Wie Weltraumstationen Funktionieren

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Weltraumstationen ermöglichen es astronauten, im erdorbit zu leben und zu arbeiten. In diesem artikel erfahren sie mehr über raumstationen und die funktionsweise von raumstationen.

Bei der Erkundung der Westgrenze der Vereinigten Staaten hatten Pioniere Forts oder Stützpunkte, an denen sie abreisten, um sich in die unerforschten Gebiete zu begeben. Im frühen 20. Jahrhundert träumten bahnbrechende Weltraumforscher wie Hermann Oberth, Konstantin Tsiolkovsky, Hermann Noordung und Wehrner von Braun von riesigen Weltraumstationen, die die Erde umkreisen. Wie Forts an der Westgrenze planten diese Wissenschaftler Raumstationen als Ausgangspunkt für die Erkundung des Weltalls.

Wehrner von Braun, der Architekt des amerikanischen Weltraumprogramms, integrierte Raumstationen in seine langfristige Vision der US-Weltraumforschung. Um von Brauns zahlreichen Weltraumartikeln in populären Magazinen zu begleiten, zeichneten Künstler Konzepte von Raumstationen. Diese Artikel und Zeichnungen förderten die öffentliche Vorstellungskraft und das Interesse an der Erforschung des Weltraums, was für die Einrichtung des US-amerikanischen Raumfahrtprogramms unerlässlich war (weitere Informationen finden Sie unter Funktionsweise des Weltraumrennens).

In diesen Raumstationskonzepten lebten und arbeiteten Menschen im Weltraum. Die meisten Stationen waren radähnliche Strukturen, die sich drehten, um künstliche Schwerkraft zu erzeugen. Wie in jedem Hafen reisten Schiffe zum und vom Bahnhof. Die Schiffe transportierten Fracht, Passagiere und Vorräte von der Erde. Die abfliegenden Flüge gingen zur Erde, zum Mond, zum Mars und darüber hinaus. Wie Sie wissen, ist dieses allgemeine Konzept nicht mehr nur eine Vision von Wissenschaftlern, Künstlern und Science-Fiction-Autoren. Aber welche Schritte wurden unternommen, um solche Orbitalstrukturen aufzubauen? Während die Menschheit die vollen Visionen von von Braun und anderen noch nicht verwirklicht hat, hat der Bau von Weltraumstationen erhebliche Fortschritte gemacht.

Die Vereinigten Staaten und Russland hatten seit 1971 Weltraumstationen im Orbit. Die ersten Weltraumstationen waren das russische Salyut-Programm, das Skylab-Programm in den USA und das russische Mir-Programm. Und seit 1998 bauen und betreiben die Vereinigten Staaten, Russland, die Europäische Weltraumorganisation, Kanada, Japan und andere Länder die Internationale Weltraumstation (ISS) im Erdorbit. Mit der ISS leben und arbeiten Menschen seit über 10 Jahren im Weltraum.

In diesem Artikel werden die frühen Raumstationsprogramme, die Verwendung von Raumstationen und die zukünftige Rolle von Raumstationen bei der Erforschung des Weltraums untersucht. Lassen Sie uns zunächst aber genauer überlegen, warum viele Menschen glauben, wir sollten Raumstationen bauen.

Warum sollten wir Weltraumstationen bauen?

Außenansicht einer Bernal-Kugel-Raumstation, in der die Kugel der Wohnraum ist

Außenansicht einer Bernal-Kugel-Raumstation, in der die Kugel der Wohnraum ist

Für den Bau und Betrieb von Weltraumstationen gibt es verschiedene Gründe, darunter Forschung, Industrie, Erkundung und sogar Tourismus. Die ersten Weltraumstationen wurden gebaut, um die Langzeitwirkungen der Schwerelosigkeit auf den menschlichen Körper zu untersuchen. Wenn sich Astronauten jemals zum Mars oder zu anderen Planeten begeben, müssen wir wissen, wie sich die Mikrogravitation in der Größenordnung von Monaten bis Jahren auf ihre Gesundheit auswirkt.

