Raumfahrt - think ING. kompakt 07|2013 by GESAMTMETALL

07|2013

www.think-ing.de

Neues aus der Welt der Ingenieure

Raumfahrt

Raumfahrt nach dem Shuttle

RAUMFAHRT

Intro

Raumfahrt-Outsourcing

Unternehmen greifen nach den Sternen

Privat finanzierte Raumfahrt in Deutschland? Eher kommen einem in diesem Zusammenhang Namen wie Sir Richard Branson in den Sinn. Man denkt an den imposanten Weltraumflughafen in New Mexico und an all die bunten Szenarien touristischer Expeditionen in die Schwerelosigkeit. Seit der Apollo-Mission und dem erfolgreichen Flug zum Mars hat sich allerdings etwas Entscheidendes verändert. Inzwischen basiert die Weiterentwicklung der Raumfahrttechnologie auf der Zusammenarbeit zwischen nationalen Organisationen und privaten Unternehmen. DLR und ESA sind an internationalen Kooperationen beteiligt und unterstützen innovative Formen der privaten Raumfahrtforschung.

Er hat es wieder geschafft. Zum zweiten Mal hat der Drache sich aufgeschwungen in die Weiten des Alls, souverän an die internationale Raumstation ISS angedockt, 500 Kilogramm Vorräte und Materialien für Experimente abgegeben, ausrangierte Gerätschaften und wissenschaftliche Proben an Bord genommen. Am 26. März 2013 um 09:34 Uhr Ortszeit landete der Raumtransporter Dragon im Pazifik, gut 300 Kilometer vor der kalifornischen Küste, wurde von einem Frachter an Bord genommen und über Los Angeles nach McGregor in Texas transportiert. Damit war seine Mission erfolgreich abgeschlossen. Aus finanziellen Gründen bleibt das NASA-

eigene Shuttle seit 2011 in Parkstellung. Menschen reisen seitdem in russischen Sojus-Kapseln zur internationalen Raumstation ISS. Der Flug dauert etwa so lange wie eine Zugfahrt von Köln nach München. Zum Schnäppchenpreis ist er allerdings nicht zu haben: Schlappe 53 Millionen Dollar pro Astronaut kostet das Ticket. Und der Platz fürs Gepäck ist sehr begrenzt. Im Rahmen des NASAProgramms COTS (Commercial Orbital Transportation Services) soll der Markt es nun richten. Die US-Weltraumbehörde greift privaten Firmen bei der teuren Entwicklung eines Raumtransporters großzügig unter die Arme. Zum Beispiel der kalifornischen Firma SpaceX, der nun

ESA-Astronautenkorps Trainieren fürs Weltall

PROJEKT Part Time Scientists

Das Astronauten-Trainingszentrum der ESA in Köln hat einiges zu bieten: Simulierte Schwerelosigkeit im Tauchbecken, Einparken von virtuellen Raumtransportern oder eine Kurzarm-Zentrifuge. weiter auf S. 3+4

Ein deutsches Team nimmt mit Unterstützung ehemaliger Astronauten, der TU Hamburg und der TU Berlin am privaten Wettlauf zum Mond teil. Der Sieger erhält von Google 20 Millionen Dollar. weiter auf S. 5

think ING. kompakt 07|2013

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think ING. kompakt 07|2013 RAUMFAHRt Der Raumtransporter Dragon

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Deutsches Ingenieur-Know-how Deutschland ist bisher an diesen aktuellen Entwicklungen nur indirekt beteiligt. Dennoch gibt es hier viel Ingenieur-Knowhow, vor allem beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt. Am 28. Mai 2013 startete der italienische ESA-Astronaut Luca Parmitano gemeinsam mit einer USKollegin und einem russischen Kosmonauten von Baikonur aus zur ISS. Parmitano hält während seines sechsmonatigen Aufenthaltes in der Schwerelosigkeit den heißen Draht zum Columbus-Kontrollraum in Oberpfaffenhofen. 14 seiner Experimente werden vom DLR betreut. Ein anderes Beispiel ist der Radiation Assessment Detector (RAD), der gemeinsam mit

