Bigelow – Teil 1

So wie gewünscht ein Artikel über eine der neuen Raumfahrtfirmen. Im Blog wegen der Länge in mehreren Teilen, aber wer weiss wo auf der Webseite die Neuzugänge zu finden sind findet ihn sicher auch dort….

Einleitung

Bigelow Aerospace sticht aus den „neuen“ Raumfahrtfirmen, die vorwiegend nicht von Regierungsaufträgen leben wollen, heraus. Sie wollen anders als viele andere Firmen nicht primär eine Transportleistung erbringen, sondern mit einer eigenen kleinen Raumstation, die vermietet wird, Geld verdienen.

Das Konzept

TranshabSehr wenig weiß man über das genaue Konzept von Bigelow. Die Grundzüge sind allerdings bekannt. Sie beruhen letztendlich auf fast 40 Jahren NASA Forschung. Für die ISS war auch ein Wohnquartier geplant. 1997 begann bei der NASA dafür die Entwicklung des Transhab. (= Transition Habitat, da es auch für den Transport von Besatzungen zum Mars geeignet wäre) Dieses war der Prototyp eines „aufblasbaren Moduls“. Im Jahre 2000 gab es einen Kongressbeschluss, der in der Resolution 1654 endete, der es der NASA verbot das Transhab weiter zu entwickeln, sie dürfte aber die Ergebnisse an die Privatwirtschaft lizenzieren. So kam Bigelow Aerospace an die von der NASA entwickelte Technologie eines aus Gewebe bestehenden Moduls.

Die NASA forschte selbst weiter, nicht am Transhab, aber an der Technologie und einem verkleinerten Prototypen von 224 cm Durchmesser. Bis 2005 gab es z.B. 100 Tests des Mikrometeoritenschutzschilds mit bis zu 2 cm großen Projektilen. Die Zuverlässigkeit betrug 0,985. Tests in Vakuumkammern oder hydrostatischen Kammern über Druckdichtigkeit und Belastungsgrenzen folgten. Das Konzept ist also ausgereift wie auch die experimentellen Stationen Genesis I+II zeigen, von denen eine nun schon seit 6 Jahren die Erde umkreist ohne Druck verloren zu haben.

Die Station

Da es sehr wenig Informationen über die Station selbst gibt, beschriebe ich im Folgenden das Transhab Modul der NASA, dessen Konzept und technologische Entwicklung Bigelow aufgegriffen hat. Nur wo es harte Daten von Bigelow gibt, werde ich diese separat ausweisen.

Das Transhab Modul hat einen Durchmesser (entfaltet) von 25 Fuß (7,28 m) internem Durchmesser und 40 Fuß (12,19 m) Länge. Das Volumen beträgt 342 m³. Die Bigelow Station BA 330 hat nahezu denselben Volumengehalt (330 m³) und ist etwas länger (13,70 m), wobei dies aber auf einer Erweiterung beruht, die Solarzellen und Antriebssystem aufnimmt, das Transhabmodul war ohne eigene Stromversorgung und Antrieb. Der Innendruchmesser beträgt 6,70 m. BA 330 und Transhab haben eine feste, nicht aufblasbare, Innensäule gemeinsam. Sie hat beim Transhab einen Druchmesser von 2,30 m. Dies ist nötig um eine Verformung des Labors zu einer Kugel zu vermeiden, an ihr können auch Zwischenstockwerke angebracht werden. Beim Transhab waren drei Stockwerke vorgesehen. Dies ist ein Unterschied zur BA-330. Diese hat keine Zwischenstockwerke. Beim Transhab hatten die beiden oberen Stockwerke eine Höhe von 8 Fuß (2,44 m) und das Mittlere eine Höhe von 7 Fuß (2,14 m). Die Länge von Luftschleuse zu Luftschleuse beträgt nur 23 Fuß (7,02 m). Das liegt daran, dass sich das ausblasbare Modul von dem starren Teil aus aufbläht, in der Mitte also am kürzesten ist. Das Transhab hat einen 7 Fuß (2,14 m) langen Tunnel mit einer Luftschleuse an einer Seite und einen kurzen, ohne Druckausgleich mit dem Aufblassystem am anderen Ende.

