstation, Weltraumbasis und Triumph der Völkerverständigung

internationale raumstation

Was auf der Erde zu wünschen übrig lässt, funktioniert im Weltraum schon ganz gut: Verschiedenste Nationen der Welt legen ihre Differenzen beiseite, um gemeinsam etwas Großes zu schaffen, den ersten permanenten Außenposten der Menschheit im Weltraum.

Die Idee einer großen Raumstation im Erdorbit mit einer permanenten Besatzung ist älter als die Raumfahrt selbst. Ein Vordenker der Raumstationen ist Hermann Potocnik, er entwarf bereits das realistischste Konzept des geostationären Satelliten zu dieser Zeit und auch ein sogenanntes Wohnrad, eine dreiteilige Raumstation, die rotieren und so Gravitation erzeugen sollte.

Vorgeschichte

Sie sollte aus einem Observatorium, einem Wohnbereich und einem Kraftwerk bestehen, das Energie aus Sonnenstrahlung nimmt. Potocnik wurde ausgelacht, für verrückt erklärt und starb verarmt im Alter von 36. Später dachten auch die Nazis an Raumstationen, vor allem zu militärischen Zwecken, zum Beispiel um Sonnenlicht zu bündeln und als Waffe zu verwenden.

Die aller erste konkret erwähnte Raumstation war jedoch ein künstlicher Mond – aus Backstein. Dies zeigte, dass man damals noch nicht wirklich Ahnung hatte, wovon man dort sprach, man wusste nicht mal, ob Menschen überhaupt in Mikrogravitation leben können.

Die ersten echten Raumstationen baute die Sowjetunion, zunächst die recht kleinen Saljut-Stationen, später die große modulare Mir. Die USA zog mit Skylab spät nach, doch nach Ende des Kalten Krieges dachte man auch über eine Kooperation nach, zum Beispiel eine große Raumstation im Erdorbit, die etwa 20 Menschen bewohnen könnten. Schon vor dem Apollo-Programm gab es diese Idee.

Zunächst war die Raumstation ein US-amerikanisches Projekt, doch unter US-Präsident Clinton wurde sie neu aufgelegt, da die Kosten explodierten. Internationale Partner sollten sich beteiligen, es wurden schließlich elf Staaten Europas (darunter auch Deutschland und die Schweiz), Russland, Japan und Kanada. Russland steuerte zum Beispiel Erfahrungen von der Mir bei.

Aufbau im Weltraum

Die Internationale Raumstation hat nun eine Spannweite von 109 Metern, eine Länge von 73 Metern, eine Kapazität von neun Astronaut*innen, eine Masse von 420 Tonnen und ein Volumen von 916 Kubikmetern. Dieses Monstrum gleicht in seinem Ausmaß durchaus dem Wohnrad von Potocnik und umkreist die Erde in einer Höhe von bis zu 430 Kilometern.

Sowas kann man natürlich mit keiner Rakete der Welt ins All transportieren, stattdessen mussten die Bauteile einzeln in den Weltraum gebracht und dort zusammengesetzt werden. In diesem Ausmaß war das bis dahin ein Novum.

Insgesamt waren etwa 40 Flüge für den Aufbau nötig, die meisten wurden mit dem Space Shuttle durchgeführt, das für den günstigen Transport großer Nutzlasten in den Erdorbit konstruiert wurde. Seit der Ausmusterung der Space Shuttles ist der US-amerikanische Teil der Station weitgehend fertig, doch die russische Sojus bringt weiterhin neue Module ins All.

Das erste Modul der Internationalen Raumstation war das russische Fracht- und Antriebsmodul Sarja, damit begann am 20.November 11.998 HE der Aufbau der Raumstation. Heute gibt es zahlreiche Module, sämtliche bewohnte Module stehen natürlich unter Druck, sie simulieren eine erdähnliche Atmosphäre mit 78% Stickstoff und 21% Sauerstoff.

Die Module

Ich beschreibe hier mal die wichtigsten Module, aus denen die Internationale Raumstation besteht.

