Raumschlepper

Raumfahrzeug zur Erreichung der vorgesehenen Flugbahn nach dem Start
Modulares und wiederverwendbares Raumschlepperkonzept der NASA von 1970

Ein Raumschlepper (englisch: space tug) ist ein Raumfahrzeug, mit dem Fracht im All von einer Umlaufbahn in eine andere Umlaufbahn mit unterschiedlichen Energieeigenschaften transportiert wird. Ein Beispiel wäre die Bewegung eines Raumfahrzeugs von einer erdnahen Umlaufbahn (LEO) auf eine energiereichere Umlaufbahn wie eine geostationäre Umlaufbahn, eine Mondumlaufbahn oder eine Fluchtbahn.

Der Begriff wird häufig für wiederverwendbare weltraumgestützte Fahrzeuge verwendet. Einige zuvor vorgeschlagene oder gebaute Weltraumschlepper beinhalten den NASA-STS-Vorschlag der 1970er Jahre oder den vorgeschlagenen russischen Parom und wurden manchmal verwendet, um sich auf Einweg-Oberstufen wie die russische Fregat zu beziehen.

HintergrundBearbeiten

Der Raumschlepper wurde erstmals in der Nachkriegszeit als Träger für eine permanente, erdumlaufende Raumstation in Betracht gezogen. Es wurde vom Science-Fiction-Schriftsteller Murray Leinster als Titel eines Romans verwendet, der 1953 als Fortsetzung von Space Platform veröffentlicht wurde, einem Roman über eine solche Raumstation.

Nicht realisierte ProjekteBearbeiten

NASA Space Transportation SystemBearbeiten

 
Crewmodul des Raumschlepperkonzepts der NASA

Ein wiederverwendbarer Weltraumschlepper wurde Ende der 1960er und Anfang der 1970er Jahre von der NASA als Teil eines wiederverwendbaren Weltraumtransportsystems (STS) untersucht. Dieses bestand aus einem Grundantriebsmodul, an das ein Besatzungsmodul oder eine andere Nutzlast angeschlossen werden konnte. Optionale Landebeine könnten hinzugefügt werden, um mit Nutzlasten auf der Oberfläche des Mondes zu landen.[1] Dies, zusammen mit allen anderen Elementen von STS mit Ausnahme des Space Shuttles, wurde nach Kürzungen des NASA-Budgets in den 1970er-Jahren infolge des Apollo-Programms nie finanziert.[2]

1994 tauchte der Begriff space tug – also Raumschlepper – als alternative Benzeichnung für ein "FGB energy block spacecraft", später bekannt als Sarja-Modul, für die Erweiterung der in Planung befindlichen Raumstation Alpha zur Internationalen Raumstation (damals noch International Space Station Alpha) auf.[3]

Space-Shuttle-ZeitBearbeiten

Oberstufen zur einmaligen VerwendungBearbeiten

Das Space-Shuttle-Programm übernahm die Rolle des Hochenergie-Orbitaltransfers durch die Entwicklung eines einstufigen Festbrennstoff-Nutzlast-Unterstützungsmoduls und einer zweistufigen Trägheits-Oberstufe.

Eine leistungsstärkere Centaur-G-Stufe mit flüssigem Wasserstoff wurde für den Einsatz im Space Shuttle entwickelt, nach der Challenger-Katastrophe jedoch als zu gefährlich abgesagt.[4]

Orbital Maneuvering VehicleBearbeiten

Die NASA entwickelte zusammen mit ihren Plänen für die Raumstation ISS ein anderes Weltraumschlepperdesign, das als Orbital Maneuvering Vehicle (OMV) bezeichnet wurde. Das OMV wäre ein wiederverwendbares Weltraumfahrzeug gewesen, mit dem die Umlaufbahn von Satelliten wie dem Hubble-Weltraumteleskop hätte geändert werden können.[5][6] 1984 wurden die vorläufigen Konstruktionsstudien für Orbitalmanöverfahrzeuge (OMV) durch ein wettbewerbsorientiertes Vergabeverfahren mit Systemstudien initiiert, welche von TRW, Martin Marietta und LTV Corporation durchgeführt wurden.