BA-330 ModellBeim Transhab gab es im ersten Stockwerk, eine Bordküche in drei ISS-Racks, eine Messe mit einem Tisch sowie einen Bereich, um Standard CRB-Säcke zu verstauen. An ihm befindet sich ein nach oben offener „Obergaden“ wie bei einer mittelalterlichen Kirche. Er soll das Gefühl des freien Raums verstärken. Im zweiten Stockwerk gibt es einen „Mechanikerraum“ der die Hälfte des Flurs einnimmt  und die Mannschaftsquartiere für sechs Personen. Das Transhab soll sogar genügend Platz für 12 Astronauten bieten. Jedes Crewquartier hat 2,30 m³ Raum bei einer Höhe von 213 cm. Das sind 27% mehr Platz als in den sonst benutzten Racks in den Laboren zur Verfügung stehen. Dort befindet sich ein Bereich um persönliche Dinge zu verstauen, eine Schlafliege mit Bändern zum Fixieren, Licht, Anschlüsse für das Netzwerk, Strom und ein Computer. Die Zwischenwände mit schallschluckenden Eigenschaften können ausgetauscht werden um das Quartier zu personalisieren. Die Rückseite enthält einen Wassertank 6-7 cm Stärke als Schutz vor solarer Strahlung.

Stockwerk 3 enthält zwei Racks für die persönliche Hygiene und einen Bereich für die Ganzkörperhygiene. Dann gibt es noch einen Bereich für den Sport mit einem Ergometer und einem Laufband. Diese sind – anders als die Geräte woanders – permanent aufgebaut, was Crew-Zeit spart. Im Tunnel gibt es zwei Türen, eines zum Node 3 und eines zum Innenraum. Zwei Fenster von 51 cm Durchmesser gibt es auf dem ersten und dritten Deck. Auch die BA-330 soll Fenster mit UV-Schutz einsetzen.

Der zentrale Innenraum mit 6 Seitenflächen ist aus 36 Seitenteilen von 76,2 x 213 und 127 x 213 cm Größe aufgebaut. Die Hälfte davon wird im Orbit an andere Stellen verschoben, z.B. um Trennwände zu erzeugen.

Sundancer MockupsDas Interessanteste ist natürlich die Hülle. Sie besteht aus drei funktionellen Teilen: dem äußeren Mikrometeoriten- und Weltraummüll- Schutzschild, dem mittleren Teil der für strukturelle Integrität sorgt und einem inneren Teil der die Hülle gasdicht verschließt.

Die drei „Blasen“, welche die Station luftdicht verschließen bestehen aus Gorefasern (Polyurethan/Sarah), die nach dem Weben verschmolzen wurden. Jede Blase ist dann noch von Kevelarfasern umhüllt, zur Verstärkung und damit sie nicht direkt aneinander reiben. An der Innenseite gibt es einen zusätzlichen Schutz vor Beschädigung und Abrieb.

Der Mittelteil verleiht der Hülle Steifigkeit und verhindert ein Platzen bis zu einem Druck von 4 Bar. Sie besteht aus Kevlarfasern, die mit einander kreuzförmig verwoben sind. Sie soll für 10 Jahre die strukturelle Integrität aufrecht erhalten. Die Beständigkeit für 4 Bar ergibt einen Sicherheitsfaktor von 4.

Die Außenschicht besteht ganz außen aus einer Mehrschichtenisolation, Dies ist dieselbe wie bei den anderen Modulen. Außen ist eine Schicht aus Beta-Cloth zum Schutz vor atomaren Sauerstoff. Sie ist innen aluminisert um Licht zu reflektieren. Es folgen zwischen zwei auf beiden Seiten aluminierten und verstärktem Kaptongewebe, 20 Schichten aus beidseitig verspiegelter Mylarfolie. Der Effekt ist der gleiche wie bei einer Rettungsfolie – die hohe Rückstrahlfähigkeit spiegelt die IR-Strahlung nach innen und schützt so vor Auskühlung.