Sarja

Sarja ist das erste Modul der Raumstation und wurde beim Baubeginn 11.998 HE ins All geschossen. Am Anfang war es noch für die gesamte Stromversorgung und für alle Lebenserhaltungssysteme zuständig. Mittlerweile wurden diese Aufgaben von neueren, modernen Modulen übernommen.

Das Modul ist heute nicht mehr viel mehr ein Lagerraum, zudem sind Solarzellen daran angebracht. Es hat aber immerhin eine Länge von 12,6 Metern und einen Durchmesser von 4,1 Metern und war eine echte Weltneuheit: Ein Modul wurde in Russland entwickelt, und zwar im Auftrag der USA.

Destiny

Destiny ist ein US-amerikanisches Forschungsmodul. Hier werden Experimente zur Mikrogravitation, Biologie, Ökologie, Astronomie und Technologie durchgeführt. Außerdem gibt es ein großes Fenster zur Erdbeobachtung.

Das Modul hat eine Länge von 8,5 Metern und einen Durchmesser von 4,3 Metern und eine Masse von 14,5 Tonnen. Die Wand des Moduls ist mit einem Mikrometeoritenschutz ausgelegt, in seinem Inneren gibt es 24 kleine Standard-Racks, die zum Teil für wissenschaftliche Experimente genutzt werden.

Columbus

Columbus ist ein europäisches Forschungsmodul, der Bau erfolgte zum Großteil in Bremen, gesteuert wird es vom Columbus-Kontrollzentrum in Oberpfaffenhofen nahe München. Es hat eine Länge von 6,87 Metern und einen Durchmesser von 4,47 Metern.

Columbus ist ein reines Forschungsmodul mit zahlreichen Experimenten, zum Beispiel:

  • Das Solar Monitoring Observatory, ein Sonnenobservatorium mit verschiedensten Experimenten rund um unseren Heimatstern
  • Das Atomic Clock Ensemble in Space, zwei extrem genaue Atomuhren zur Verbesserung von Zeitbestimmung und Navigation und zur Überprüfung der Relativitätstheorie
  • Das Biolab ist in einem der Racks angebracht und untersucht die Auswirkungen der Bedingungen des Weltraums auf Mikroorganismen, Pflanzen, Gewebe und andere Lebewesen

Über die europäische Raumfahrt und auch das Columbus-Modul habe ich hier mehr geschrieben.

Bigelow Expandable Activity Module

Das Bigelow Expandable Activity Module ist ein besonderes Modul, denn es ist kommerziell und wurde von der Firma Bigelow Aerospace entwickelt. Das Besondere an ihm ist, dass es sich aufblasen lässt und somit extrem leicht ist, aber dennoch bewohnt werden kann, die dünne Hülle schützt ausreichend vor Mikrometeoriten und Strahlung.

internationale raumstation, beam-modul
Originalgetreue Kopie des an die Internationale Raumstation angekoppelten aufblasbaren Moduls

Das Bigelow Expandable Activity Module ist nur der erste Schritt, nach dem Test auf der ISS soll genau mit dieser Technologie das erste Weltraumhotel im Orbit eröffnen. Dafür muss zunächst lediglich ein zweites Modul als Luftschleuse gebaut werden, dann könnte der Bau des Weltraumhotels schon 2021 beginnen.

Swesda

Swesda ist ein russisches Wohnmodul und eines der wichtigsten Module für die Internationale Raumstation. Es ist ganze 13,1 Meter lang und durchmisst 4,15 Meter, seine Masse beträgt 19,1 Tonnen.

Swesda beherbergt zwei Schlafkabinen, eine Toilette, eine Küche, eine Möglichkeit zum Waschen, Lebenserhaltung, Trainingsgeräte und Steuereinrichtungen. Außerdem befindet sich im Modul die Luftschleuse, durch die Astronauten einen Weltraumspaziergang unternehmen können, eine Andockstation für ankommende Raumschiffe und einige Solarzellen.

