Änderungen bei den ATV

Das ATV wurde mal konstruiert um der vielseitigste Transporter zu sein. So wie es aussieht wird das aber nicht gebraucht und er wird nicht optimal ausgenutzt werden. Das hat zwei Gründe. Dass eine ist der Ausfall des Space Shuttles. Dieser hätte fast ausschließlich Fracht im Druckmodul transportiert: Gegenstände, Essen, begrenzt auch Waser, Ersatzteile, neue Racks. Wasser wird weniger gebraucht werden, weil die NASA es doch noch auf den letzten Drücker geschafft hat ein weiteres Wasseraufbereitungssystem zu installieren, das auch Sauerstoff gewinnt. Dazu kommt der veränderte Zeitplan: Anstatt in Zeiten erhöhter Sonnenaktivität wird die Station in Zeiten niedriger Aktivität ihren Betrieb aufnehmen. Es ist also weniger Treibstoff zum Aufrechterhalten der Bahn nötig.

Daher wird es Änderungen den folgenden ATV geben. Es wird mehr trockenes Frachtgut transportiert werden und weniger Treibstoff und Flüssigkeiten. Weiterhin ist die mittlere Dichte des Frachtgutes geringer und liegt bei 200-250 kg/m anstatt bei 500 m, wie 1995 noch geplant. Für diese Menge wurden die Transportracks ausgelegt. Das hat zwei Folgen zum einen sind die Racks zu schwer und zum anderen steht nicht das Volumen zur Verfügung, das benötigt wird. Anstatt maximal 5.500 kg wird ein ATV mit der derzeitigen Konfiguration und derzeitigen Fracht, die recht voluminös ist, so maximal 3.200 kg im Druckbehälter transportieren können, obwohl mehr wünschenswert ist. Dazu kommt, dass auch nicht so viel Treibstoff und Wasser benötigt wird. Das bedeutet dass ohne Veränderung die ATV teilbeladen starten müsssten. Sie könnten mehr transportieren, aber das was sie transportieren können, wird nicht benötigt.

Die ESA konstruiert daher neue leichtgewichtige Racks, welche die Nutzlast erhöhen. Jedes Rack wiegt 50 kg weniger. Zusammen resultieren bei acht Racks so 400 kg mehr Nutzlast. Indem weitere Befestigungen an der Rückseite des ICC, an den schrägen Flächen am vorderen Konus und hinteren Konus angefügt werden, kann noch mehr Fracht im ICC zugeladen werden:

  • 338 durch eine palettenartige Struktur an der Rückseite des ICC
  • 4 x 67 kg durch vier Befestigungsbehälter am vorderen Konus
  • 4 x 26 kg durch vier Befestigungsstreben am hinteren Konus

Das sind zusammen weitere 710 kg.

Die beiden letzten ATV 4+5 werden zudem in Zeiten niedriger Sonnenaktivität eingesetzt werden. Die NASA rechnet dann mit einem Treibstoffbedarf von 1.500 kg pro Flug zum Anheben der Station. Das ist ein Problem, da die Auslegung eine minimale Treibstoffmenge von 1.821 kg voraussetzt. Derzeit laufen Überlegungen, durch eingebrachte Blasen das Tankvolumen zu verkleinern und die Software anzupassen, sodass sie mit der veränderten Gewichtsverteilung und dem Schwerpunkt zurechtkommt. Während das Erste recht einfach umzusetzen ist, gilt das Zweite als deutlich schwieriger.

Bei den beiden letzten ATV wird auch kein Refülltreibstoff benötigt. Daher wird bei diesen beiden Transportern das Refüllsystem ausgebaut und so zusätzlich zu den 860 Treibstoff noch 430 kg für dieses eingespart. Das ATV-2 wird kein Wasser transportieren, allerdings war dies bei der Produktion, die ja Jahre vor dem Start begonnen wurde nicht vorgesehen. Zukünftige ATV werden aber die Möglichkeit besitzen, wenn dieser Wunsch erneut recht spät aufkommt, einen oder mehrere der drei Tanks mit dem entsprechenden Subsystem vor dem Flug zu entfernen. Dies könnte weitere 100 kg an Gewicht einsparen.