Marsrover Curiosity zum Roten Planeten flog und die Strahlenbelastung aufzeichnete. Der wird von einem internationalen Wissenschaftler-Team betrieben, an dem auch das DLR und die Christian-AlbrechtsUniversität Kiel beteiligt sind. Raketenpioniere wie der Ingenieur Frank Marco Günzel und der Unternehmer Peer Gehrmann, die auf private Finanzierung und Weltraumtourismus setzen, haben hierzulande allerdings einen schweren Stand. Auf dem Flughafen Cochstedt bei

Burt Rutans SpaceShipOne

Magdeburg wollten sie ein Triebwerk bauen, dann ein komplettes Raumfahrzeug. Um Black Sky mit zwei Menschen bis zu 40 Kilometer hoch in den Orbit zu bringen, fehlte aber das Geld solventer Investoren vom Kaliber Richard Branson. Seit 2012 stehen die zwei deutschen Pioniere in Verhandlung mit der Regierung von Malaysia. Mit etwas Glück könnte Black Sky nun doch noch abheben, dann aber wohl nicht in Cochstedt, sondern in Kuala Lumpur.

Eine ökonomische Raumfahrt Zwar war der Drachenflug kein „großer Schritt für die Menschheit“, wie ihn Neil Armstrong 1969 während der Apollo 11 Mission unternahm. Er stellt aber den zweiten Schritt ins Zeitalter der privaten Weltraumfahrt dar, die bis vor wenigen Jahren ausschließlich staatlich organisiert war. Der Ansari X-Preis gab den ersten Anstoß zu dieser Entwicklung. Die USamerikanische X-Prize Foundation startete diesen Wettbewerb im Jahr 1996. Zehn Millionen Dollar wurden seinerzeit für den ersten privaten und bemannten suborbitalen Raumflug ausgelobt. Und dabei hatte man durchaus die Kosten im Auge. Von privaten Unternehmen erhoffte man sich kreative Ideen und eine ökonomischere Raumfahrt, die auch die Tür zum Weltraumtourismus aufstoßen sollte. 26 Teams aus Großbritannien, Israel, Argentinien, Rumänien und den USA bewarben sich. Die US-Bewerber waren deutlich in der Überzahl. 2004 machte das US-Team Scaled Composites mit dem SpaceShipOne das Rennen. Deutsche Firmen suchte man unter den Bewerbern vergeblich.

Kurze Zeit später gab die US-Regierung grünes Licht für die private Raumfahrt. Richard Branson, Gründer der Fluglinie Virgin, und SpaceShipOne-Entwickler Burt Rutan taten daraufhin ihr Geld und ihr Know-how zusammen, um mit der Weltraum-Firma Virgin Galactic neue touristische Sphären zu erschließen. Inzwischen ist der Bau des Raumflughafens Spaceport America in New Mexico abgeschlossen. Stararchitekt Norman Foster errichtete das futuristische Gebäude mitten in den White Plains. Wenn alles nach Plan läuft, werden hier bald Raumflugzeuge des Typs SpaceShipTwo Touristen ins All befördern – Tickets sind teuer (circa 150.000 Euro) und heiß begehrt. Schwerelosigkeit steht hoch im Kurs, über 300 Passagiere sollen bereits gebucht haben.

der zweite Materialtransport ins All gelang. Sollte Dragon weiter so sicher durch den Orbit navigieren wie bisher, könnten auch bald Astronauten an Bord gehen. Der einzige Konkurrent, Orbital Sciences, kämpft noch mit Startschwierigkeiten. Ein Testflug seiner Trägerrakete Antares musste im April wenige Minuten vor dem Start abgesagt werden. Der Grund: ein gerissenes Kabel.