Canadarm2

Canadarm2 ist ein kanadischer Roboterarm, der an der Internationalen Raumstation montiert ist. Mit ihm werden Anlagen bedient, Reparaturen und Wartungen vorgenommen, neue Module angebaut und ankommende Raumschiffe eingefangen. Dadurch sind weniger teure und riskante Weltraumspaziergänge nötig.

Gesteuert wird er von den Astronauten im Inneren der Station aus dem Destiny-Modul. Der Roboterarm kann 100 Tonnen bewegen, das entspricht in etwa der Masse eines Space Shuttles, zudem kann er an verschiedenen Orten an der Station angebracht werden.

Kibō

Kibō ist ein japanisches Modul und das größte Modul der ISS, vier Astronauten können sich gleichzeitig darin aufhalten und 23 der Standard-Racks finden Platz.

Kibō ist ein reines Wissenschaftsmodul. Schwerpunkt der hier durchgeführten Experimente ist die Weltraummedizin, hier werden also die Auswirkungen von Mikrogravitation, kosmischer Strahlung und langer Abgeschiedenheit auf den Menschen erforscht. Aber auch Experimente zur Materialwissenschaft und biologische Forschungen finden Platz.

Das waren nur die wichtigsten Module, es gibt noch zahlreiche begehbare Teile und noch viel mehr kleine nicht unter Druck stehende Module, etwa zur Erforschung von Neutronensternen, der Höhenstrahlung und natürlich Solarzellen.

Versorgung der ISS

Eine Internationale Raumstation ist natürlich das eine, der Betrieb einer solchen ist jedoch noch viel schwerer und teurer. Zwar hat die Station inzwischen eine gewisse Autarkie, so wird etwa das Wasser aus dem Urin der Astronauten und die Energie aus hauseigenen Solarzellen gewonnen, doch nach wie vor müssen Nahrung, Treibstoff, Stickstoff, Sauerstoff und hin und wieder auch Wasser zur Raumstation transportiert werden.

Das fundamentale Konzept der Internationalen Raumstation ist, dass Raumschiffe aus der ganzen Welt andocken können. Man einigte sich auf gemeinsame Standards, sodass jedes Land und sogar private Unternehmen ihre Raumschiffe bauen und zur Station schicken können.

Derzeit versorgen die russische Progress und das japanische HTV die Station, aber auch private Unternehmen, die von der NASA unterstützt wurden, um sie bei der Versorgung abzulösen. Die NASA kümmert sich nämlich inzwischen um den Bau eines neuen Raumschiffs, das Orion MPCV, mit diesem möchte sie allerdings zum Mond fliegen.

Daher versorgt nun auch Cygnus von Orbital Sciences die Internationale Raumstation und natürlich SpaceX mit der Dragon 1, die jedoch mittlerweile ausgemustert ist. In Zukunft soll es aber erst richtig los gehen, denn SpaceX entwickelt nun seine Cargo Dragon 2, ein neuer wiederverwendbarer Raumtransporter.

Ein weiteres Zukunftsprojekt ist der Dream Chaser, eine Mini-Version des Space Shuttles, das ab 12.023 HE die Internationale Raumstation mit Fracht versorgen soll, wie ein Flugzeug landen kann und wiederverwendbar ist. Als möglicher Landeplatz ist sogar der Flughafen Rostock-Laage vorgesehen, vielleicht können wir also bald in Deutschland Raumschiffe von der Internationalen Raumstation landen sehen.

internationale raumstation, dream chaser
Versorgen diese Mini-Shuttles bald die Internationale Raumstation?

Hier ist mal eine Übersicht einiger Versorgungsraumschiffe für die Internationale Raumstation:

 ProgressCygnusHTVATVCargo Dragon 2Dream Chaser
TrägerSojusAntares Atlas 5H-IIAriane 5Falcon 9Vulcan
EntwicklerRos- kosmosOrbitalJAXAESASpaceXSierra Nevada
Wieder-verwendbar?NeinNeinNeinNeinJaJa
Startkapazität (t)2,43,7567,765,5
Erstflug11.978 HE12.014 HE12.009 HE12.008 HE12.020 HE12.021 HE
Statusaktivaktivaktivinaktivgeplantgeplant

Weniger vielfältig sind die Möglichkeiten, Menschen zur Raumstation zu bringen. Seit dem Ende der Space Shuttles ist die russische Sojus der einzige bemannte Zugang zur Station. Dies führt häufig zu Engpässen, so ist es häufig schwierig, die Station dauerhaft bemannt zu halten.