Auch wird die Gefahr durch Mikrometeoriten heute geringer eingeschätzt. Es ist vorgesehen, den Mikrometeoritenschutzschild daher zu verändern. Er besteht heute aus einer 1,6 mm starken Aluminiumwand, umhüllt von mehreren Lagen an Gewebe. Die Gewebelagen bleiben, aber die Dicke der Aluminiumschicht soll auf 1,2 mm gesenkt werden. Das erhöht die Fracht um 60 kg.

Ein weiterer Wunsch ist es noch möglichst spät Änderungen an der Fracht vorzunehmen, genannt Late Cargo Access. Dies ist derzeit nur begrenzt möglich. Diese Möglichkeit soll für zukünftige ATV ausgebaut werden.

Insgesamt sollten die ersten fünf ATV nach den derzeitigen Planungen (Mitte 2010) 27.670 kg für die NASA zur ISS bringen. Die Änderungen werden es erlauben 500 kg mehr beim ATV-3 und jeweils 1.150 kg bei den ATV-4 und 5 zu transportieren, also rund 10% mehr. Die Maximalnutzlast der ATV von 7.700 kg wird dabei nicht überschritten, weil die Frachtmenge wie beschrieben vor allem trockene Fracht niedriger Dichte ist, die sonst es nicht erlaubt hätte, die Maximalnutzlast eines ATV voll auszunutzen.


Noch was anderes. Den besten Spruch für heute habe ich gestern bei „Extra 3“ dem Satiremagazin des NDR vernommen und zwar zum Thema Stuttgart 21. Zitat: „Mit 4Milliardenkann man ein paar Tage Krieg gegen den Irak führen oder einen ganzen Bahnhof unter die Erde legen – was ist Ihnen lieber?“

17 thoughts on “Änderungen bei den ATV

  1. Wozu denn, schließlich wird doch bald das Dragon Raumschiff bei jedem Flug 3 t Fracht zur Erde zurückbringen! Soviel fällt heute gar nicht an….

    Weitere Fragen bitte an die ESA, davon stammt die Info (vom neuesten ESA Bulletin).

  2. hmmm… je länger ich hier im Blog oder auf der Webseite was lese, desto stärker frage ich mich, ob es überhaupt mal irgendwann möglich sein wird, so Raumschiffe zu bauen, wie man sie aus der Science Fiction kennt. Im Moment geistert mir da gerade das Modell Galactica durch den Kopf, das man u.a. auch hier bewundern kann:
    http://de.battlestarwiki.org/wiki/Kampfstern,_Galactica-Typ
    Man beachte da insbesondere den Abschnitt über die Abmessungen, falls einem die Zahlen erst mal nichts sagen.
    Ich hab übrigens mal angefangen, eine Abschätzung über die Masse zu erstellen, die die Galactica möglicherweise haben könnte. Allerdings bin ich da noch nicht sehr weit gekommen, weil das ganze doch aufwändiger ist, als ich mir das ursprünglich vorgestellt habe. Bei Interesse würde ich darüber evtl. einen Gastblog schreiben, wo dann anschliessend alle mitspekulieren oder meine Spekulationen in Frage stellen dürfen.

  3. Es wird ja noch nicht mal das gebaut, was schon lange möglich wäre. Nur weil man das dafür nötige Geld lieber in völlig sinnlosen Kriegen verpulvert.
    Alleine mit dem was der „Nicht-Krieg“ in Afghanistan kostet, hätte Deutschland längst eine bemannte ATV-Version entwickeln können.
    Selbst Mexiko hat inzwischen eine eigene Raumfahrtbehörde und will eigene Trägerraketen entwickeln. Nur wir haben dafür mal wieder kein Geld.

  4. Nach dem Link ist ein „Galactica“ Raumschiff 5 mal größer als Flugzeugträger. Und der wiegt 97.000 t – Utopia, mal Unabhängigkeit von den dort angewandten Technologien würde man nie Masse hinbekommen.