Weltraumstationen sind ein Ort, an dem innovative wissenschaftliche Forschung in einer Umgebung durchgeführt werden kann, die auf der Erde nicht zu finden ist. Zum Beispiel verändert die Schwerkraft die Art und Weise, wie Atome zu Kristallen zusammenkommen. In der Schwerelosigkeit können nahezu perfekte Kristalle gebildet werden. Solche Kristalle können bessere Halbleiter für schnellere Computer oder für effizientere Medikamente zur Bekämpfung von Krankheiten liefern. Ein weiterer Effekt der Schwerkraft ist, dass sich Konvektionsströme in Flammen bilden, die zu instabilen Flammen führen. Dies macht die Untersuchung der Verbrennung sehr schwierig. In der Schwerelosigkeit ergeben sich jedoch einfache, stetige, sich langsam bewegende Flammen. Diese Arten von Flammen erleichtern die Untersuchung des Verbrennungsprozesses. Die daraus resultierenden Informationen könnten zu einem besseren Verständnis des Verbrennungsprozesses führen und zu besseren Konstruktionen von Öfen oder zur Verringerung der Luftverschmutzung durch eine effizientere Verbrennung führen.

Von hoch über der Erde bieten Weltraumstationen einzigartige Ausblicke, um das Wetter der Erde, die Landformen, die Vegetation, die Ozeane und die Atmosphäre zu untersuchen. Da Weltraumstationen über der Erdatmosphäre liegen, können sie außerdem als bemannte Observatorien verwendet werden, an denen Weltraumteleskope auf den Himmel schauen können. Die Erdatmosphäre greift nicht in die Sicht von Weltraumstationsteleskopen ein. Tatsächlich haben wir bereits die Vorteile von unbemannten Weltraumteleskopen wie dem Weltraumteleskop Hubble gesehen.

Raumstationen könnten für Weltraumhotels verwendet werden. Hier könnten private Unternehmen wie Virgin Galactic Touristen von der Erde zu Weltraumhotels für kurze Besuche oder längere Aufenthalte bringen. Zu diesem Zweck behauptet Galactic Suite, ein privates Unternehmen mit Sitz in Barcelona, ​​Spanien, das von Raumfahrtingenieur Xavier Calramunt geleitet wird, behauptet, bis 2012 ein Weltraumhotel im Orbit zu haben. Noch größere Erweiterungen des Tourismus sind, dass Raumstationen zu Weltraumhäfen werden könnten Für Expeditionen zu den Planeten und Sternen oder sogar zu neuen Städten und Kolonien, die einen überbevölkerten Planeten entlasten könnten.

Nun, da Sie wissen, warum wir sie brauchen könnten, besuchen wir einige Raumstationen. Wir beginnen mit dem russischen Salyut-Programm - der ersten Weltraumstation.

Saljut: die erste Raumstation

Diagramm der Salyut-4-Raumstation, die an ein Sojus-Raumschiff angedockt ist

Diagramm der Salyut-4-Raumstation, die an ein Sojus-Raumschiff angedockt ist

Russland (damals als Sowjetunion bekannt) platzierte zuerst eine Raumstation. Die Salyut 1 Station, die 1971 in den Orbit ging, war eigentlich eine Kombination aus Almaz und Sojus Raumfahrzeugsysteme. Das Almaz-System wurde ursprünglich für militärische Zwecke des Weltraums konzipiert, wurde jedoch für die zivile Raumstation Salyut eingesetzt. Das Sojus-Raumschiff brachte Kosmonauten von der Erde zur Raumstation und zurück.

Salyut 1 war etwa 15 Meter lang und enthielt drei Hauptfächer, in denen sich Ess- und Erholungsbereiche, Lebensmittel- und Wasserspeicher, eine Toilette, Kontrollstationen, Trainingsgeräte und wissenschaftliche Geräte befanden. Ursprünglich sollte die Sojus-10-Crew an Bord von Salyut 1 leben, aber ihre Mission wurde mit Anlegeproblemen geplagt, die sie daran hinderten, die Raumstation zu betreten. Die Sojus-11-Besatzung war die erste Besatzung, die erfolgreich auf Salyut 1 gelebt hat, was 24 Tage lang der Fall war. Die Besatzung von Sojus 11 starb jedoch auf tragische Weise bei der Rückkehr zur Erde, als die Sojus-11-Kapsel während des Wiedereintritts drucklos gemacht wurde. Weitere Missionen nach Salyut 1 wurden abgebrochen, und die Sojus-Sonde wurde umgestaltet.