In einem riesigen Tauchbecken bewegt sich der deutsche Astronaut Alexander Gerst wie schwerelos in einer Raumkapsel-Attrappe

ESA-ASTRONAUTENKORPS

Einparken üben mit dem Weltraumtransporter in Köln-Porz

Man muss zwar nicht Superman oder Superwoman sein, aber der Personalbedarf ist äußerst gering – die ESA hat aktuell 15 Astronauten aus acht verschiedenen Ländern in ihrem Korps, die startklar für den Sternenflug sind. Die Anforderungen in verschiedenen Bereichen wie technisch-naturwissenschaftliches Wissen, Stressresistenz, Belastbarkeit, Konzentrations- und Kommunikationsfähigkeit oder physische und psychische Fitness

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sind extrem hoch. Gerade weil Technik und Naturwissenschaft im Outerspace-Job eine so große Rolle spielen, verwundert es nicht, dass 11 der 15 aktuellen ESA-Astronauten einen ingenieurwissenschaftlichen Studien- und Berufshintergrund besitzen. Der allein reicht allerdings nicht, denn um bemannte Weltraummissionen erfolgreich durchzuführen, müssen die Astronauten bereits auf der Erde mit allen Vorgängen rund um Raumfahrzeug und Raumstation wie im Schlaf vertraut sein. Genau dazu dient eine zentrale europäische Ausbildungseinrichtung – das Europäische Astronautenzentrum (EAC) in Köln. In Modellen von Raummodulen in Originalgröße lässt sich dort der Flug ins All trainieren. In detailgetreu nachgebauten Laboren simuliert man wichtige Experimente, mit speziellen Headsets und in virtueller Realität schwebt man zu Übungszwecken durch nachgebaute Kammern eines Raumschiffs, eine Kurzarm-Zentrifuge beschleunigt den Körper auf das 2,5-Fache des eigenen Gewichts. Man probt mögliche Außeneinsätze im All in einem riesigen Tauchbecken, man lernt, wie man die medizinische ExperimentPlattform Mares bedient, einen SojusTransporter an die ISS andockt oder was zu tun ist, wenn ein automatisches Andock-Manöver mal nicht so funktioniert wie geplant. Ganz oben auf der Trainings-Agenda ste-

hen aber immer wieder die Teamarbeit, das Miteinander auf engstem Raum sowie eine ausgiebige medizinische Betreuung, um den Gesundheitszustand der Astronauten permanent zu kontrollieren.

Die kleinste und trotzdem beliebteste Berufsgruppe der Welt dürfte womöglich jene der Astronauten sein. Der Wunsch, später einmal genau diesen Job auszuüben, ist besonders im Kindesalter millionenfach ausgeprägt. Mit der Aussage „Papa, ich will Astronaut werden!“ haben schon viele halbwüchsige Sprösslinge ihre stolzen Väter konfrontiert. Aber der frühe Jugendtraum verflüchtigt sich dann meist schnell wie eine Sternschnuppe am Nachthimmel. Nur ganz Wenigen ist es vorbehalten, für eine Reise ins Weltall ausgebildet zu werden.

Thomas Pesquet beim Unterwasser-Training

Einzelne Übungsstationen des direkt am Rhein gelegen Trainingszentrums beschäftigen sich mit der Bedienung von robotischen Systemen, dem Erlernen der Schwerelosigkeit, der perfekten Beherrschung aller Steuerungspults, der Kommunikation mit der Bodenstation, möglichen Notfallsituationen oder Notlandungen. Ganz nebenher muss man in den simulierten Kontrollräumen auch noch die Kommandos der Ausbilder wahlweise auf Russisch oder Englisch beantworten – schließlich haben die Europäische Weltraumorganisation ESA und die russische Raumfahrtagentur Roskosmos für die Jahre 2016 und 2018 die Zukunftsvision zweier gemeinsamer Missionen zum Roten Planeten. Die genannten Beispiele machen deutlich, welches Mega-Pensum die ESA-Astronauten in dem riesigen wissenschaftlichen

Das europäische Astronautenkorps der ESA 11 von 15 Sternenfliegern sind Ingenieure

Andre Kuipers Arzt

Alexander Gerst Geophysiker

Frank De Winne Ingenieur, Militärpilot

Hans Schlegel Physiker

Jean-Francois Clervoy Ingenieur

Thomas Pesquet Ingenieur, Pilot

Pedro Duque Ingenieur

Roberto Vittori physiker, militärpilot

Samantha Cristoforetti Ingenieurin

Paolo Nespoli Ingenieur

Alle bisherigen deutschen Astronauten im All listet das DLR auf: Timothy Peake Ingenieur, Militärpilot

Leopold Eyharts Ingenieur, Militärpilot

Wunderland in Köln absolvieren müssen. Insgesamt kommen dabei mehrere hundert Ausbildungsstunden zusammen. Denn es läuft inzwischen anders als zu Zeiten des Shuttle-Programms. Da gab es auf den Missionen noch Spezialisten für verschiedene Jobs. Heute muss jeder Bewohner der Raumstation alle Aufgaben übernehmen können. Allrounder fürs All sind gefragt.