    Die Diskussion über Geld das man woanders hinleiten kann ist uralt. Mir fallen da auch Gelder ein die man umleiten kann – Das für Stuttgart 21, die Brennelemente Steuer, den Zuschuss des Bundes für die Rentenkasse, der Soli…. Damit kann man sogar eine bemannte nationale Marsexpedition finanzieren….

    Wird es aus naheliegenden Gründen nicht geben.

  5. Also das klingt jetzt nicht wirklich danach, als ob es hier jemanden interessieren würde, welche Masse das Ding haben könnte. Übrigens ist es nicht 5 mal grösser, als ein Flugzeugträger (der Nimitzklasse), sondern mehr als 50 mal. Dass so ein Raumschiff für uns völlig utopisch ist, ist klar. Da das Teil niemals auf einer Planetenoberfläche landen kann (übrigens auch in der Serie nicht!) sondern immer im Orbit bleibt, muss es auch schon in einer orbitalen Werft gebaut werden. Im Film Razor, der zur Serie dazu gehört, ist auch sowas ähnliches zu sehen. Und davon abgesehen, das es sich bei der Galactica um ein Kriegsschiff handelt, gibt es in der Serie auch zivile Raumschiffe, die genauso gross sind und auch so Konstruiert, das sie im Orbit gebaut werden müssen, weil sie nicht landen können. Das beste Beispiel dafür ist dieses hier:
    http://de.battlestarwiki.org/wiki/Zephyr

    Soviel jetzt mal dazu. Jetzt noch die Frage, was das genau bedeuten soll:
    > mal Unabhängigkeit von den dort angewandten
    > Technologien würde man nie Masse hinbekommen.

    bezieht sich das auf die „Maße“, d.h. die Abmessungen oder die Masse, die multipliziert mit einer Beschleunigungskonstanten eine Gewichtskraft ergibt?
    (Nebenbei: das ist hier einer der wenigen Fälle, wo die Unterscheidung von „ss“ und „ß“ Sinn ergibt.)

  6. Ehrlich gesagt, verstehe ich das noch nicht ganz. Laut den Daten, wie man sie im Internet finden kann, beträgt die gesamte Transportkapazität 7.667 kg insgesamt, davon Treibstoff bis zu 4.500 kg, Wasser bis zu 840 kg, russischer Treibstoff bis zu 860 kg, zwei Gase bis zu 100 kg und trockene Fracht zwischen 1.500 und 5.500 kg. Wenn wir davon ausgehen, dass der Treibstofftank (für eigene und ISS-Reboost-Manöver) voll ist, bleiben ohnehin nur knapp 3.200 kg übrig, die komplett auf die trockene Fracht entfallen. Das scheinen die im Artikel erwähnten 3.200 kg zu sein. Außerdem bekommt man durch leichtere Racks sicherlich mehr Masse in das Druckmodul, aber eigentlich nicht mehr Volumen. Jedenfalls sieht es doch so aus, dass bei vollen Tanks 1.900 kg Fracht anfielen und höchstens noch 1.300 kg Trockenfracht transportiert werden könnte.

    Worin genau soll nun das Problem bestehen? So wie ich das sehe, spricht das ganze doch eher für die große Flexibilität des ATVs. Übrigens habe ich gelesen, dass der Wassertank beim Rückflug randvoll mit Abwasser sein soll, und das ist wieder ein tolles Beispiel für die Flexibilität der ATVs, oder?

  7. Ach ja die Daten im Internet….

    Im Internet (auf der Seite auf der Du den Kommentar verfasst hast) steht auch warum deine Rechnung nicht aufgeht.

    Wasser kann bei der ISS weitgehend recycelt werden. Der Rest wird für Elektrolyse benötigt. Sollte dann tatsächlich noch was übrig bleiben, dann kann es über Bord abgelassen werden. Das muss das ATV bestimmt nicht entsorgen. Es ist vorwiegend fester Abfall, doch denn transportieren auch alle andere Transporter weg.

  8. Wie bitte? Du sprichst in Rätseln!

    Wieso soll die Rechnung nicht aufgehen? Das passt doch alles gut zusammen, oder? Und was läuft nun deiner Meinung nach so falsch an den ATVs? Ich nenne das Flexibilität, und wenn man wegen leichterer Racks mehr Masse an Stückgut in die ATVs stopfen kann, ist das doch gut und nicht schlecht.

