Die ISS

In meiner allseits beliebten Rubrik „Gut das wir es besser wissen“ heute mal ein Plan für die ISS: Die Internationale Spar-Station. Eine Idee wie es auch hätte anders laufen können.

Was machte die ISS so teuer? Die Frage ist leicht zu beantworten:

  • Die lange Projektzeit. Seit erstem Entwurf bis zur Fertigstellung vergingen nur 25 Jahre. Bei einem Projekt dieser Größe fallen jedes Jahr enorme Summen an, egal ob es weiter geht oder nicht. Man kann das leicht im Budget der NASA von 2003-5 sehen als der ausbau stoppte, die ISS Kosten in voller Höhe aber weiter gingen. Je schneller sie also fertig ist desto billiger wird sie.
  • Transport mit dem Space Shuttle. Das ist nun wirklich die teuerste Möglichkeit die Elemente in den Orbit zu bekommen. Jeder Flug kostete rund 800 Millionen Dollar. Will man es billiger haben muss es unbemannt gehen.
  • Viele unterschiedliche Elemente – Einsparungen kommen vor allem durch den Einsatz standardisierter Elemente zustande

Daher mein Vorschlag für die ISS2 – Man vereinige das beste von Russland und den USA

  • Von Russland übernimmt man das System der automatischen Ankopplung, egal ob optisch (ATV) oder mit Radar (Progress/Sojus) und das System der Treibstoffleitungen und Versorgungsleitungen durch den Kopplungsadapter
  • Von den USA übernimmt man die großen Türen, die es erlauben die Inneneinrichtung mit Transportern zur Station zu senden.

Mein Vorschlag:

Die Station wird komplett unbemannt aufgebaut. Jedes Modul wird mit einer standardisierten Antriebseinheit ins All gebracht. Als Basis könnte eine Konstruktion wie der Bus des ATV oder des HTV dienen. Es koppelt aktiv an die Station an. Dafür gibt es am Modulkopf mit aktivem Kopplungsadapter entsprechende Systeme (optische oder Radar), also im Prinzip wie das ATV, nur eben mit einem ISS Modul anstatt einem Frachtbehälter. Der restliche Treibstoff kann dann zum Anheben der Station benutzt werden, bevor die Antriebseinheit ablegt und dann zum Absturz gebracht wird.

Die Module selbst bestehen aus folgenden Teilen:

  • Einem Aktiven Abschluss vorne zum Ankoppeln an ein anderes Modul
  • Einem passiven Abschluss mit dem die Antriebseinheit verbunden ist. Sie erlaubt später die Ankopplung eines weiteren Moduls
  • Einem 2 m langen Segment mit Solarpanelen und Batterien: Jedes Modul hat seine eigene Stromversorgung. Vier Paneele, jedes doppelt so groß beim ATV liefern den Strom. Das wären 9,6 kW pro Modul
  • Mehreren 2 m Verlängerungssegmenten je nach Größe des Moduls und/oder
  • Einem 2 m langen Kopplungsdaptersegments mit vier passiven Adaptern zum Ankoppeln über die Radialfläche. Diese können für russische Module / Sojus/Progress auch mit russischen Kopplungsadaptern ausgestattet werden und/oder
  • Einem Teil ohne Druck für Experimente ohne Druckausgleich, Ersatzteile, Kommunikationsantennen oder zusätzliche Solarpanel. An diesen Elementen kann dann nicht angekoppelt werden.

Der Durchmesser sollte 4,40 m (außen) / 4,20 m (innen) betragen. Dies erlaubt es die Module mit zahlreichen Trägern zu starten.

