Raumzeit

Raumfahrtmissionen erfordern eine permanente und zuverlässige Steuerung und Kommunikation mit der Erde. Diesen Kontakt halten eine Vielzahl von Bodenstationen, die auf unterschiedlichen Frequenzbändern die Aktivität im Orbit und im Deep Space beobachten und die Kontrolle der Missionen ermöglichen. Das ESTRACK Bodenstations-Netzwerk der ESA ist ein weltumspannender Verbund von Großantennen, die über internationale Datenleitungen vom ESOC in Darmstadt ferngesteuert werden. ESTRACK erlaubt eine Rund-um-die-Uhr-Beobachtung und Steuerung sowohl von erdnahen Starts und Missionen als auch die Fernkommunikation mit weit von der Erde entfernten Sonden und Weltraumteleskopen. Dabei unterstützt ESTRACK sowohl die ESA-eigenen Missionen als auch Projekte anderer Weltraumagenturen weltweit.

Langzeitaufenthalte im All haben ihre ganz eigenen Anforderungen und eine mögliche bemannte Mission zum Mars stellt die internationale Raumfahrt vor ganz neue Fragestellungen sowie organisatorische und vor allem medizinisch-psychologische Herausforderungen. Um letztere genauer zu analysieren und um entsprechende Rahmendaten für eine detaillierte Planung einer Marsmission zu gewinnen wurde von ESA und ROSKOSMOS das Mars500 Langzeitexperiment ins Leben gerufen. Über einen Zeitraum von 520 Tagen wurde im Juni 2010 dabei ein Team von 6 Männern in einer Raumfahrzeug-ähnlichen Situation untergebracht und wird seitdem Tag und Nacht beobachtet und medizinisch-psychologischen Tests unterzogen. Während der langen Zeit werden möglichst viele Bedingungen eines realen Marsflugs simuliert. Im November 2011 endet das Experiment.

Das Experimentieren in Schwerelosigkeit gibt Forschern in vielen Disziplinen die Möglichkeit, Vorgänge und Materialien auf eine Weise zu testen, die auf der Erde normalerweise nicht möglich ist. Wissenschaftler können dabei Nebeneffekte isolieren und ihren Experimenten grundlegende Aussagen abgewinnen. Der Ausschluss der natürlichen Gravitation hat signifikante Auswirkungen für die Forschung in Biologie, Medizin oder Physik und erlaubt große Fortschritte im Bereich der Materialforschung und bei technologischen Erprobungen.

Das Zentrum für satellitengestützte Kriseninformation (ZKI) des DLR ist eine Diensleistungseinrichtung zur Unterstützung von Staaten, Einsatzkräften oder Hilfsorganisationen bei der Bewältigung von Naturkatastrophen und anderen große Gebiete betreffene Krisen, bei denen eine Aufklärung durch Erdbeobachtungssysteme hilfreich sein kann. Das ZKI ist rund um die Uhr an jedem Tag des Jahres aktivierbar und ist in der Lage, in kurzer Zeit von den eigenen Satelliten oder auch denen anderer Organisationen Daten zu beziehen und diese der jeweiligen Hilfsanfrage gemäß auszuwerten, aufzubereiten und in strukturierter Form bereitzustellen. Das ZKI leistet damit eine signifikanten und hilfreichen Beitrag bei der Bekämpfung der Auswirkungen der Katastrophen.

Für den in der letzten Raumzeit-Ausgabe ausführlich behandelten Satellit ROSAT steht in den kommenden Wochen der Wiedereintritt in die Erdatmosphäre bevor. Der nicht mehr steuerbare Satellit wird zum allergrößten Teil verglühen, es muss aber damit gerechnet werden, dass bis zu 30 einzelne Trümmerteile die Erdoberfläche erreichen könnten. Rund um den Wiedereintritt gibt es viele Fragen, die wir in dieser Ausgabe behandeln möchten. Nach aktuellen Berechnungen steht der Wiedereintritt des ROSAT-Satelliten in die Erdatmosphäre für Ende Oktober 2011 an.

Die Röntgenastronomie hat in den 70er Jahren vollkommen neue Einblicke ins All ermöglicht und trug in erheblichem Maße zum heutigen Basiswissen über unser Universum bei. Die ROSAT-Mission - unter Federführung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik und in Kooperation mit der NASA und dem DLR - ermöglichte Anfang der 90er Jahre einen Durchbruch in der umfangreichen Kartografie des Universums und in der Erforschung von Röntgenquellen im All überhaupt.