    Solange die Nutzlast de Ariane 5 ES nicht massiv gesteigert wird, kann man ein ATV eben nicht voll beladen. In dem Punkt wäre Kritik vielleicht noch am ehesten berechtigt.

    Außerdem hatte ich schon auf der ESA-Seite gelesen, dass bereits Jules Verne Abwasser mitgenommen hat. Wahrscheinlich will die NASA nicht, dass das Abwasser als Eiskristalle in der Nähe der ISS herumtreibt. Ich denke, da liegst du wohl ziemlich daneben.

  9. 1: Jules Verne legte vor den Missionen ab, welche das neue Wasseraufbereitungssystem installierten (STS-132 und Mission 20A). Bei Jules Verne wurden 264 l Abwasser übernommen, weniger als ein Drittel der Tankmenge, also nix mit übervoll.

    2: Oben nachlesen anstatt Kommentar schreiben. Der Wasserbedarf ist kaum mehr gegeben (ATV-002 gar kein Wasser), Refüll/Reboostreibstoff braucht man bei niedriger Sonnenaktivtät auch nicht. So sieht die Rechnung so aus: 1500 kg Reboosttreibstoff trockene Fracht

    Die Trockene Fracht derzeit auf 3200 kg beschränkt = 4.700 kg, eventuell etwas mehr bei ATC-003. Aber deutlich unter der Nutzlastkapazität.

    Übrigens wird die Ariane 5 ES auch mehr Nutzlast transportieren können. Sie profitiert von Leistungssteigerungen der EPC. Man wird sich daran aber erst rantasten. immerhin ist ATV-002 schon 700 kg scherer als das erste.

    Anstatt Internetquellen empfehle ich das Buch auf der rechten Seite

  10. Wer hat denn gesagt, dass der Tank von Jules Verne übervoll war? Der von Johannes Kepler soll es sein. Ich hoffe doch, dass du dich in ca. einem Dreivierteljahr reumütig korrigieren wirst, falls ATV-2 doch mit Abwasser an Bord den Wiedereintritt durchführt?

    Und du behauptest also, dass Johannes Kepler keinen Treibstoff mitnimmt, um die ISS anheben zu können? In deinem Artikel finde ich dazu aber kein Wort. Außerdem hatte ich schon vor längerer Zeit gelesen, dass jetzt nach Einstellung des Shuttle-Programms die Bahn ganz kräftig angehoben werden soll. Dazu wird man Treibstoff benötigen, oder? Und schon klappt die tolle Rechnung nicht mehr…

    Habe ich das jetzt richtig mitbekommen? Du willst die Aussagen in deinem Artikel mit einem Buch belegen, das du selbst geschrieben hast? Das überzeugt nicht. Abgesehen davon, ist dein Blog ja auch eine Internetquelle. Also forderst du uns auf, dir nicht zu trauen?

    @Martin_M: Ich habe gerade noch einmal deinen Kommentar gesehen. Small Cargo Return, damit meinst du diese Rückkehrkapsel, die aus dem Mittelschacht ausgestoßen werden könnte, oder? Ich schätze, eines spricht dagegen. Die Kapsel und der Ausstoßmechanismus würden die Nutzlastkapazität senken, und man will gerade das Gegenteil erreichen. Dass die Kapazität nicht voll ausgenutzt werden kann, ist erst einmal eine unbewiesene Behauptung vom Bernd.

  11. Lesen ist so schwierig. Missverstehen so leicht….
    Erst schreibst Du nur vom Abwassertank, dann von Jules Verne (nur von dem gibt es Daten vom Rückflug), nun plötzlich von Johannes Kepler… ATV-002 wird kein Wasser zur ISS bringen. Ob man die leeren Tanks nutzt ist eigentlich wurst, weil nicht zählt was man runter bringt, sondern hoch. Dafür braucht man eine ganze Rakete, für den Rückweg reichen ein paar kleine Steuertriebwerke….. Selbst wenn das ATV 20 t Abfall entsorgen könnte wäre es deswegen nicht viel sinnvoller, weil die Müllentsorgung nicht den Stellenwert der Materialversorgung hat.