Was ist der Vorteil? Man hat ein standardisiertes System. Das erlaubt es die Module an unterschiedliche Trägerraketen mit unterschiedlichen Nutzlasten anzupassen. Natürlich gibt es auch noch die Möglichkeit ein Modul sehr groß zu bauen und leer zu starten und dann die Inneneinrichtung später mit einem Transporter nachzuliefern (so wiegt Columbus leer nur 10 t, voll ausgerüstet aber 21 t). Da nun eine Vielzahl von Trägern zur Verfügung stehen sollte der Aufbau schneller gehen, sofern wirklich die Zusammenarbeit ernst gemeint wird. Würden Russland, Europa und Amerika je zwei Starts pro Jahr durchführen, so würden sechs Module pro Jahr gestartet werden. Bei einem Gewicht des Antriebs von 6 t, einem Gewicht eines Moduls von 14 t und einem Wohnvolumen von 50 m (bei 4 m Länge) wären rund 19 Starts notwendig um das gleiche Innenvolumen wie bei der ISS aufzubauen. Die ISS wäre leichter (nur 266 t), da einige Installationen außen fehlen und die schwere Maststruktur fehlt. Aber sie wäre in 4 Jahren fertiggestellt, was Einsparung in Höhe von 12 Milliarden Dollar bei den Betriebskosten verglichen mit dem Aufbau über 12 Jahre einbringt.

Weiterhin kann eine Trägerrakete leicht das Modul in eine höhere Umlaufbahn als heute bringen und benötigt so viel weniger Treibstoff für die Aufrechterhaltung der Bahn.

Verfügbare Träger

Es gäbe eine Reihe von Trägern die sich für den Transport eignen

Träger Nutzlast Verfügbarkeit Kosten [Mill $]
Titan 4 18.140 kg -1997 300
Titan 4B 21.680 kg 1997-2005 411
Proton K 20.600 kg -2008 100
Proton M 21.600 kg 2001- 120
Atlas V 552 20.520 kg 2002- 190
Delta IV Heavy 22.877 kg 2004- 254
Ariane 5G 17.900 kg 1997-2007 150
Ariane 5 ES 20.750 kg 2005- 170

Dazu kommt noch die Antriebseinheit. Ein ATV kostet rund 220 Millionen Euro. Allerdings wird nicht der Druckbehälter benötigt und die größere Stückzahl sollte die Produktionskosten drücken. Gehen wir mal von 200 Millionen Dollar für einen Antrieb aus. So errechnen sich als Transportkosten im ungünstigsten Fall (Nur Einsatz der Titan 4B) zu 26 x 611 Millionen Dollar = rund 16 Milliarden Dollar. Das ist viel, aber es ist immer noch erheblich billiger als die rund 31 Milliarden für Space Shuttle Flüge die bei der bisherigen Form anfallen. Anders ausgedrückt: Es wäre so möglich zum selben Preis eine rund 750 t schwere Station aufzubauen – und das ist die teure Lösung. Mit der Proton wäre es nur halb so teuer.

Weitaus größere Einsparungen sehe ich in der Fertigung aus standardisierten Teilen. Zudem könnte die Lebensdauer der Station leicht verlängert werden. Für das Entfernen eines Moduls muss nur eine Antriebseinheit gestartet werden um das Modul zu entfernen und zu deorbitieren und ein neues Modul kann mit einer zweiten Einheit danach angekoppelt werden. Es gäbe auch die Möglichkeit die ISS immer weiter zu erweitern auf eine größere Besatzungsstärke wenn dies gewünscht ist.

Na ja aber das ist wohl für die NASA viel zu einfach. Da plant man lieber ein paar Jahrzehnte rum….

21 thoughts on “Die ISS

  1. Ich würde dann doch noch etwas hinzufügen wollen.

    Einen solchen Plan, für den Aufbau einer Raumstation, finde ich natürlich auch richtig. Und der jetzige russische Plan für eine ISS-Nachfolgerstation sieht auch sehr ähnlich aus. Nur die Anordnung der Solarmodule und den Anbringungsort der Solarzellen an diesen, sollte meiner Meinung nach verbessert werden (beim russischen Plan). Ob die großen amerikanischen Türen so ein großer Vorteil sind weiss ich nicht. Man könnte die Ausrüstung auch so bauen das sie durch die schmaleren russischen Türen passt.

    Das was ich hinzufügen will ist die Frage ob für den Aufbau der Station nicht ein wiederverwendbarer Raumtransporter wie Parom günstiger wäre. Man könnte dann beim Start Masse einsparen.