Simulierte Schwerelosigkeit beim Parabelflug im Bauch eines Jumbo-Jets

Die All-Azubis fangen meist in einem Alter zwischen 27 und 37 Jahren an. Zuvor haben sie ein komplexes Auswahlverfahren durchlaufen. Die aktuelle Astronautengeneration wurde beispielsweise im Mai 2009 mit sechs Neuankömmlingen verstärkt, die unter 8.400 hochqualifizierten Bewerbern ausgewählt wurden. Einer davon war der Deutsche Alexander Gerst. Der 37-jährige promovierte Geophysiker und Vulkanforscher, der Bergwandern, Schwimmen und Fechten zu seinen Hob-

Luca Parmitano Ingenieur, Testpilot

Andreas Mogensen Ingenieur

bys zählt, hat mittlerweile nach mehrjährigen Basis- und Spezialkursen in Raumfahrttechnik und Weltraumforschung, vielen Fahrstunden im Raumtransporter, dem Erwerb des Pilotenscheins, dutzendfachem Abtauchen im Raumanzug und einem einwöchigen Überlebenstraining auf Sardinien seine Ernennungsurkunde in der Tasche. Damit ist er startklar und sozusagen vom ESA-TÜV zertifiziert für den Weltraum. Jetzt ist Gerst nur noch heiß darauf, endlich an einer echten Mission teilzunehmen. Seine Chance dazu rückt immer näher, der Termin steht bereits. Anfang 2014 wird er für sechs Monate zur Internationalen Raumstation fliegen. Er wäre dann der elfte Deutsche im All und der dritte Deutsche auf der ISS. Vor ihm hatten Thomas Reiter 2006 und Hans Schlegel 2008 das Vergnügen, den blauen Planeten aus rund 380 Kilometern Höhe zu bestaunen. Für diesen einmaligen Ausblick in ihrem Leben haben Gerst und Co. einen extrem langen und harten Lern- und Trainingsprozess hinter sich gebracht. Genau diese Anstrengungen werden aber vielleicht irgendwann mal so enden, dass sie nicht nur zur ISS fliegen, sondern zu jenen Auserwählten gehören werden, die ein ganzes Stück weiter reisen: Richtung Mond oder Mars. „All systems go!“, kann man da nur sagen und neidvoll „Gute Aussicht!“ wünschen ...

Christer Fuglesan Ingenieur, Physiker

Vor dem Flug kommt das Training Das Europäische Astronautenzentrum (EAC) in Köln auf dem Gelände des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) ist sozusagen die Heimatbasis eines gemeinsamen europäischen Astronauten-Korps. In einem internationalen Team, zusammen mit Mitarbeitern der Europäischen Raumfahrtagentur ESA sowie anderer nationaler Raumfahrtagenturen wie der ASI (Italien) und der CNES (Frankreich), werden europäische Raumfahrer dort auf unterschiedliche Missionen vorbereitet. In den Trainingshallen, Tauchbecken und Simulationsräumen findet man aber auch Astronauten der internationalen Partner USA, Russland und Japan. Sie lernen den Umgang mit den europäischen Modulen der Raumstation – dem Columbus-Labor und dem Nutzlasttransporter ATV. Im Gegenzug nehmen die europäischen Astronauten mit ihren amerikanischen oder russischen Kollegen auch an Trainings im Lyndon B. Johnson Space Center der NASA in den Vereinigten Staaten oder in Star City, dem Trainingszentrum der russischen Raumfahrtbehörde in der Nähe von Moskau, teil. Weitere Infos: s.think-ing.de/esa

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s.think-ing.de/astronauten

PROJEKT

Privater Wettlauf zum Mond

Die Part Time Scientists sind beim Google Lunar X Prize das einzige deutsche Team