Zudem passen in eine Sojus-Kapsel drei Astronaut*innen, mit zwei angedockten Kapseln könnten im Notfall also maximal sechs Astronauten evakuiert werden. Somit kann die Internationale Raumstation ihre maximale Besatzungsstärke nur selten erreichen, meist sind lediglich sechs Menschen dort, hin und wieder auch drei.

Ein Aufenthalt auf der Raumstation dauert sechs Monate. Von sechs Astronaut*innen verlassen also drei die Station und drei neue kommen hinzu. Die verbliebenen drei fliegen dann nach drei Monaten zurück, während die neuen drei danach nochmal drei Monate haben.

Wenn die alten Astronaut*innen die Internationale Raumstation schon verlassen haben und die neuen noch nicht angekommen sind, befinden sich also lediglich drei Menschen dort.

Die NASA entwickelt wie gesagt kein eigenes neues Raumschiff für die Internationale Raumstation, ihr Orion MPCV könnte zwar theoretisch auch dorthin fliegen, seine Kapazitäten werden aber vermutlich komplett für astronautische Flüge zum Mond verwendet.

Deshalb ist der nächste Schritt, dass private Unternehmen nicht nur Fracht auf die Internationale Raumstation bringen, sondern auch Menschen. Dafür müssen diese natürlich eigene Raumschiffe entwickeln und lange schien niemand dazu in der Lage.

Mittlerweile haben jedoch zwei Firmen ein astronautisches Raumschiff entwickeln können, SpaceX die Dragon 2 (über die ich hier mehr geschrieben habe) von der auch eine astronautische Version gebaut wird und Boeing den Starliner, der sogar wiederverwendet werden soll. Beide können sieben Astronaut*innen transportieren.

Künftig werden also drei astronautische Raumschiffe die Internationale Raumstation erreichen können, damit verliert Russland seine Monopolstellung und die Preise werden sinken. Das ist auch nötig, denn die NASA benötigt das Budget für ihr Mondprogramm.

Hier ist eine Liste der astronautischen Systeme, welche die Internationale Raumstation erreichen könnten:

 Space ShuttleSojusDragon 2StarlinerOrion MPCV
TrägerSpace ShuttleSojusFalcon 9Atlas V Delta IV Falcon 9SLS
EntwicklerNASARos- kosmosSpaceXBoeingNASA
Wieder-verwendbar?JaNeinNeinJaNein
Erstflug11.981 HE11.967 HE12.020 HE12.021 HE12.022 HE
Besatzung83776
Statusinaktivaktivgeplantgeplantgeplant

Die beiden neuen Raumschiffe sind viel moderner, die Dragon 2 wird etwa über ausfahrbare Touchpads bedient, der Starliner ist wiederverwendbar und verfügt über LED-Beleuchtung und einen Bordcomputer in Form eins Tablets – sie könnten direkt einem Science Fiction-Film entsprungen sein.

Weltraumtourismus auf der Raumstation

Sie werden ganz neue Möglichkeiten für die Internationale Raumstation schaffen, so wird sie wieder häufiger von neun Menschen bewohnt sein und aufgrund der zusätzlichen Kapazitäten soll auch der Weltraumtourismus wieder aufgenommen werden. Tatsächlich flog der erste Weltraumtourist, Dennis Tito, schon 12.001 HE mit Space Adventures zur Internationalen Raumstation.

Das war jedoch alles etwas holprig, denn die NASA war von Anfang an dagegen, schließlich wird die Internationale Raumstation von Steuerzahler*innen bezahlt und überhaupt ist sie kein Ort zum Urlaub machen, überall sind sensible Instrumente. So wurde Tito keine Sekunde aus dem Auge gelassen.