Die hohen Anforderungen an die Zuverlässigkeit und die trotz langer Projektplaufzeiten herrschende Zeitnot zwingt Raumfahrtingenieure und -Wissenschaftler oft dazu, auf Bewährtes und Getestetes zurückzugreifen, um das Risiko für die Missionen möglichst niedrig zu halten. Dabei bleiben neue Technologien oder Methoden häufig unerforscht oder ungetestet. Um den weitergehenden Fortschritt zu ermöglichen und um Neues zumindest mental durchgespielt zu haben hat die ESA 2002 das Advanced Concepts Team (ACT) ins Leben gerufen. Im ACT entwickeln junge Wissenschaftler neuartige Konzepte, Lösungsansätze und Technologieideen die möglicherweiser künftigen Raumfahrtmissionen dienen können. Die Forschung ist hier allerdings bewusst nicht projektorientiert sondern wendet sich eher allgemeinen Problemen der Raumfahrt zu, um die Forschung von genau den Zwängen zu befreien, die sonst den Fortschritt behindern. Das Advanced Concepts Team arbeitet so als Think Tank für andere Bereiche der ESA.

Eine der größten Herausforderungen in der bemannten Raumfahrt ist die Bewältigung der lebensfeindlichen Bedingungen des Weltraums: Schwerelosigkeit, künstliche Atmosphäre und kosmische Strahlung setzen dem menschlichen Körper in vielfältiger Weise zu und müssen sorgfältig bei jeder Mission mitbedacht werden. Eine medizinische Betreuung der Astronauten beginnt dabei bereits Monate vor dem Start und intensiviert sich während des Einsatzes noch einmal merklich. Doch bietet die Raumfahrt der medizinischen Forschung auch ein großes Potenzial. Der Wegfall der Gravitation erlaubt das Isolieren und Studieren von Körperfunktionen wie es auf der Erde nicht möglich wäre. So trägt die Raumfahrtmedizin signifikant zum wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn bei - auch weit über die Anforderungen und Bedingungen der Raumfahrt hinaus.

Der Flug der Raumsonde Giotto zum Kometen Halley war ein Meilenstein in der Erforschung von Kometen und für die ESA eine wichtige Mission beim Aufbau der interplanetaren Forschung. Giotto lieferte durch seine große Annäherung an Halley Bilder in einer bis dahin nicht bekannten Güte. Die Raumsonde Rosetta ist nun auf dem Weg die Geschichte von Giotto fortzuschreiten und wird sich dem Komenten Tschurjumow-Gerasimenko nicht nur noch weiter nähern, sondern auch einen Lander auf dem Komenten absetzen, um dessen Zusammensetzung noch vor Ort zu analysieren. Im Juni wurde die Sonde in den Tiefschlaf versetzt um für die finale Phase der Mission in 2014 wieder geweckt zu werden.

Ende einer Ära: Das Space Shuttle-Programm der NASA endet in diesem Monat mit dem Start der letzten Raumfähre und einem letzten Flug zur Internationalen Raumstation. Als eine Ikone der Raumfahrt gefeiert hat das "Space Transportation System" in nun bald 135 Missionen eine große Missionsvielfalt an den Tag gelegt und letztlich den Aufbau der ISS überhaupt erst ermöglicht.

Das European Space Research and Technology Centre (ESTEC) in Noordwijk in der Nähe von Den Haag in den Niederlanden ist einer der größten Standorte der ESA und beherbergt neben zahlreichen Forschungslaboren auch ein großes Testzentrum, in dem alle Raumfahrzeuge der ESA auf Herz und Nieren geprüft werden, bevor sie für ihren Einsatz freigegeben werden. Das ESTEC Test Centre nimmt damit eine im wahrsten Sinne des Wortes zentrale Rolle im Gesamtablauf der ESA-Missionen ein und liefert für Inbetriebnahme und Betrieb wertvolle Ergebnisse. Das ESTEC Test Centre ist mit einer Vielzahl an üppig dimensionierten Testständen ausgerüstet. So ist hier die Prüfung der Temparatur- und Vakkumbeständigkeit wie auch der Vibrationsfestigkeit auch großer Raumfahrzeuge wie dem ATV möglich.

Das Automated Transfer Vehicle (ATV) ist das Logistik-Raumfahrzeug der ESA für die Internationale Raumstation ISS. Nachdem im Frühjahr 2008 die erste ATV-Mission unter dem Namen "Jules Verne" erfolgreich abgeschlossen werden konnte wurde zwei Jahre später die Nachfolgemission "Johannes Kepler" gestartet und ist zum Zeitpunkt der Aufnahme dieses Gesprächs gerade mit der ISS verbunden, um einige Wochen später die Raumstation wieder zu verlassen.