    Wie oben geschrieben tritt das Treibstoffproblem bei ATV-004/5 gravierend auf. Steht da von ATV-002?

    Und meine Quelle ist das ESA Bulletin vom August 2010, steht übrigens auch schon bei den Kommentaren. Auch die für das Buch verwendeten Infos stammen von ESA, DLR und EADS und nicht irgendwo im „Internet“, das ich in dieser Form als Quelle genauso sinnvoll halte wie „auf dem Papier habe ich gelesen….“

    Bist Du zufälligerweise BWLer?

  12. So, ich habe mich noch einmal schlau gemacht. Den Spruch mit „Lesen und Missverstehen“ kann ich dir in der Tat nur ganz dringend ans Herz legen! Natürlich wird kein einziges ATV jemals teilbeladen vom Boden abheben. Ist ja auch eigentlich ganz logisch, denn eine derartige Verschwendung von Nutzlastkapazität kann sich niemand bei ESA oder NASA leisten. Der Trick ist natürlich der, dass ein ATV eben extrem flexibel ist, was die Fracht angeht. Packt man es allerdings randvoll mit aller möglicher Fracht, wäre es es viel zu schwer und käme niemals bis zur ISS. Die angesprochenen Maßnahmen von leichteren Racks und auch ganz neuen Befestigungen dienen dazu, doch noch etwas mehr Nutzlast hinein quetschen zu können und auch das zur Verfügung stehende Volumen noch etwas besser ausnutzen zu können. Das ATV ist und bleibt eben der leistungsstärkste und flexibelste aller verfügbaren Raumtransporter.

    So, und nun darfst du gerne reumütig zugeben, dass du dich völlig geirrt hast. Falls nicht, verrate ich dir gerne, wo dein Fehler liegt.

  13. Ich habe den Artikel ja auch positiv geschrieben, wie die ESA ihre Maximalnutzlast weiter ausschöpfen will. Nur Du hast das anscheinend völlig falsch verstanden. Sie begegnet aktiv dem Problem, dass derzeit nicht so viel Wasser und Treibstoff benötigt wird wie vorgesehen und die trockene Fracht zu voluminös ist.

    Zu Teilbeladen: Im ESA Artikel steht dass nach derzeitigen Planungen (vor der Initiative die Nutzlast zu erhöhen) mit 5 ATV 27.670 kg Nutzlast zur ISS bringen will. Die Maßnahmen bringen bei ATV-003 weitere 500 kg und bei 4 5 jeweils 1.150 kg.

    Maximale Nutzlast ist (leicht schwankend je nach Quelle) 7667 kg. 7667 x 5 = 38335 kg.

    27670 2×1150 500 kg = 30.470

    Die Teilbeladung ist also schon jetzt gegeben. ATV-1 hatte nur 4.700 kg Nutzlast, allerdings wegen größerer Treibstoffvorräte für Erprobungsmanöver und für Nr. 2 sind 6.700 kg geplant, auch noch 1.000 kg unter der Maximalmenge.

    Natürlich könnte man theoretisch mehr Fracht reinpacken als die 7.700 kg, das ist schon jetzt möglich wenn alle Kontingente ausgeschöpft werden. Problematisch wird es nur wenn überhaupt kein Treibstoff benötigt wird, weil die Größte Frachtmenge auf diesen Teil entfällt. und gleichzeitig, wie leider heute gegeben die Fracht zu volumniös ist, also in den vorhandenen Racks zwar 5.500 kg untergebracht werden können, in dem Volumen derzeit aber maximal nur 3.200 kg reingehen.

    Extremvergleich: Würde das ATV nur Styrophor transportieren dann wiegt dass nur einige Hundert Kilo und mehr geht nicht weil das ganze Volumen ausgefüllt ist.

    Mehr würde mich interessieren ob die Steigerungen der Nutzlast bei der Ariane 5 für den GTO Orbit in entsprechender Weise auch beim ATV eingeplant werden. Da fand ich leider nichts im Artikel.