    Natürlich werden kleinere Module auch heute noch von russischer Seite mit „Wegwerfantriebseinheiten“ in den Orbit gebracht, so wie zuletzt Poisk. Bei größeren wurde dies nur bei Kwant so gemacht. Die anderen 5 Russischen Module auf TKS-Basis wurden seitdem in anderer Konfiguration gestartet.

    Falls jemand noch nichts vom TKS gehört hat:
    Es war ein russisches Raumschiff das größer war als die Sojus, 20 Tonnen schwer, und nie bemannt geflogen ist. Es wurde beschlossen die Antriebseinheit vom TKS, genauso wie Bernd es mit ATV und HTV vorschlägt, zum Transport der Mir-Module zu verwenden. In Wegwerfverwendung wurde dies aber nur einmal bei Kwant so gemacht. Die Masse des so transportierten Moduls ist dabei relativ klein. Bei den nachfolgenden Modulen wurde deshalb entschieden die Antriebeinheit am Modul zu belassen, was den Vorteil hatte das die Tanks und der Antrieb verwendet werden können.

  2. Die Antriebseinheit braucht man immer, egal ob man sie nun integriert oder nicht. Wenn sie integriert ist so ist sie allerdings später meist nur tote Masse. Das modernere Verfahren ist es daher beides zu trennen. Billiger als eine Progress Serviceinheit zu verwenden geht es übrigens nicht. Der gesamte Ausbau basiert auf der Fähigkeit die Module hintereinander zu koppeln. Mit fest angebrachter Serviceeinheit geht dies nicht.

    Die großen Türen sind ein wichtiger Vorteil, denn die Racks an Bord der ISS sind standardisiert und können so auch mal umziehen (z.B. jetzt die Anlage für die Luft/Wasseraufbereitung von Harmony zu Tranquility. Zudem gibt es schlicht und einfach sperrige Ausrüstung die eine größere Tür nötig macht. Die 80 cm Luken von Russland gehen praktisch noch auf die frühen 70 er Jahre zurück, als keiner an den Transport von Ausrüstung durch sie dachte.

  3. Die Idee klingt gut, aber ich glaube nicht, das es für die NASA zu einfach ist, – zumindest nicht für die Ingenieure.
    Anders dürfte es da bei Politikern aussehen. Da heisst die Frage ja nicht: „Was soll das eigentlich?“ wenn sie sachlich merkwürdige Entscheidungen treffen, sondern wer daran verdient, und wieviel?
    Und schliesslich dürfte der amerikanische Patriotismus einer in jedem Fall gleichberechtigten internationalen Kooperation im Wege stehen, weil die Amerikaner dann nicht mehr die technisch führende Nation in Raumfahrtfragen wären, und folglich auch keine wie auch immer gearteten (wirtschaftlichen oder militärischen) Vorteile mehr hätten.

  4. Sie mischen da wieder einiges zusammen. Die Kritik am zu teuren Shuttle und gleichzeitig eine Idee für die Zukunft.
    Also das mit dem Shuttle für die Vergangenheit ist doch ganz einfach. Als die Planungen zu Alpha begannen gab es eben nur das Shuttle für die Amis. Punkt und aus. Kein ATV, kein HTV usw…

    Und mit der Zukunft, nicht die NASA entscheidet über Ihr Budget und was sie damit macht, sondern die Politik.

    Daher Ihr Spruch: „Na ja aber das ist wohl für die NASA viel zu einfach. Da plant man lieber ein paar Jahrzehnte rumâ

  5. Tollere ja, preiswertere nein. Schlussendlich sah Freedom doch etwas anders (und fortschrittlicher) aus als die ISS.

    Die Amis hatten durchaus Alternativen zum Space Shuttle (siehe Titan), aber ein alternatives Konzept wurde ja nicht mal untersucht.

    Warum ausgerechnet sie wo für sie ja die neue Politik „der Untergang der bemannten Traumfahrt“ ist mir vorwerfen auf der NASA rumhacken ist mir ein Rätsel.Aber gründliches Informieren oder auch nur Lesen war ja auch bei dem Post nicht angesagt. Sonst wären sie ja schon über den ersten Satz bei meinem Blog gestolpert….