SOFIA - das auf ein Flugzeug montierte Infrarot-Teleskop zur Beobachtung des Weltalls von der Stratosphäre aus - ist ein Gemeinschaftsprojekt des DLR und der NASA. Als Nachfolgesystem des bereits sehr erfolgreichen Kuiper Airborne Observatory (KAO) wurde SOFIA unlängst in Betrieb genommen und erreicht aufgrund seiner größer dimensionierten Spiegel und aktueller Messtechnik deutlich gesteigerte Messwerte. Damit dient SOFIA der verbesserten Beobachtung des Weltalls und der Grundlagenforschung auf vielen Gebieten.

Computer sind heute das Universalwerkzeug der Forschung und Software ist der Schlüssel zum Erfolg der Projekte. So wird Software auch selbst zum Forschungsgegenstand. Aber auch um in anderen Forschungsbereichen des DLR das Wissen um die erforderlichen und wünschenswerten Techniken in der Softwareentwicklung voranzubringen erfolgt eine aktive Unterstützung durch diesen Forschungsbereich.

Robotik ist eine noch verhältnismäßig junge technische Disziplin und steht in der Raumfahrt selbst noch vor dem Durchbruch. Erstmals kam im Rahmen der D2-Mission auf dem Space Shuttle ein vom DLR geplantes Projekt auf einem Raumfahrtzeug zum Einsatz. Mit den in den letzten Jahrzehnten gewonnenen Erkenntnissen könnten sich die unbemannte und bemannte Raumfahrt in zahlreiche Richtungen weiterentwickeln. Dazu gehören sicherere Außenbordeinsätze, bodengesteuerte Experimente und missionsverlängernde Maßnahmen.

Unsere Erde ist von einer verhältnismäßig dünnen Schicht von Gasen umgeben, die das Leben auf der Erde überhaupt erst ermöglicht, indem sie Temperatur und Klima schafft und Schutz vor Strahlung bietet. Die Struktur der Atmosphäre hat aber auch große Auswirkungen auf die Kommunikation in der Raumfahrt und ihre Verschmutzung durch natürliche und menschengemachte Partikel ist eine Herausforderung sowohl für die Umwelt als auch für die Luftfahrt. Ein einschneidendes Ereignis, das diese Zusammenhänge deutlich gemacht hat, war der Ausbruch des Eyjafjallajökull in Island vor einem Jahr, der für einige Tage die Einstellung des Luftverkehrs in weiten Teilen Europas zur Folge hatte.

Vor fünzig Jahren, am 12. April 1961, passierte Juri Alexejewitsch Gagarin an Bord der Wostok 1 als erster Mensch die magische 100-Kilometer-Marke, ab der man vom Weltraum spricht. Damit war faktisch die moderne bemannte Raumfahrt geboren. Russland führte somit technologisch die Entwicklung an und unterstrich diese Führungsrolle durch den Aufbau von Raumstationen, die fortan als Basis von Langzeitmissionen russischer Kosmonauten dienten. 17 Jahre später wurde ein Deutscher Teil einer dieser Missionen: Der Wissenschaftler und Militärpilot Sigmund Jähn aus Morgenröthe-Rautenkranz in Sachsen trat am 26. August 1978 die Reise zur Raumstation Saljut 6 an und war damit der erste Deutsche im Weltall. Nach der Wende wurde Sigmund Jähn zu einem begehrten Ratgeber des DLR und der ESA sowie Ausbilder deutscher Astronauten. Anlässlich des 50-jährigen Jubiläums der bemannten Raumfahrt baten wir Sigmund Jähn, einen Rückblick auf die Pioniertage der Raumfahrt zu wagen.

Astronauten müssen für ihre Einsätze über ein außergewöhnlich umfangreiches Grundwissen und Training verfügen, damit sie sowohl den Herausforderungen der täglichen Arbeit im Orbit als auch möglichen Notfallsituationen gewachsen sind. Wie komplex und umfangreich diese Ausbildung ist, erzählt die elfte Ausgabe des Raumzeit-Podcasts.

Raumstationen sind neben den großen interplanetaren Missionen die Aushängeschilder der Raumfahrt. Heute wirkt sie zudem als Bindeglied der internationalen Raumfahrtagenturen, von denen sich schon viele an den Aktivitäten der Mir und vor allem der Internationalen Raumstation ISS beteiligen. Die ESA stellt mit dem Columbus-Modul einen wichtigen Baustein der ISS.