Begeisterung für die Raumfahrt neu entfachen: Robert Böhme mit jungen Messebesuchern

In der Raumfahrtforschung hat sich allerdings seit der spektakulären Apollo-Mission relativ wenig getan. Es geht allenfalls im Schneckentempo in den Kosmos. Viele Raumfahrtingenieure sind frustriert über diese Stagnation. Der 27-jährige Ingenieur Robert Böhme will sich damit nicht abfinden. Wo die öffentlichen Geldhähne zugedreht werden, will er private Quellen anzapfen. Im Juni 2009 gründete er die Firma, mit der er seinen Traum privat finanzieren will. Mit Google zum Mond Die Initialzündung für Böhmes Schritt war der Google Lunar X Prize. Den hatte der Internetriese 2007 für Unternehmen ausgelobt, die mit privaten Mitteln einen Roboter auf den Mond schicken wollen, der sich dort 500 Meter weit bewegt, Fotos schießt, Videos dreht und sie zur Seite 5

Erde sendet. Das Unternehmen, das diese Aufgabe bis 2015 als erstes bewältigt, erhält aus der Google-Kasse 20 Millionen US-Dollar. Robert Böhme nahm diese Herausforderung an und fand fünf Mitstreiter mit Know-how und Weltraumambitionen. Aus den Part Time Scientists wurde bald eine GmbH. Mittlerweile sind sie das einzige deutsche Team im Wettbewerb. Über 100 Wissenschaftler unterstützen sie bei ihrer Mission. Im Team sind Mitarbeiter des Teilchenbeschleunigers in Genf sowie drei Apollo-Veteranen. Unter den Partnern befinden sich die TU Hamburg-Harburg, die TU Berlin, das Deutsche Zentrum für Luft und Raumfahrt sowie die USUnternehmen Texas Instruments und der Grafikkartenhersteller NVIDIA. Die „Teilzeitforscher“ bauen die meisten der benötigten Komponenten nicht selbst. So stammen etwa die Objektive von Schneider-Kreuznach, demselben Unternehmen, das auch schon die Linsen für das Apollo-Programm lieferte.

Kalkulierte Gesamtkosten für die Technologie: 30 Millionen Euro. Einige Konkurrenzteams haben bis zu 85 Millionen auf dem Zettel stehen. Und während sich das deutsche Team mit Industriepartnerschaften, Sponsorings und Kooperationen durchschlägt, lassen sich zwei US-Teams vom Militär unter die Arme greifen. Einfach ist die Finanzierung allerdings nicht. Als eine Finanzspritze für die entscheidenden Tests des Roboters Asimov benötigt wurde, versuchte sich das Team im Crowdfunding. Über die amerikanische Plattform Kickstarter kamen aber statt der anvisierten 100.000 nur 28.758 US-Dollar ein. Ein zweiter Anlauf steht bevor. Auch für Sponsoren wird die Sache langsam spannender. Außerdem sind die Part Time Scientists ziemlich umtriebig auf Messen unterwegs. In einigen Bereichen, etwa bei der Kameratechnologie und -sensorik, haben die Wissenschaftler Hightech-Produkte entwickelt, von denen Ende dieses Jahres zwei marktreif sein werden.

Kreative Finanzierung Bei den staatlichen Raumfahrtprogrammen wurde oft jedes Detail neu entwickelt. So verschwenderisch müsse nicht gearbeitet werden, sagt Böhme. Die Planung der Part Time Scientists ist unterm Strich die vergleichsweise günstigste im Wettbewerb.

Kann man auf einem so wackligen finanziellen Fundament zum Mond fliegen? „Ich sage mit Stolz, dass wir es definitiv schaffen werden. Doch unser Ziel ist auch, die Begeisterung für die Raumfahrt neu zu entfachen, den Menschen eine Zukunft im All wieder näher zu bringen“, sagt Böhme

Was ist nur aus den hochfliegenden Weltraumambitionen der 60er und 70er Jahre geworden? Migration ins All, Weltraumkolonien, die die Erde umkreisen, Menschen auf dem Mars – Erwachsene träumten vom ozeanischen Gefühl der Schwerelosigkeit, Kinder von Besuchen auf fremden Planeten. Zwar ist der Mars immer noch das nächste Ziel der bemannten Raumfahrt, und Mars-Rover Curiosity hat unlängst für einiges Aufsehen gesorgt.