Nach Sojus 11 starteten die Sowjets eine weitere Raumstation, Salyut 2, die jedoch den Orbit nicht erreichte. Die Sowjets folgten mit Saljuts 3-5. Bei diesen Flügen wurde die neue Sojus-Sonde getestet, und die Besatzungen besetzten diese Stationen für immer längere Missionen. Ein Nachteil dieser Weltraumstationen war, dass sie nur einen Docking-Port für das Sojus-Raumschiff besaßen und von anderen Schiffen nicht mehr von der Erde versorgt werden konnten.

Am 29. September 1977 starteten die Sowjets Salyut 6. In dieser Station befand sich ein zweiter Dockinghafen, an dem die Station von einem unbemannten Docking-Versorgungsschiff versorgt werden konnte Fortschritt. Salyut 6 war zwischen 1977 und 1982 in Betrieb. 1982 wurde mit Salyut 7 das letzte Salyut-Programm gestartet. Es beherbergte 11 Besatzungen und war 800 Tage lang bewohnt. Das Salyut-Programm führte schließlich zur Entwicklung der russischen Raumstation Mir, über die wir später sprechen werden. Schauen wir uns zunächst die erste Weltraumstation Amerikas an: Skylab.

Skylab: Amerikas erste Raumstation

Skylab 1 nach seiner Reparatur im Orbit - Beachten Sie den goldenen Sonnenschirm.

Skylab 1 nach seiner Reparatur im Orbit - Beachten Sie den goldenen Sonnenschirm.

Die Vereinigten Staaten platzierten ihre erste und einzige Raumstation, genannt Skylab 1, im Orbit 1973. Während des Starts wurde die Station beschädigt. Ein kritischer Meteoroidschild und eines der beiden Hauptsolarmodule der Station wurden abgerissen und das andere Solarmodul wurde nicht vollständig ausgestreckt. Das bedeutete, dass Skylab wenig Strom hatte und die Innentemperatur auf 52 Grad Celsius stieg.

Die erste Crew, Skylab2, wurde 10 Tage später gestartet, um die angeschlagene Station zu reparieren. Die Besatzung bestand aus Commander Charles "Pete" Conrad, Paul Weitz und Joseph Kerwin. Die Astronauten von Skylab 2 streckten das verbleibende Sonnenkollektor aus und stellten einen sonnenschirmartigen Sonnenschirm auf, um die Station zu kühlen. Nach der Reparatur der Station verbrachten die Astronauten 28 Tage lang im Weltraum mit wissenschaftlichen und biomedizinischen Forschungen.

Skylab wurde von der dritten Stufe einer Saturn-V-Mondrakete modifiziert und bestand aus folgenden Teilen:

  • Orbitalwerkstatt - Wohn- und Arbeitsräume für die Crew
  • Airlock-Modul - Erlaubt den Zugang zur Außenseite der Station
  • Mehrfach-Docking-Adapter - Erlaubte, dass mehr als ein Apollo-Raumschiff gleichzeitig an der Station andocken konnte (es gab jedoch niemals überlappende Crews in der Station.)
  • Apollo Teleskophalterung - Teleskope zur Beobachtung von Sonne, Sternen und Erde (Beachten Sie, dass das Weltraumteleskop Hubble noch nicht gebaut wurde.)
  • Apollo-Raumschiff - Kommando- und Servicemodul zum Transport der Besatzung zur und von der Erdoberfläche

Skylab war mit zwei zusätzlichen Crews besetzt. Skylab 3 bestand aus Commander Alan Bean und den Astronauten Jack Lousma und Owen Garriot. Sie verbrachten 59 Tage im Weltall. Die letzte Crew, Skylab 4, bestand aus Commander Gerald Carr und den Astronauten William Pogue und Edward Gibson. Diese Crew verbrachte 84 Tage im Orbit, führte Experimente durch und fotografierte den Kometen Kohoutek.

Skylab war nie als dauerhaftes Zuhause im Weltraum gedacht, sondern eher als eine Werkstatt, in der die Vereinigten Staaten die Auswirkungen testen konnten lange Weltraumflüge (dh länger als zwei Wochen, um zum Mond zu gelangen) über den menschlichen Körper. Als der Flug der dritten Besatzung beendet war, wurde Skylab aufgegeben. Skylab blieb in der Luft, bis seine Umlaufbahn aufgrund intensiver Sonneneruptionen schneller als erwartet abfiel. Skylab trat erneut in die Erdatmosphäre ein und brannte 1979 über Australien.