Neben den großen Himmelskörpern wie Sonne und Planeten wird unser Sonnensystem auch durch eine Vielzahl von kleineren Objekten geprägt: Asteroiden und Kometen nehmen in der Mitte und am Rand des Systems breiten Raum ein und einige einzelne Vertreter sínd dabei auch auf Kollisionskurs mit seinen Nachbarn. Auch die Erde ist vor Asteroiden nicht gefeit und so sind Einschläge von Kleinstobjekten an der Tagesordnung und Kollisionen mit größeren Vertretern der Zunft haben in den letzten Jahrmillionen die Oberfläche der Erde und das Leben auf ihr nachhaltig geprägt.

Satellitennavigation ist die vielleicht populärste Anwendung der Raumfahrt überhaupt. Seitdem die USA ihr GPS-System Anfang der 1990er Jahre für jeden nutzbar geschaltet haben, werden immer mehr Einsatzgebiete gefunden. Mit Galileo haben die Europäer ihr eigenes Navigationssystem in Planung, dass in den kommenden Jahren Schritt für Schritt in Betrieb genommen werden soll.

Die Raumfahrt schießt seit Jahrzehnten beherzt neue Raumfahrzeuge in den Orbit und übersah anfangs ein heute bedrohliche Ausmaße annehmendes Problem: die Umlaufbahnen sind überfüllt mit Material und fortlaufend auftretende kleine und große Kollisionen erzeugen ein orbitales Trümmerfeld, dass zunehmend den ordnungsgemäßen Betrieb bestehender und kommender Missionen gefährdet.

Paradoxerweise ist die Erdbeobachtung eine der wichtigsten Aufgaben der Raumfahrt, da erst der Blick von oben der Menschheit das nötige Bewusstsein für das Große und Ganze und für die Verletzlichkeit unseres Planetens geschaffen hat. Unter dem Begriff fallen allerdings gleich eine ganze Reihe von Anwendungen zusammen.

Die Planeten - die "Wanderer" am Himmel - sind die Spaltprodukte der Entstehung unserer Sonne und Basis unserer Existenz. Aber was bedingte die Entstehung von Planeten, war es ein Zufall oder unvermeidlich? Und was befördete das Entstehung von Leben auf der Erde?

Nachdem wir in der dritten Ausgabe von Raumzeit uns ausführlich mit den Raketentriebwerken und dem Raketenstart beschäftigt haben, nimmt die aktuelle Sendung den Faden an der genau der Stelle auf und blickt auf den Bereich "Operations" der sich mit der konkreten Steuerung der Raumfahrzeuge auseinandersetzt.

Um die Erdanziehung zu überwinden muss bei Raumfahrtmissionen eine Menge Energie freigesetzt werden. Um die notwendige Kraft zu entfalten müssen leistungsfähige und zuverlässige Antriebe entwickelt werden. Die dritte Ausgabe von Raumzeit widmet sich ganz diesem Thema. Ralf Hupertz, Ingenieur beim Institut für Raumfahrtantriebe des DLR in Lampoldshausen führt in die Prinzipien und Details der Raketenantriebe ein, bietet Einblick in die Geschichte und Zukunft der Technologie und erläutert die Bedeutung dieses Technikfelds für die gesamte Raumfahrt.

Bevor irgendetwas ins All geschossen wird muss zunächst viel nachgedacht werden. Daher widmet sich die zweite Ausgabe von Raumzeit der Phase der Missionsplanung. Missionsanalyst Markus Landgraf vom European Space Operations Center (ESOC) der ESA in Darmstadt berichtet in dieser Ausgabe ausführlich wie neue Missionen geboren werden und wie man sie konkret plant, wie man die Koordinierung mit beteiligten Gruppen durchführt und in welchem Maße die Planung letztlich auch die tatsächliche Durchführung der Mission beinflusst. Ein spannender Einblick in aktive Raumfahrt bis zu dem Moment wo der Countdown beginnt.

Nun ist es so weit: die erste Ausgabe unseres Podcasts steht bereit. Um dem gesamten Themenkomplex einen Rahmen und eine ausführliche Einführung zu geben beginnen wir mit einem Gespräch mit Jan Wörner, Vorstandsvorsitzender des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt und damit auch offizieller deutscher Vertreter bei der ESA wo er als stellvertretender Vorsitzender im ESA-Rat agiert. Jan Wörner erläutert im Gespräch die organisatorische Konstruktion der Raumfahrt in Europa, stellt wichtige Projekte der europäischen Raumfahrt der Vergangenheit und Gegenwart vor und gibt grundlegende Einblicke in das Selbstverständnis, die Ziele und Motivation der deutschen und europäischen Raumfahrt-Akteure.

Eine kleine Einführung in unser Projekt als Appetithäppchen vorab, damit Ihr Euch schon mal mit unserer tollen Erkennungsmelodie bekannt machen könnt.