Das PTS-Team präsentiert seinen Rover

selbstbewusst. Wenn der Rover endlich mit einer russischen Rakete abhebt, werden die Forscher mit Sicherheit Schweißperlen auf der Stirn haben. Start und Landung sind die brenzligsten Momente der Expedition. Selbst wenn der Start glückt und der siebentägige Flug über 400.000 Kilometer gelingt, kann immer noch alles schiefgehen. Ankommen wird Asimov Jr. R3 sehr wahrscheinlich, es fragt sich nur, in welchem Zustand. Ein missglücktes Bremsmanöver und der Rover fliegt am Ziel vorbei oder er bohrt sich beim Aufprall tief in den Mondboden.

Aufblasbare Raumstationen

Erdacht und entwickelt wurde das Konzept in den 1990er Jahren von Ingenieuren am Lynden B. Johnson Space Center. Die Idee war genial, aber zu teuer. Deshalb wurde die Entwicklung eingestellt, bis die private Raumfahrtfirma Bigelow Aerospace aus Las Vegas, Nevada im Jahr 2004 die Rechte an den Patenten erwarb und daraus Pläne für eine private Raumstation schmiedete. Da Unternehmensgründer Robert Bigelow bereits Besitzer einer Hotelkette war, wird heftig über Weltraumhotels spekuliert,

die man in diesen aufblasbaren Modulen einrichten könnte. Allein ein Hotel muss für die Kunden auch erreichbar und bezahlbar sein. Da nach der Einstellung des Shuttles nur China und Russland Menschen ins All schicken können, sind die Transportmöglichkeiten aber zu teuer und zu begrenzt. Möglicherweise führt die Zusammenarbeit von Bigelow und SpaceX, die im Mai 2012 bekanntgegeben wurde, zu einer Lösung. Das Raumschiff Dragon könnte in Zukunft auch Menschen befördern. Chancen für eine kommerzielle Auswertung des Patents sieht Bigelow zunächst in Raumstationen zu Forschungszwecken. Mit den Experimentalsatelliten Genesis 1 und 2 wurde die Technologie 2006 und 2007 erfolgreich erprobt. Anfang 2015 soll nun das Sundancer-Modul gestartet werden. Wenn alles gutgeht, soll darauf ein Verbindungssegment folgen, an das das erste und zwei weitere Module andocken können. So entsteht die aufblasbare Raumstation.

Links

Hier eine Auswahl an Studiengängen:

Es gibt aufblasbare Sofas, Badeinseln, Tretboote, Palmen und Halloween-Kürbisse, aber aufblasbare Raumstationen? Doch, auch das gibt es. Dank einer von der NASA entwickelten Technologie, die sich TransHab nennt, sind Wohnmodule für den Weltraum möglich, die man unterwegs platzsparend verstauen kann und die sich im Weltraum mit einer speziellen Technik entfalten lassen.

für Studierende

Moonrover auf dem Prüfstand

Begabung und Leidenschaft für Technik und Naturwissenschaften sollte der Student der Luft- und Raumfahrttechnik mitbringen. Wer sich für das anspruchsvolle Studium der Raumfahrttechnik entscheidet, beschäftigt sich mit der sehr komplexen Entwicklung von Raumtransportgeräten und Flugkörpern wie Raketen oder Satelliten und deren Komponenten. Das Studium beginnt aber zumeist ganz bodenständig mit der Vermittlung grundlegender Kenntnisse aus Maschinenbau, Mathematik, Physik, Elektrotechnik, Geometrie und Mechanik.

Luft- und Raumfahrttechnik, Bachelor und Master an der Fachhochschule Aachen: s.think-ing.de/lur-fh-aachen Luft- und Raumfahrttechnik, Master an der TU Berlin: s.think-ing.de/lur-berlin-master Luft- und Raumfahrt, Master an der TU München-Garching: s.think-ing.de/lur-muenchen-master Weitere Studiengänge in der IngenieurStudiengangSuche von think ING. unter: www.search-ing.de

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