Als nächstes Mir - die erste permanente Raumstation.

Mir: die erste permanente Raumstation

Die Raumstation Mir mit einem angedockten Space Shuttle

Die Raumstation Mir mit einem angedockten Space Shuttle

1986 starteten die Russen den Mir Raumstation, die ein festes Zuhause im Weltraum sein sollte. Die erste Besatzung, die Kosmonauten Leonid Kizim und Vladymir Solovyov, pendelte zwischen den zurückgetretenen Saljut 7 und Mir. Sie verbrachten 75 Tage an Bord der Mir. Mir wurde in den nächsten 10 Jahren ständig bemannt und gebaut und bestand aus folgenden Teilen:

  • Wohnquartier - Einzelne Mannschaftskabinen, WC, Dusche, Küche und Mülldeponie untergebracht
  • Übergabefach - wo zusätzliche Stationsmodule angeschlossen werden könnten
  • Zwischenfach - angeschlossenes Arbeitsmodul an den hinteren Docking-Ports
  • Montagefach - beherbergte die Kraftstofftanks und die Raketentriebwerke
  • Kvant-1-Astrophysik-Modul - enthielt Teleskope, um Galaxien, Quasare und Neutronensterne zu untersuchen
  • Kvant-2 wissenschaftliches und Luftschleusenmodul - Ausrüstung für biologische Forschung, Erdbeobachtungen und Weltraumspaziergänge zur Verfügung gestellt
  • Kristall technologisch Modul - verwendet für biologische und Materialverarbeitungsversuche; enthielt einen Docking-Port, der vom US-amerikanischen Space Shuttle genutzt werden konnte
  • Spektr Modul - zur Untersuchung und Überwachung der natürlichen Ressourcen der Erde und der Erdatmosphäre sowie zur Unterstützung biologischer und materialwissenschaftlicher Experimente
  • Priroda Fernerkundungsmodul - Enthaltenes Radar und Spektrometer zur Untersuchung der Erdatmosphäre
  • Andockmodul - enthaltene Ports für zukünftige Shuttle-Dockings
  • Fortschritt Versorgungsschiff - unbemanntes Nachschubschiff, das neue Nahrungsmittel und Ausrüstung von der Erde brachte und Abfallmaterial aus der Station entfernte
  • Sojus-Raumschiff - Haupttransport zur und von der Erdoberfläche

1994 verbrachten NASA-Astronauten (einschließlich Norm Thagard, Shannon Lucid, Jerry Linenger und Michael Foale) zur Vorbereitung der Internationalen Raumstation ISS an Bord der Mir. Während des Aufenthalts von Linenger wurde Mir durch ein Brand an Bord beschädigt. Während des Aufenthalts von Foale stürzte ein Versorgungsschiff Progress gegen Mir.

Die russische Raumfahrtbehörde konnte es sich nicht mehr leisten, Mir aufrechtzuerhalten. Die NASA und die russische Raumfahrtbehörde hatten geplant, die Station zu junkeln, um sich auf die ISS zu konzentrieren. Eine private Bewegung (Keep Mir Alive!) Und eine Firma (MirCorp) haben sich öffentlich für die Reparatur und Privatisierung der alternden Raumstation eingesetzt. Die russische Weltraumbehörde beschloss jedoch am 16. November 2000, Mir auf die Erde zu bringen. Im Februar 2001 wurden Mirs Raketentriebwerke abgefeuert, um sie zu verlangsamen. Am 23. März 2001 trat Mir wieder in die Erdatmosphäre ein, verbrannte und löste sich auf. Trümmer stürzten im Südpazifik etwa 1.667 km östlich von Australien ab. Dies war das Ende der ersten permanenten Raumstation.

Nun werfen wir einen Blick auf die Internationale Raumstation.