  6. Sie schreiben: „Eine Idee wie es auch hätte anders laufen können.“

    Nur mal ein Denkfehler, warum das nicht gegangen wäre:

    Wie hätten die Amis Ihre Astronauten zu Ihrer „günstigen“ ISS schicken sollen? Es gab nur das Shuttle und da hätte man auch gleich Nutzlast mitschicken müssen um es auszulasten.

    P.S.: Ich kommentiere nur den aktuellen Blog und dessen Inhalt 🙂

  7. Nein es gibr auch die Sojus und es gab sie auch schon vor dem Shuttle. Sonst gäbe es auch nicht den Absatz über Kopplungsadapter für Sojus/Progress zur Verbindung des russischen Teils (der ja in jedem Falle anders aufgebaut ist).

    Der Springende Punkt: Wir haben heute schon weitgehend identische Module die man durchaus standardisieren kann und das man eine Raumstation unbemannt konstruieren kann haben auch die Russen gezeigt. Was ein riesiger Fehler war ist dass man überall den Aspekt betont hat, dass zwei Systeme verfügbar sein muss (gilt für jedes Frachtgut und den Personentransport) nur beim Aufbau verlässt man sich voll und ganz auf ein einziges System.

  8. Beim Entfernen von Modulen sollte man aber vielleicht lieber die „russische Lösung“ zum Einsatz bringen. In absehbarer Zeit soll bekanntlich Pirs von der ISS abgekoppelt werden, und zwar zusammen mit einem regulären Progress-Transporter, der zuvor die üblichen Dinge wie Nachschub von trockenem und nassem Material erledigt, und je nach Treibstoffbedarf (für Deorbit Burn) auch das eine oder andere Reboost-Manöver. Ein ATV etwa sollte in der Lage sein, jedes Druck-Modul der ISS nach Abschluss eines weitgehend normalen Versorgungsfluges für eine Versenkung mitzunehmen.

  9. Niemals hätten die Amerikaner eine ISS gebaut ohne eigenen bemannten Zugang. Man war dazu verdammt das Shuttle zu benutzen.
    Für zukünftige Stationen sieht es wieder anders aus, aber wir reden ja von der Vergangenheit.

  10. @klausd: Umgekehrt wird ein Schuh daraus. Nicht die ISS braucht das Shuttle sondern das Shuttle brauchte die ISS als Existenzberechtigung nachdem es schon in den 90 er Jahren Stimmen gaben die dafür plädierten das Programm einzustellen. (Manche Leute glauben ja tatsächlich man hätte die ISS gebaut um zu forschen oder international zusammenzuarbeiten). Übrigens rede ich nicht von der ISS wie sie existiert sondern einer Alternative die ich mir ausgedacht habe, das scheinst Du in allen Kommentaren vollkommen zu ignorieren. Es geht um eine Idee von mir und nicht um einen Alternativplan der NASA.

    @Ruhri: Das ATV kann nicht an einem amerikanischen Modul ankoppeln und dazu wären viel zu viele Starts notwendig so dass es unnötig teuer wäre. Die preiswerteste Möglichkeit die ISS zu deorbiteren wäre ein Mittelding zwischen unbemannten Transporter und einer Stufe wie der Delta oder EPS. Sie hätte genug Schub und Treibstoff um die Iss auf einmal zum Absturz zu bringen

  11. @Bernd Leitenberger: Jetzt haben Sie genau das getan, was Sie klausd vorwerfen! Wenn wir Ihre hypothetische ISS bauen, dann wird natürlich das ATV an allen Modulen ankoppeln können.

