| Shuttle.jpg beim Erstflug 1981]] |
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| Atlantis Docked to Mir.jpg-Space Shuttles Atlantis an der russischen Raumstation Mir im Rahmen des Shuttle-Mir-Programms]] |
| STS-114 thermal protection system inspections from ISS - Engines.jpg-Haupttriebwerke sowie kleinere Manövriertriebwerke]] |
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Als Space Shuttle wird das gesamte System aus Raumfähre (engl.: Orbiter Vehicle, OV), externem Tank (External Tank, ET) und Feststoffraketen (Solid Rocket Booster, SRB) bezeichnet. Die einzelnen Raumfähren sind nach historischen Forschungsschiffen benannt.
Der Space Shuttle wird beim Start vollständig durch Computer gesteuert. Während des Aufstiegs wird die Triebwerksleistung von den fünf Hauptcomputern ständig angepasst, um die Belastung auf die Struktur der Fähre so gering wie möglich zu halten. Diese ist am Max-Q-Punkt am größten, wenn etwa eine Minute nach dem Abheben der Shuttle dem maximalen Luftwiderstand ausgesetzt ist. Die Landung erfolgt zunächst ebenfalls automatisch. Der Orbiter wird mit dem Heck in Flugrichtung gebracht und computergesteuert erfolgt die Bremszündung der beiden OMS-Triebwerke. Der Wiedereintritt, der bei rund 120 km Höhe erfolgt, sowie die Hauptphase des Abstiegs werden computerkontrolliert. Etwa fünf Minuten vor Landung übernimmt der Kommandant, unterstützt durch den Piloten, die Steuerung des Orbiters.
Nach der Abtrennung der Booster fliegt der Space Shuttle mit Hilfe seiner Haupttriebwerke weiter. Nach ungefähr achteinhalb Minuten Brenndauer wird kurz vor Erreichen der Orbitalgeschwindigkeit der Außentank in rund 110 km Höhe abgeworfen. Er verglüht größtenteils in der Atmosphäre, nachdem er die Erde fast vollständig umrundet hat. Die Reste fallen in den Pazifik.
Anschließend wird die Raumfähre von ihren kleinen Manövriertriebwerken in eine elliptische Umlaufbahn mit einem tiefsten Punkt (Perigäum) von etwa 110 km und einem höchsten Punkt (Apogäum) von 185 km über Normalnull beschleunigt. Wenn der Orbiter nach einem halben Erdumlauf den bahnhöchsten Punkt erreicht, zünden die Manövriertriebwerke erneut, um die Umlaufbahn in eine Ellipse mit einem Perigäum von 185 km und einem Apogäum auf der Zielhöhe (zum Erreichen der ISS) von etwa 400 km zu verwandeln. Wenn der Orbiter wieder den bahnhöchsten Punkt erreicht, zündet er die Manövriertriebwerke ein weiteres Mal, um in dieser Höhe in eine Kreisbahn einzutreten. Dabei wird eine Orbitalgeschwindigkeit von bis zu 28.067 km/h erreicht. Nach erfolgtem Raumflug von bis zu 17 Tagen Dauer kehrt die Raumfähre auf die Erde zurück.
Beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre wird die Raumfähre durch spezielle Hitzeschutzkacheln an der Front- und Unterseite vor den extremen Wärmeeinwirkungen der Reibungshitze geschützt. Bereits kurz nach dem Wiedereintritt, noch mehrere hundert Kilometer entfernt, erhält sie von der vorgesehenen Landebahn Leitsignale. Die Besonderheit bei der Rückkehr ist, dass der Space Shuttle im Gleitflug antriebslos zur Landung fliegt und somit nur einen einzigen Landeversuch hat.
Schlechte Wetterbedingungen am Hauptlandeplatz machen es mitunter erforderlich, auf günstigere Orte auszuweichen. Grundsätzlich ist das Kennedy Space Center in Florida das primäre Landeziel. Dort befindet sich die sogenannte Shuttle Landing Facility, eine 4,5 km lange und 90 m breite Landebahn, die eigens für die Rückkehr der Orbiter aus dem Weltraum gebaut wurde.
Wenn das Wetter eine Landung in Florida unmöglich macht, stehen der NASA zwei Alternativen zur Verfügung (in dieser Reihenfolge): die Luftwaffenbasen Edwards (Kalifornien), wo übrigens auch die Erprobung der damals neuentwickelten Raumfähre durchgeführt wurde, sowie White Sands (New Mexico).