Die Internationale Raumstation (ISS)

Die Internationale Raumstation

Die Internationale Raumstation

Präsident Ronald Reagan schlug 1984 vor, dass die Vereinigten Staaten in Zusammenarbeit mit anderen Ländern eine dauerhaft bewohnte Raumstation errichten sollten. Reagan stellte sich eine Station vor, die von Regierung und Industrie unterstützt werden sollte. Um mit den enormen Kosten der Station zu helfen, haben die USA mit 14 anderen Ländern (Kanada, Japan, Brasilien und der USA) kooperiert Europäische Weltraumorganisation, bestehend aus: Großbritannien, Frankreich, Deutschland, Belgien, Italien, den Niederlanden, Dänemark, Norwegen, Spanien, der Schweiz und Schweden. Bei der Planung der ISS und nach dem Sturz der Sowjetunion haben die Vereinigten Staaten Rußland 1993 aufgefordert, an der ISS mitzuarbeiten. Damit stieg die Anzahl der teilnehmenden Länder auf 16. Die NASA übernahm bei der Koordinierung des Aufbaus der ISS die Führung.

Die Montage der ISS im Orbit begann 1998. Am 31. Oktober 2000 wurde die erste Besatzung der ISS aus Russland gestartet. Die dreiköpfige Crew verbrachte fast fünf Monate an Bord der ISS, aktivierte Systeme und führte Experimente durch. Die ISS ist seitdem besetzt und soll 2011 fertiggestellt werden.

Für 2011 ist auch der Start eines Umlauflabors mit dem Namen Tiangong-1 in China geplant. Im Oktober 2003 startete China als dritte Nation bemannte Raumsonden. Seitdem hat China ein volles Raumfahrtprogramm einschließlich einer Raumstation entwickelt. Der Tiangong-1 wird in der Lage sein, mehrere Raumsonden von Shenzhou andocken zu können und wird als erstes Modul einer geplanten chinesischen Raumstation dienen, die bis 2020 fertiggestellt sein soll. Die Raumstation kann sowohl zivilen als auch militärischen Zwecken dienen.

Apropos Zukunft, werfen wir einen Blick darauf, was in den Sternen sozusagen für Raumstationen sein könnte.

Die Zukunft der Weltraumstationen

Das Konzept des Künstlers für den Innenraum einer Raumstationskolonie

Das Konzept des Künstlers für den Innenraum einer Raumstationskolonie

Wir beginnen gerade erst mit der Entwicklung von Raumstationen. Die ISS wird gegenüber Salyut, Skylab und Mir eine enorme Verbesserung darstellen. Wir sind jedoch noch weit von der Realisierung großer Weltraumstationen oder -kolonien entfernt, wie sie von Science-Fiction-Autoren erwartet werden. Keine unserer Weltraumstationen hatte bisher Schwerkraft. Ein Grund dafür ist, dass wir einen Ort ohne Schwerkraft wollen, um seine Auswirkungen zu untersuchen. Eine andere ist, dass uns die Technologie fehlt, um eine große Struktur wie eine Weltraumstation praktisch zu drehen, um künstliche Schwerkraft zu erzeugen. In Zukunft wird die künstliche Schwerkraft für Weltraumkolonien mit großen Populationen erforderlich sein.

Eine andere beliebte Idee befasst sich mit der Platzierung einer Raumstation. Die ISS wird aufgrund ihrer Position im niedrigen Erdorbit periodisch neu aufgeladen. Es gibt jedoch zwei Orte zwischen der Erde und dem Mond Lagrange-Punkte L-4 und L-5. An diesen Punkten sind die Schwerkraft der Erde und die Schwerkraft des Mondes im Gleichgewicht, so dass ein dort platzierter Gegenstand nicht auf die Erde oder den Mond gezogen wird. Die Umlaufbahn wäre stabil und erfordert keine Verstärkung. Eine Gesellschaft namens L5 Society wurde vor mehr als 20 Jahren gegründet, um die Idee voranzutreiben, Raumstationen an diesen Punkten in den Orbit zu bringen. Wenn wir mehr von unseren Erfahrungen auf der ISS lernen, können wir größere und bessere Weltraumstationen bauen, die es uns ermöglichen, im Weltraum zu leben und zu arbeiten, und die Träume von von Braun und den frühen Weltraumforschern könnten eines Tages Wirklichkeit werden.

Weitere Informationen zu Raumstationen und verwandten Themen finden Sie in den Links auf der folgenden Seite.


Videoergänzungsan: ISS - Leben auf der Weltraumstation - Doku Deutsch 2018 HD.




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