ParomBearbeiten

Das russische Unternehmen RKK Energia schlug 2005 einen Raumschlepper mit dem Namen Parom vor.[7] Damit könnten sowohl das vorgeschlagene bemannte Kliper-Raumschiff als auch Fracht- und Kraftstoffversorgungsmodule zur ISS befördert werden.[8] Das Halten des Schleppers im Weltraum hätte einen weniger massiven Kliper ermöglicht und den Start mit einem kleineren Booster als dem ursprünglichen Kliper-Design ermöglicht.

SHERPABearbeiten

Spaceflight Inc. plante die Entwicklung des Systems SHERPA, das auf den Fähigkeiten des Spaceflight Secondary Payload System (SSPS) aufbauen und Antriebs- und Stromerzeugungssubsysteme integrieren sollte, die einen treibenden Schlepper für das Manövrieren zu einer optimalen Umlaufbahn zum Platzieren von sekundären Nutzlasten erzeugen. Das Konzept wurde zugunsten einer antriebslosen Transporthalterung aufgegeben, die bei dem Rideshare-Flug SSO-A im Dezember 2018 in zweifacher Ausfertigung zum Einsatz kam.

JupiterBearbeiten

Lockheed Martin unterbreitete der NASA 2015 einen Konzeptvorschlag für ein Design namens Jupiter Space Tug, das auf den Entwürfen zweier früherer Lockheed-Martin-Raumschiffe – Mars Atmosphere und Volatile Evolution Mission sowie Juno – sowie eines Roboterarms von MDA basiert abgeleitet von der in Canadarm verwendeten Technologie, der Roboterarmtechnologie, die zuvor im Space Shuttle verwendet wurde. Zusätzlich zum Jupiter-Raumschlepper selbst umfasste das Lockheed-Konzept die Verwendung eines Exoliner genannten neuen Frachttransportmoduls mit 4,4 m Durchmesser, zum Transport von Fracht zur ISS. Exoliner basiert auf dem von der ESA in den 2000er Jahren entwickelten Automated Transfer Vehicle und sollte gemeinsam mit Thales Alenia Space entwickelt werden.[9][10][11] Die NASA wollte das Projekt jedoch nicht bezahlen, weshalb es verworfen wurde.

Eingesetzte RaumschlepperBearbeiten

TKS und Progress als RaumschlepperBearbeiten

1987 wurde die Antriebs- und Navigationseinheit des sowjetischen Transportraumschiffs TKS-5 genutzt um das Kwant-Modul aus seiner Umlaufbahn nach dem Start zu Raumstation Mir zu manövrieren und dort anzudocken. TKS-5 wurde anschließend abgekoppelt um in der Atmosphäre zu verglühen. Das gleiche Verfahren wurde verwendet um die Module Pirs (2001) und Poisk (2009) zur Internationalen Raumstation zu bringen. Dort kam jedoch der Antriebsteil von Progress-Raumfrachtern als Schlepper zum Einsatz. Ein Progress-Transporter soll mit seiner Antriebseinheit auch das Manövrieren beim Abkoppeln und Entsorgen des Pirs-Moduls übernehmen um den Andockstutzen für das geplante Nauka-Modul freizumachen.

RaketenoberstufenBearbeiten

Für verschiedene Trägerraketen stehen optionale Zusatzstufen (Kickstufen) zur Verfügung, die beim Start innerhalb der Nutzlastverkleidung transportiert werden und die Nutzlast nach Ausbrennen der unteren Raketenstufen in eine höhere Umlaufbahn befördern. Beispiele dafür sind die russische Fregat und Blok-D, die US-amerikanische Star 48 und die in Neuseeland entwickelte Curie-Oberstufe der Kleinrakete Electron.