Daneben gibt es rund um die Welt weitere Notlandeplätze für die Startphase (Space_Shuttle_program#Ascent_abort_modes) und den weiteren Missionsverlauf. Es wird unter anderem unterschieden in East Coast Abort Landing Sites (ECAL, USA und Kanada) und Transoceanic Abort Landing Sites (TAL, hauptsächlich Europa und Westafrika). Beispiele sind der Flughafen in Manching bei Ingolstadt, der eine der längsten Landebahnen in Europa hat, der Köln/Bonner Flughafen und jener von Riad (Saudi-Arabien). Sollte es erforderlich sein, dass der Shuttle an einem anderen Ort landet als in Florida, wird er huckepack auf einer modifizierten Boeing 747 (dem sogenannten Shuttle Carrier Aircraft, SCA) dorthin zurücktransportiert. Um die Aerodynamik bei diesem Manöver zu verbessern, wird am Heck des zu transportierenden Shuttles eine nach hinten spitz zulaufende Abdeckung angebracht, die die Triebwerke des Shuttles verdeckt.
Im Gegensatz zu früheren Raumschiffkonzepten (Apollo-Projekt, Sojus) ist die Fähre selbst nach einer Überholung für weitere Starts wiederverwendbar. Dies gilt nicht für den externen Tank, der für jeden Start erneuert werden muss. Die Boosterraketen werden an Fallschirmen geborgen und nach Möglichkeit ebenfalls wiederaufbereitet.
Der erste Space Shuttle mit dem Namen „Enterprise“, Kennzeichnung „OV-101“, kam zum ersten Mal am 17. September 1976 für Testzwecke zum Einsatz. Es war nur für System- und Landetests und nicht für Flüge in den Orbit ausgestattet. Zuerst sollte das Space Shuttle „Constitution“ heißen; nach einer Briefkampagne von Fans der Serie „Star Trek“ (dt. Raumschiff Enterprise) wurde die Raumfähre jedoch umbenannt. Die „Enterprise“ steht heute im „National Air and Space Museum“.
Der zweite Orbiter „Columbia“, Kennzeichnung „OV-102“, hatte sein Roll-Out am 8. März 1979. Am 12. April 1981 startete Columbia zum ersten Flug (STS-01) eines Space Shuttles in den Orbit und landete zwei Tage später erfolgreich auf der Edwards Air Force Base.
Am Ende seines 28. Einsatzes brach der Orbiter beim Wiedereintritt am 1. Februar 2003 auseinander und verglühte teilweise. Alle 7 Astronauten fanden dabei den Tod.
Bei einem Treffen der gesamten Belegschaft des Kennedy Space Centers Mitte Februar 2006 teilte Wayne Hale, der Manager des Space Shuttle-Programms mit, dass die Fähre Atlantis voraussichtlich im Herbst 2008 nach fünf weiteren Flügen außer Dienst gestellt werden solle. Ursprünglich sei vorgesehen gewesen, Atlantis aufzurüsten. Das mache jedoch wenig Sinn, so Hale, weil die gesamte Flotte 2010 sowieso außer Dienst gestellt werde. Die Atlantis soll nach interner Planung noch die Missionen STS-115 (August 2006), STS-117 (Dezember 2006), STS-120 (Juni 2007), STS-124 (November 2007) und STS-127 (Mai 2008) durchführen.
| Nr. | Name | OV-Nr. | Erstflug | erste Mission | letzte Mission | aktuelle/ nächste Mission | Bemerkung |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Enterprise | OV-101 | - | - | - | - | nur Erprobungsflüge, nicht raumflugfähig |
| 2 | Columbia | OV-102 | 12. April 1981 | STS-1 | STS-107 | - | 1. Februar 2003 beim Wiedereintritt verglüht; erster raumflugfähiger Orbiter |
| 3 | Challenger | OV-99 | 4. April 1983 | STS-6 | STS-51-L | - | 28. Januar 1986 kurz nach dem Start explodiert |
| 4 | Discovery | OV-103 | 30. August 1984 | STS-41-D | STS-114 | STS-121 | Gestartet am 4. Juli 2006 |
| 5 | Atlantis | OV-104 | 3. Oktober 1985 | STS-51-J | STS-112 | STS-115 | nächster Einsatztermin voraussichtlich am 29. August 2006 |
| 6 | Endeavour | OV-105 | 7. Mai 1992 | STS-49 | STS-113 | STS-118 | nächster Einsatztermin voraussichtlich am 11. Juni 2007; Ersatzorbiter für Challenger |
| Shuttle | Flugtage | Orbits | zurückgel. Strecke (km) | Einsätze | Längster Einsatz (Tage) | Crews | EVAs | Mir/ISS Koppl. | Satelliten ausgesetzt |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Columbia | 300,74 | 4.808 | 201.497.772 | 28 | 17,66 | 160 | 7 | 0 / 0 | 8 |
| Challenger | 62,41 | 995 | 41.527.416 | 10 | 8,23 | 60 | 6 | 0 / 0 | 10 |
| Discovery | 255,84 | 4.027 | 168.157.672 | 31 | 13,89 | 192 | 28 | 1 / 5 | 26 |
| Atlantis | 220,40 | 3.468 | 144.694.078 | 26 | 12,89 | 161 | 21 | 7 / 6 | 14 |
| Endeavour | 206,60 | 3.259 | 136.910.237 | 19 | 13,86 | 130 | 29 | 1 / 6 | 3 |
| Gesamt | 1.045,99 | 16.557 | 692.787.174 | 114 | 17,66** | 703 | 91 | 9 / 17 | 61 |
Nach der Bekanntgabe des neuen Weltraumprogramms von US-Präsident George W. Bush am 14. Januar 2004 wird das Space-Shuttle-Programm jedoch nur noch bis zum Jahr 2010 weiterbetrieben. Ob die USA somit ihre Transportaufgaben zur Fertigstellung der ISS überhaupt noch leisten werden, ist unklar.