Danach kommt der Mikrometeoritenschutzschild. Bei den anderen Modulen besteht dieser aus einem Metallschild, der die Mikrometeoriten zum Platzen bringt und einem Leerraum, der sie verteilt und der äußeren verstärkten Hülle. Bei dem Transhab besteht er aus vier Schichten jeweils aus Nextel, verstärkt mit Kevlar und einer dicken Schaumschicht. Sie soll dem Einschlag eines 1,7 cm großen Aluminiumstücks mit 7 km/s standhalten.

Beim Transhab sollte die gesamte Hülle 12.000 Pfund (5.400 kg) wiegen.  Es sind insgesamt 60 Schichten mit einer Gesamtdicke von 40 cm.

Entwicklungen von Bigelow.

Genesis IRobert Bigelow gründete 1999 die Firma Bigelow Aerospace. Bis 2010 hatte er 180 Millionen Dollar in die Firma investiert und sagte er wäre bereit bis 2015 insgesamt 500 Millionen Dollar für die Entwicklung einer nutzbaren Raumstation investieren. Dazu gäbe es noch andere Investoren.

Am 12.7.2006 wurde Genesis I gestartet. Dies ist ein auf ein Drittel reduziertes Modell der BA-330. In der Dnepr-Rakete hatte Genesis I einen Durchmesser von 1,6 m, entfaltet im Orbit einen von 4,40 m Länge und 2,54 m Durchmesser mit einem Innenvolumen von 11,5 m³. Wie bei der zukünftigem Station gab es auch Solarpanels und eine Avionik. 13 Kameras machte Aufnahmen vom Innenraum und von außen. Im Februar 2012 soll die Station noch druckdicht sein, allerdings wäre die Elektronik nach 6 Monaten durch einen Sonnensturm fast ausgefallen. Sie arbeitete dann jedoch noch zwei weitere Jahre.

Am 30.1.2007 folgte Genesis II. In der Struktur ist es identisch zu Genesis I, arbeitet aber mit einem höheren Innendruck 0,7 zu 0,5 Atmosphären). Die Verbesserungen liegen vor allem in den anderen Subsystemen. So gab es erstmals Reaktionsschwungräder zur Lageregelung, mehr Kameras und diverse Verbesserungen an der Avionik.

Weitere Modelle, die zur großen Station überleiten sollten, wurden dann gestrichen. Sie wurden am Boden getestet, doch nicht gestartet. Die erste Station, die BA-180 sollte ursprünglich 180 m³ Rauminhalt bieten. Sie wurde durch die größere Ba-330 mit 330 Kubikmetern Volumen ersetzt. Eine weitere noch größere Station von 2100 m³ Innenvolumen ist geplant.

2010 reduzierte Bigelow seine Belegschaft von 120 auf 20 Mitarbeitern, da es über Jahre hinweg nicht möglich sei, Passagiere, welche ihre Station nutzen könnten, in den Orbit zu befördern. 2011 erfolgte wieder auf Aufbau der Belegschaft. Mittlerweile sollen 360 Millionen in eigene Erweiterungen der NASA-Technologie und 180 Millionen in die Entwicklung und Start der Versuchsraumschiffe und der BA-330 investiert worden sein. Das ist relativ viel bei einer Belegschaft von nur 50 Mitarbeitern (Mitte 2012). Für den Bau sollen es dann 1.200 Mitarbeiter sein. Eine 16.800 m² große Halle zum Zusammenbau ist schon vorhanden.

Verglichen mit dem Transhab Modul gibt es folgende Unterschiede:

Die BA-330 hat eine eigene Stromversorgung (sie sieht auf dem Abbildungen aber gemessen an den Möglichkeiten, die die Station bieten könnte, unterdimensioniert aus), ein eigenes Umweltkontrollsystem und einen Antrieb, um die Bahn anzuheben. Beide Antriebssysteme (vorne und hinten) können wiederbefüllt werden. Es stehen Waschmöglichkeiten zur Verfügung.  Experimente oder „Equipment“ befinden sich im inneren Zylinder und sind so einfach von jeder Seite aus zugänglich. Der äußere Bereich, ohne Trennböden ist so nur als Wohnquartier nutzbar. Da dieser Tunnel wahrscheinlich wie beim Transhab nur 2,30 m Durchmesser hat, steht so für Experimente sogar weniger Raum als in den ISS-Laboren zur Verfügung. Das hohe Startgewicht von 20-23 t (das Transhab sollte als Shuttle-Nutzlast transportiert werden, was seine Masse auf unter 17 t begrenzte und der Innenausbau sollte erst später erfolgen) spricht dafür, dass es schon teilweise vorbestückt gestartet wird.