Beispiel: ISRO PAM-GBearbeiten

Die indische Weltraumforschungsorganisation hat eine obere Stufe namens PAM-G (Payload Assist Module for GSLV) gebaut, mit der Nutzlasten direkt von erdnahen Umlaufbahnen zu MEO- oder GEO-Umlaufbahnen befördert werden können.[12][13] PAM-G wird von einem hypergolischen Flüssigkeitsmotor mit Neustartfunktion angetrieben, der aus der vierten Stufe von PSLV stammt. Seit 2013 hat ISRO die Struktur, Steuerungssysteme und Motoren von PAM-G realisiert und Heißtests durchgeführt.[14][15][16] PAM-G bildet die vierte Stufe der Trägerrakete GSLV Mk2C, die auf der kryogenen dritten Stufe von GSLV sitzt.[17]

Aktuelle ProjekteBearbeiten

Momentus VigorideBearbeiten

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Soll Ende 2020 erstmals eingesetzt werden. [1]
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Artemis Transfer StagesBearbeiten

Das Artemis-Programm der NASA plant die Verwendung von teilweise wiederverwendbaren dreistufigen Mondlandern. Eines der Hauptelemente ist die Transferstufe, die den Lander von der Umlaufbahn des Lunar Orbital Platform-Gateways auf eine niedrige Umlaufbahn bringen würde. Zukünftige Versionen können zum Auftanken und zur Wiederverwendung mit einem anderen Lander zum Lunar Orbital Platform-Gateway zurückkehren. Northrop Grumman hat vorgeschlagen, eine Transferstufe auf der Basis seines Cygnus-Raumschiffs zu bauen.

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. Space Tug. In: Astronautix. Abgerufen am 25. Juli 2014.
  2. The Space Shuttle Decision: NASA's Search for a Reusable Space Vehicle. In: nasa.gov. Abgerufen am 25. Juli 2014: „Because a rising tide lifts all boats, NASA's flight rates during the 1960s had been buoyed powerfully by the agency's generous budgets. The OMB had no intention of granting such largesse during the 1970s.“
  3. United States General Accounting Office (Hrsg.): SPACE STATION, Impact of the Expanded Russian Role on Funding and Research. 21. Juni 1994, S. 1 und 3 (englisch, gao.gov [PDF; abgerufen am 30. Januar 2020]).
  4. Long-forgotten Shuttle/Centaur boosted Cleveland's NASA center into manned space program and controversy. In: Cleveland.com. Abgerufen am 25. Juli 2014.
  5. NASA's New Launch Systems May Include the Return of the Space Tug. In: SpaceRef. 7. August 2005. Abgerufen am 25. Juli 2014.
  6. Linking Space Station & Mars. In: Wired. Dezember 2013. Abgerufen am 25. Juli 2014.
  7. Parom orbital tug. In: RussianSpaceWeb. 9. Februar 2010. Abgerufen am 26. Juli 2014.
  8. Lighter Kliper could make towed trip to ISS. In: Flight Global. November 2005. Abgerufen am 26. Juli 2014.
  9. ‘Jupiter’ Space Tug Could Deliver Cargo To The Moon. 12. März 2015. Abgerufen am 17. März 2015. 
  10. Jeff Foust: Lockheed Martin Pitches Reusable Tug for Space Station Resupply, Space News. 13. März 2015. 
  11. Greg Avery: Lockheed Martin proposes building ISS cargo ship for NASA. In: Denver Business Journal, 12. März 2015. Abgerufen am 13. März 2015. 
  12. S Somanath: ISRO’s Current Launch Capabilities & Commercial Opportunities. Archiviert vom Original am 3. September 2013. Abgerufen am 8. Juli 2014.
  13. N. Gopal Raj: Upgrading Indian rockets for future Mars missions. Thehindu.com. 1. Oktober 2014. Abgerufen am 17. März 2015.
  14. Annual Report. Archiviert vom Original am 25. Februar 2014. Abgerufen am 8. Juli 2014.
  15. Outcome Budget 2010–2011. Archiviert vom Original am 13. Oktober 2011. Abgerufen am 8. Juli 2014.
  16. Outcome Budget of the Department of Space Government of India 2009–2010. Archiviert vom Original am 23. November 2010. Abgerufen am 8. Juli 2014.
  17. GSLV. Space.skyrocket.de. Abgerufen am 17. März 2015.