Dennoch folgten weitere Weltraumtouristen, inzwischen sind es sieben, wobei der Weltraumtourismus nach Ende des Space Shuttles auf Eis gelegt wurde, da die Kapazitäten sowieso knapp waren und diese für die wissenschaftlichen Astronauten reserviert sind.

Aufgrund der nun neu entstehenden Beförderungskapazitäten wird der Weltraumtourismus auf der Raumstation jedoch nicht nur wieder hergestellt, sondern sogar ausgebaut. Regelmäßig, etwa zweimal im Jahr, sollen Weltraumtourist*innen mit der Dragon 2 und dem Starliner für 30 Tage auf die Internationale Raumstation fliegen.

So könnten ein Dutzend Weltraumtouristen pro Jahr die Station besuchen, das wäre ein bedeutender Fortschritt und das erste Mal, dass man wirklich von regelmäßigem Tourismus im Weltraum sprechen könnte.

Lohnt sich die Internationale Raumstation?

Die Internationale Raumstation ist aber auch eines der kontroversesten Themen der Wissenschaft. Die Frage, ob sie sich lohnt, spaltet selbst Raumfahrt-Enthusiasten.

Um diese Frage zu beantworten, müsste man erstmal herausfinden, wie viel sie denn gekostet hat und das ist gar nicht so einfach, schließlich fließen darin auch die Entwicklungskosten und die Kosten der Versorgung ein. Seitens der NASA waren ursprünglich 40 Milliarden US-Dollar geplant, das erwies sich jedoch schnell als illusorisch, weshalb die NASA danach keine Kosteneinschätzungen mehr herausgab.

Die ESA hingegen geht insgesamt von Kosten von 100 Milliarden Euro aus. Das klingt dramatisch viel und es ist auch die teuerste Maschine in der Geschichte der Menschheit, von diesen 100 Milliarden entfallen jedoch nur acht Milliarden auf Europa. Deutschland bezahlt davon wiederum nur 41%. So kostet die Internationale Raumstation jede*n Deutsche*n pro Jahr etwa 2,50 Euro.

Das ist für eine permanent besetzte Raumstation im Erdorbit doch wirklich nicht viel, ganz abgesehen davon, dass die Station sich durch die Erkenntnisse, die sie auch langfristig bringen wird, wohl sowieso selbst finanzieren wird, Experimente aus insgesamt 63 Ländern zu Astronomie, Biologie, Klimatologie, Medizin, Physik und Materialwissenschaften wurden durchgeführt.

Ein Cygnus-Raumfrachter brachte beispielsweise ein Experiment zur ISS, welches den kältesten Ort des Universums erzeugt hat. Atome wurden auf ein Milliardstel Grad über den absoluten Nullpunkt gekühlt. Das wiederum könnte eines Tages helfen, Strom über weite Strecken verlustfrei zu transportieren.

Exploration ist der edelste Zweck überhaupt und bedarf keiner Rechtfertigung. Nun mag man behaupten, die Internationale Raumstation sei keine Exploration, schließlich umkreist sie ja nur Tag für Tag die Erde. Doch natürlich gehört sie zur Exploration, wenn Menschen zum Mond oder zum Mars fliegen und dort bleiben, dann müssen die Auswirkungen langer Weltraumaufenthalte auf Menschen bekannt sein.

Und vom Mond aus wiederum kann man ganz andere Dinge machen, man kann eine autarke Kolonie errichten, Rohstoffe abbauen, Teleskope bauen und andere wissenschaftliche Experimente durchführen. So ist die Internationale Raumstation von beispielloser Bedeutung für Phase 2 – den Vorstoß in den tiefen Weltraum.

Abgesehen davon übt es auf jeden Menschen eine Faszination auf, wenn er am Himmel die ISS als schnellen hellen Punkt sieht und weiß, dass gerade Menschen dort oben leben. Und es ist ein Beweis dafür, was die Menschheit schaffen kann, wenn sie ihre Kräfte bündelt, zusammenarbeitet und kooperiert. Dinge wie Alexander Gersts Botschaft an seine Enkelkinder aus der Cupola der Raumstation haben einen ganz eigenen Wert, gerade in Zeiten von aufstrebendem Nationalismus.