Die BA-.330 soll nach derzeitigen Plänen mit einer Falcon 9 gestartet werden, ist aber auch kompatibel zu einer Atlas V. Da als Gewicht 20 bis 23 t angegeben werden und die Falcon 9 diese nicht und die Atlas V in der größten Version nur knapp 20 t transportieren kann, kann auch sein, dass sich dies auf den alten Plan mit der „Sundancer“ (180 m³ Volumen) bezieht. Eventuell erst die Station gestartet, Stromversorgung und der Antrieb folgen dann. Eine andere Möglichkeit ist der Einsatz einer Falcon Heavy, die leistungsstark genug für eine voll ausgebaute BA-330 wäre.

6 thoughts on “Bigelow – Teil 1

  1. Sehr schade, dass die NASA das Transhab nicht weiterentwickeln und als Wohnmodul für die ISS umsetzen konnte! Das Konzept finde ich nämlich tatsächlich sehr gut!
    Das Einziehen von Böden ab einem bestimmten Durchmesser macht ab einem gewissen Durchmesser schon Sinn (siehe Skylab), während die Nutzung des freien Raums bei Bigelow etwas …in der Luft hängt. Da wären noch konkretere Pläne nötig.
    Ein Startgewicht von 20-23 t spricht meines Erachtens am ehesten für die Delta IV Heavy. Wenn Bigelow allerdings eine Atlas V HLV buchen würde, könnte das Modul sogar noch mit größerer Nutzlast starten (fast 30 t Nutzlast in den LEO).

  2. Exakt. Bei NASA Spaceflight habe ich mal gelesen, daß der Kongress Transhab quasi als ein bemanntes Marsprogramm durch die Hintertür angesehen, welches sie nicht authorisiert haben.

    Tel 1 war sehr interessant zu lesen und zeigt welch potential diese Technologie bei zukünftigen Raumstationen haben könnte, ob kommerziell oder nicht.

  3. Hmm, wenn man eines der „Stockwerke“ vollkommen frei räumt, dann könnten die Astronauten versuchen im Inneren die Außenhülle entlang zu rennen. Bei etwa 6m/s kämen in der BA-330 zumindest die Füße auf etwas über 1g Beschleunigung.

    Zuvor müßte man natürlich erst einmal auf Geschwindigkeit kommen, indem man sich im flachen Winkel mit den Füßen abstößt und sich rechtzeitig vor der Kollision mit der Bordwand mit Händen oder den Füßen wieder abfängt und erneut abstößt. Wegen der harten Röhre in der Mitte empfehle bei den ersten Versuchen allerdings, einen Helm aufzusetzen. 🙂

  4. Das wird lustig mit dem Rennen, weil die 1 g Beschleunigung nur an die Füssen ist, beim Kopf ist es dann viel weniger. Und nach ein Runden ist es dem Astronauten schlecht.

  5. Auch da hilft der Helm, wenn dem Ärmsten schwindig geworden ist. 🙂

    Der Unterschied ist proportional zum Verhältnis zwischen Körpergröße und Radius. Bei einem Radius von 3m und 6m/s Laufgeschwindigkeit (oder Pi Sekunden pro Runde), hätte man 1,2g auf Fußhöhe und noch 0,5g auf Kopfhöhe.

    Bei einem größeren Modul, mit 9m Durchmesser, hätte man mit ungefähr 6,6m/s genau 1g am Fuß und immerhin noch 0,7g am Kopf. Und mit 28m pro Runde käme man der natürlichen Laufbewegung auch rein geometrisch wieder etwas näher.

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