  14. Hallo Bernd, da bin ich wieder. Du hast schon ganz richtig erkannt, dass der Treibstoff viel ausmacht, aber dann hast du es leider nicht ganz verstanden, wie die Fracht des ATV berechnet wird. Also, in diesen 7.500 – 7.667 kg Nutzlast ist der Reboost-Treibstoff natürlich schon miteingerechnet. So gesehen hast du richtig gelegen, dass alle ATVs halbleer zur ISS fliegen. Das ist aber eben kein plötzlich auftauchendes Problem, sondern Teil der geplanten möglichen Missionsprofile. Pickepackevoll gestopft dürfte ein ATV auf ca. 12 t Nutzlast kommen. Du wirst uns sicher sagen können, wohin eine aktuelle Ariane 5 ES ein dermaßen überladenes ATV schießen könnte!?

    Was du aber auch übersehen hast, ist die Fähigkeit des ATVs, temporär verwendbaren Raum zur Verfügung zu stellen. Das Volumen wird daher bei weitem nicht von der Fracht ausgenutzt, sondern steht selbst bei vollen Racks noch für die Astronauten zur Verfügung. Die Idee ist es jetzt eben, bei leeren Gas-, Wasser und Treibstofftanks (russisches UDMH/NO2) das Druckmodul nicht nur voll zu beladen, sondern über die ursprüngliche Kapazität von ca. 7.500 kg hinauszugehen. Wenn man aber mehr Nutzlast hineinpacken will, muss man an anderer Stelle abspecken, und das wäre z.B. die Racks oder eben auch die Treibstofftanks. Bei den Racks geht das noch relativ einfach, die Treibstofftanks sind aber leider integraler Bestandteil des Frachtmoduls und werden bereits Jahre vor dem Start eingebaut. Wie in dem Artikel beschrieben wird, denkt man über eine Lösung für dieses technische Problem nach.

  15. Hallo Captain E aka „Ruhri“

    Das ATV hat eine Nutzlastgrenze (je nachdem wo man in den Dokumenten nachschaut, da sind sich die ESA Dokumente nicht ganz einig) von 7,667 oder 9 t.

    7,5 t Fracht im Druckmodul gehen einfach räumlich nicht. Das ATV hat so viele Racks wie das HTV (4,5 t) und halb so viele wie ein MPLM (9,1 t). Schon die 5,5 t sind also recht optimistisch gerechnet. Wie im ESA schreibt, ist die Nutzlast aber deutlich voluminöser, sodass das maximal zulässige Gewicht nicht ausgeschöpft wird.
    http://www.esa.int/SPECIALS/ESA_Publications/SEM17Z7OTCG_0.html
    Vereinfacht und überspitzt gesagt: Wenn man die Racks mit Styrophor volllädt wiegen die auch keine 5,5 t…

    Das Problem ist, dass die primäre Aufgabe die Versorgung mit Treibstoff war, für den Racktransport waren Shuttle und das HTV primär vorgesehen.

    Die Aufgabenstellung hat sich geändert und man versucht sich so gut es geht ihr anzupassen.

    Der Raum ist eigentlich nicht so wichtig. Es wird ja nun ein PMM für Fracht geben. Was wirklich fehlt ist das gestrichene US-Habitation Modul das echten Wohnkomfort geboten hätte. Bewohnen in dem Sinne kann man ein ATV nicht. Allerhöchstens als Rückzugsraum oder zum Aufschlagen einer Schlafkoje nutzen.

  16. Na ja, ATV-4 geht in wenigen Stunden auf die Reise, wenn alles klappt. Laut ESA setzt sich die Fracht wie folgt zusammen:

    2480 kg trocken
    100 kg Gas
    570 kg Trinkwasser (also doch auch Wasser)
    860 kg Treibstoff für die ISS (also doch „Refülltreibstoff“?)
    2580 kg Treibstoff im ATV für das Anheben der ISS (also mehr als die genannten 1500 kg).

    Die Gesamtmasse, die gestartet wird, ist knapp 200 kg höher als bei ATV-3 und ATV-2.

    Kai

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