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Die Zukunft der Internationalen Raumstation

Nationalismus, ein gutes Stichwort. Wie geht es weiter mit der ISS? Schon häufig kündeten einige Länder an, sich zurückziehen zu wollen, Russland etwa wollte die ISS-Module abmontieren und zu einer eigenen Raumstation zusammenbauen.

Derzeit sieht es so aus, als würde die Internationale Raumstation noch bis 12.028 HE, vielleicht bis 12.030 HE betrieben werden, also so lange, wie es technologisch möglich ist. Gegen Ende des Jahrzehnts wird die Leistung der Solarzellen jedoch massiv abgenommen haben, die Außenhülle durch Mikrometeoriten zerstört und der Innenraum verschlissen sein.

Dann wird man die ISS kontrolliert in der Erdatmosphäre verglühen lassen, sie ist so groß, dass vermutlich Teile den Boden erreichen, weshalb man ein unbewohntes Gebiet im Pazifik ansteuern wird, den sogenannten Raumschiff-Friedhof.

Vorher werden jedoch noch einige wichtige Experimente durchgeführt werden. Vor allem die Experimente für tiefere Flüge ins All werden in den kommenden Jahren in den Fokus rücken, etwa die psychischen Auswirkungen von Langzeitaufenthalten im All oder die Möglichkeit von Kälteschlaf für längere Raumreisen, über die ich hier schon mal schrieb.

Auch neue Module werden noch kommen, die Internationale Raumstation wird also noch größer und am Himmel auch heller werden. Geplant ist etwa das große russische Forschungsmodul Nauka mit einem zweiten Roboterarm, der in Europa entwickelt wird. Dieses Modul soll 12.021 HE montiert werden. Für 12.022 HE ist die Montage zweier russischer Forschungs- und Energiemodule geplant.

Auch über ein großes neues Wohnmodul, welches die maximale Besatzungsstärke auf elf erhöht hätte, wurde diskutiert. Umgesetzt werden aber dafür mehrere privat betriebene Module der Firma Axiom Space, die 12.024 HE mit einer Dragon 2 montiert werden. Es soll auch eine zweite Aussichtskuppel installiert werden.

Zurück zum Mond

Die Internationale Raumstation ist der Anfang, ein guter Anfang, doch wir können nicht ewig beim Anfang bleiben.

Die Internationale Raumstation fliegt nun dem Ende ihrer Betriebszeit entgegen. Die Erfahrungen, die man mit der Raumstation gemacht hat, sollen nun für den Aufbau einer neuen internationalen Raumstation im Orbit des Mondes verwendet werden. So wie in der ISS sollen Raumfahrer*innen dort langfristig leben und arbeiten, aber 1.000-mal weiter von der Erde entfernt als in der ISS.

Diese Raumstation trägt den Namen Lunar Gateway und soll anders als die ISS nicht permanent besetzt sein. Dennoch ist sie viel anspruchsvoller als die Internationale Raumstation, der Flug dorthin dauert zweieinhalb Tage statt wenige Stunden und die kosmische Strahlung ist dreimal intensiver als auf der ISS.

Dieser Faktor, den man nur am Mond testen kann, ist sehr wichtig für einen ersten astronautischen Flug tief in unser Sonnensystem, etwa zum Mars, zur Venus oder zu einem Asteroiden. Die Internationale Raumstation war der Ort, wo der Mensch gelernt hat, im Weltraum zu überleben. Der Mond wird der Ort, an dem der Mensch lernen wird, dauerhaft fernab der Erde zu leben.

Und wem das als Begründung für die Internationale Raumstation noch nicht reicht, für den verweise ich auf den anderen Grund für ihren Betrieb: Es ist einfach cool, etwas zu haben, wie die Internationale Raumstation.

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