Zum Nachfolger der Space Shuttles sollte der Venture Star werden. Da die Kosten jedoch bereits beim Bau des Prototypen X-33 weit über dem Plan lagen und heikle technische Probleme u.a. bei den Tankkonstruktionen auftraten, wurde das Projekt im Jahre 2001 gestoppt.
Im oben erwähnten Weltraumprogramm Vision for Space Exploration wird ein Crew Exploration Vehicle (CEV) angekündigt, dessen Entwicklung derzeit angegangen wird. Bis zum 2. Mai 2005 lief die Bewerbungsphase, seitdem liegen vermutlich zwei Konzepte vor: Ein kapselbasiertes von Northrop Grumman/Boeing und ein Lifting Body-basiertes von Lockheed Martin, wobei NASA ein kapselbasiertes Design bevorzugt.
Zudem gibt es Pläne für die früher Shuttle Derived Launch Vehicle (SDLV) genannte Ares-Raketenfamilie, die Elemente des heutigen Shuttles, wie den Außentank, die Feststoffbooster und die Haupttriebwerke SSME verwendet. Ein „leichter“ Träger (etwa in der Größenordnung einer Delta IV Heavy) soll für den Transport des CEV verwendet werden, ein schwerer soll Schwerlasttransporte für das bemannte Mond- und Marsprogramm übernehmen.
In einer BBC-Dokumentation über die Entwicklung des Space Shuttles (dt.: „Der Traum, der vom Himmel fiel“) wurde dieses System mit einem „Ritt auf einer Dynamitstange, begleitet von zwei Feuerwerkskörpern“, verglichen, um Mängel bei der Konzeption darzustellen. Mit zwei Totalverlusten (14 Tote) bei 114 Flügen ist der Shuttle im Vergleich zu anderen Trägersystemen rechnerisch dennoch zuverlässig.
Das Shuttle verfügt allerdings nicht, wie z.B. die Apollo- oder Sojusmissionen, über ein nennenswertes Rettungssystem für die Mannschaft. Eine Rettungsmöglichkeit ist während des größten Teils der Startphase nicht vorgesehen, eine pyrotechnisch-automatisierte Rettung vom Starttisch ebenso nicht vorhanden. Die Schleudersitze der ersten Testflüge (Pilot und Copilot) wurden aus Gewichts- und Effektivitätsgründen gestrichen, ebenso wurde mit einer projektierten Rettungskapsel verfahren. Die möglicherweise etwas sichereren Flüssigkeitstreibstoffbooster einer frühen Projektphase wurden vor allem aus Kostengründen durch die heutigen Feststoffraketen ersetzt. Es bleibt bei Notfällen die Möglichkeit einer verkürzten Flugbahn bzw. die manuelle Rettung der Astronauten mittels einer Seilbahn vom Startturm bzw. mittels Fallschirm über die Ausstiegsluke, was aber nicht in jeder Flugphase möglich ist.
Ein weiterer Kritikpunkt ist, dass die erhofften Transportpreise für „Weltraumgüter“ nie die angestrebten 200 *] pro Kilogramm erreicht haben - der Preis liegt bei rund 16.000 US-$. Die heutige Raumfähre sei technisch überzüchtet, anstatt sich in erster Linie auf den Materialtransport in den Weltraum zu konzentrieren.