    Außerdem hatte ich keineswegs vom Versenken der gesamten ISS gesprochen, sondern mich auf Ihre eigene Idee bezogen, auszurangierende Module einzeln zum Verglühen zu bringen. Sie würden eine eigene Deorbitstufe starten, um so ein Modul zu entfernen. Ich sage, das ist Unsinn, und zwar teurer! Ein regulärer unbemannter Transporter, der Vorräte für die Station hochbringt, kann das genauso gut und daher erheblich billiger erledigen. Genau auf diese Art und Weise wird doch Pirs im Meer versinken, nämlich an der Spitze eines normalen Progress-Transporters, der zuvor Treibstoff und andere Vorräte zur ISS geschafft haben wird.

    Der geplante russische Parom-Transporter würde es vielleicht auch schaffen, aber da will ich mich nicht festlegen. Was das Ding zu leisten imstande sein würde, ist ja auch noch nicht genau bekannt.

  12. @Ruhri: Bei meiner ISS2 gäbe es kein ATV, daher kann ich die Bezugnahme nur auf einen real existierenden Transporter und die heutige ISS beziehen. Das ATV ist unnötig teuer und komplex. Meine Deorbitstufe ist wesentlich günstiger und einfacher. Des weiteren ist natürlich ohne neues Modul auch eine kleinere Trägerrakete nötig und man könnte eventuell sogar beides kombinieren. Käme auf das Gewicht des Moduls an (Deorbitieren benötigt auch einiges an Treibstoff

  13. @Bernd Leitenberger: Ihr Plan hat ein paar Löcher! Sie selber haben geschrieben, dass Sie einen Transporter benötigen, und ohne wird es auch nicht gehen. Wieso also, wenn wir etwa über eine Nachfolgestation zur ISS nachdenken, nicht das ATV verwenden? Wenn Module an dieses angelehnt konstruiert werden und wir zudem die Entwicklungskosten längst bezahlt haben, dürfte es auch nicht allzu teuer werden – selbstverständlich gesprochen in Raumfahrtdimensionen.

  14. @Ruhri. Das ist kein Plan sondern eine Idee, mehr nicht. Für einen Plan müsste ich ein richtiges Konzept entwickeln. Es geht mir nur darum eine Alternative zu zeigen. Tiefschürfende Pläne kann ich nicht in Blogs erläutern und das finde ich auch geht zu weit. Ich will vielmehr die Versäumnisse aufzeigen die man in der Vergangenheit begannen hat.

    Eine Nachfolgestation liegt in ferner Zukunft. Ich glaube nach der ISS folgt erst mal längere Zeit gar nichts. Wenn ein Marsprogramm angegangen wird so wird es erst mal viele Ressourcen binden und erst danach wird eine Station angegangen werden.

    Ich habe auch nicht gesagt dass es ohne Transporter gehen wird – schlussendlich braucht man später Versorgungsgüter, aber es geht vielleicht weniger komplex als beim ATV. Eine Art HTV mit Progresssystemen zum automatischen Ankoppeln wäre eine bessere Lösung.

  15. Nennen Sie es doch, wie sie wollen, aber Loch bleibt Loch. Und was bringt Sie zu der Meinung, ein aufgemotztes HTV wäre immer noch erheblich billiger als ein ATV?

  16. Schön, aber das sind die Kosten für die Transporter, wie sie heute existieren. Wenn man aus dem umgesetzten Entwurf etwas anderes bauen will, kostet das natürlich extra. Die Jaxa konnte es sich leisten, an der Flugsteuerung und der maximalen Einsatzdauer zu sparen.

  17. Das gleiche gilt auch für die Progress: Einfach und billiger. Das ATV ist für die Aufgabe einfach zu teuer. Nach täglicher Erfahrung ist es immer billiger einen einfachen Entwurf um das zu erweitern was man braucht als aus einem komplizierten Entwurf alles rauszunehmen was man nicht braucht.

  18. Herr Leitenberger, jetzt sehen Sie mich aber endgültig entsetzt! Da fehlt nur noch, dass sie auch noch vom „gesunden Menschverstand“ reden. Wenn es eines gibt, was Großprojekte in Sachen Militärtechnik, Luft- und natürlich auch Raumfahrt zeigen, dann doch dieses, dass das Hinzufügen von ursprünglich nicht geplanten Fähigkeiten zu immensen Kostensteigerungen führen.

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