| Space Shuttle | Buran | |
|---|---|---|
| Orbiter Vehicle | ||
| Länge: | 37,25 m | 36,37 m |
| Spannweite: | 23,80 m | 23,92 m |
| Höhe: | 17,25 m | 16,35 m |
| Trockenmasse: | 78 t | 61 t |
| max. Abflugmasse: | 110 t | 105 t |
| max. Besatzung: | 8 | 10 |
| Strömungsrichtung/ Hitzeschutzkacheln: | Hitzekachel-Spaceshuttle.png | Hitzekachel-Buran.png |
| Nutzlastbucht | ||
| Länge: | 18,29 m | 18,55 m |
| Breite: | 4,57 m | 4,65 m |
| Start-Kapazität: | 25 t | 30 t |
| Lande-Kapazität: | 15 t | 20 t |
| Anmerkungen: Die Trockenmasse des Space Shuttle variiert geringfügig je Orbiter. Die Start-Nutzlastkapazität beider Systeme ist stark abhängig von der Orbithöhe und dem Bahnneigungswinkel. | ||
Als immer größeres Manko stellte sich der Hitzeschild heraus, welcher aus rund 20.000 - 30.000 kleinen Keramikkacheln besteht. Immer wieder fanden NASA-Ingenieure nach der Landung beschädigte oder verlorengegangene Kacheln, jedoch betrafen die Schäden bis zum Verlust der Columbia 2003 nie einen lebenswichtigen Teil des Raumschiffes.
Einige Kritiker bemängeln, der Space Shuttle schneide im Vergleich mit der sowjetisch-russischen Buran um einiges schlechter ab. Dabei ist allerdings zu bedenken, dass Buran aufgrund des Stops des Programms nach der Auflösung der Sowjetunion Anfang der 1990er Jahre nie im Praxiseinsatz war, überhaupt nur einmal eine unbemannte Version gestartet ist. Ein wirklich objektiver Vergleich der tatsächlichen Fähigkeiten ist also nicht möglich, eine etwaige Überlegenheit kann nur anhand der im Plan vorgesehenen Eigenschaften Burans vermutet werden. Für die Gegenwart hat dies allerdings ohnehin insoweit keine Bedeutung mehr, als dass, selbst wenn man es wollte, durch den weitgehenden Verlust der bereits fertiggestellten Komponenten, Prototypen und sonstigen technischen Anlagen eine Wiederaufnahme des Programms praktisch unmöglich ist. Trotzdem sollen im folgenden die wichtigsten möglichen Vorteile des Buran Systems dargestellt werden: Der auffälligste Unterschied ist der, dass die Buran von einer separaten Rakete (Energija) hochgetragen wurde, während das Space Shuttle mit seinen SSME-Haupttriebwerken selbst die Rakete darstellt, aber dafür den externen Treibstofftank mitschleppt. Das Space Shuttle besitzt also aufwändige bordinterne Treibstoffpumpen und zusätzliche Technik, auf die die Buran verzichtete. Zudem muss das Space Shuttle das Gewicht der drei Haupttriebwerke, die nur beim Aufstieg verwendet werden, mit in den Orbit und zurück zur Erde tragen. Da die Triebwerke des Shuttles mehrfach einsetzbar sind, sind sie sehr aufwändig und teuer, damit aber auch sehr leistungsfähig und effizient. Auch die „RD-0120“-Haupttriebwerke der Energija-Rakete sollten wiederverwendbar sein (Rückkehr des Triebwerkblocks zur Erde), doch wurde dies niemals umgesetzt. Die Buran hatte eine etwa um fünf Tonnen höhere Nutzlastkapazität als der Space Shuttle, und sie besaß eine optimierte Anordnung der Hitzeschutzkacheln - die Fugen zwischen den Kacheln verlaufen fast immer rechtwinklig zur Strömungsrichtung der Luft. Insgesamt kann man vermuten, dass das Energija-Buran-System im Einsatz flexibler als der Space Shuttle gewesen wäre; so konnte Buran z. B. auch unbemannt fliegen. Die Energija hätte außerdem unabhängig von Buran als Schwerlasttransporter verwendet werden können.
Ein weiteres kleines Übel ist, dass die Wartungsarbeiten und die Herstellung von Ersatzteilen fast völlig von einer Firma bzw. deren Tochterfirmen übernommen wird - nämlich Boeing. Da deshalb Zehntausende von Menschen vom Space Shuttle-Programm abhängen, so die Kritiker, erscheine es in politischer Hinsicht als nicht opportun, das Programm zugunsten einer besseren Technologie ganz einzustellen. Darüber hinaus kann das Space Shuttle teilweise als Fehlplanung erachtet werden: Der Kongress beschloss, sowohl für die United States Air Force als auch für die NASA ein gemeinsames Trägersystem zu entwickeln, welches alle bisherigen Trägerraketen ersetzen sollte. Weil das Space Shuttle jedem Partner genügen sollte, stelle die Raumfähre für den heute einzigen Betreiber, die NASA, ein suboptimales Produkt dar.
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