Nutzlasten für die SLS: Nr.1 „Skylab 2.0“

Nun soll also anstatt der Ares V die SLS gebaut werden, in der ersten Version auf 70 t Nutzlast in einen Erdorbit beschränkt. Die Frage ist, was macht man mit einer solchen Rakete? Nun man könnte viel machen. Auf die heutige Idee bin ich bei der Suche nach Daten zur SLS gestoßen. Da schlug jemand vor den Treibstofftank einer Ares V Oberstufe zu einem bemannten Labor umzubauen, so wie es das schon mal gab – da hieß das ganze Skylab.

Daher mal ein Plan für eine ISS-Nachfolge nur für die USA. Er ist eigentlich ganz einfach: Er besteht aus standardisierten Modulen, nur etwas größer als bei der ISS und wirklich nur aus diesen Modulen, ohne sonstige spezielle Koppelmodule oder den Truss. So braucht man nicht 37 Versorgungsflüge um eine Raumstation aufzubauen, sondern nur zwei oder drei.

Basis ist ein Modul mit 7,00 m Durchmesser und 13 m Länge. Es hat ein Volumen von 500 m³. Die Größe habe ich aus den bekannten Daten des OWS von Skylab abgeleitet unter der Annahme einer identischen Einrichtung (mit CFK-Werkstoffen ginge es sicher heute leichter). Es hat an der Außenseite zwei Solarpanel von 12 x 24 m Größe die anfangs 150 kW Strom liefern. An den Enden des Zylinders befinden sich je ein CBM-Adapter. es wiegt so rund 60 t.

Die Basis-Raumstation besteht aus zwei Modulen. Das eine hat am vorderen CBM noch einen Kopplungsadapter in Form eines kleinen Zylinders, angelehnt an den MDA von Skylab, der 10 t wiegt und fünf Kopplungspunkte (einer Axial, vier Radial) aufnimmt. Das zweite Modul trägt am zweiten CBM ein Servicemodul, abgeleitet von einem US-Transporter mit größeren Treibstofftanks.

Das erste Modul ist ein kombiniertes Vorrats/Wohnmodul, das zweite ein Forschungsmodul. Beide sind durch Zwischenböden in drei Stockwerke unterteilt.

Startfolge:

Zuerst startet das Wohnmodul mit dem Kopplungsadapter, dann das Forschungsmodul. Danach kommt die erste Besatzung, die nun nicht sofort ankoppelt, sondern die Kopplung dirigiert indem sie sie aus der Nähe verfolgt und Steuerbefehle an das zweite Modul gibt. Nach erfolgter Kopplung kann die Besatzung die Station betreten und mit dem restlichen Treibstoff wird die Bahn etwas angehoben, danach das Servicemodul abgetrennt.

Die Basisstation sollte mit 1000 m³ Volumen schon mehr Raum als die ISS haben und Platz für 10 Personen bieten (100 m³ pro Person, so viel wie in Skylab, das im Gegensatz zur ISS als „geräumig“ beschrieben wurde). Das reicht aus für einen CCDev Transporter mit 7 Astronauten. Sollte die NASA weiterhin zwei Unternehmen fördern, oder das MPCV bauen, so kann man es um weitere Module erweitern. Jedes Modul mehr bietet Platz für 5 weitere Personen. (dann kombinierte Wohn/Labormodule). Drei Module also genügend Platz für zwei CCDeV/MPCV Transporter und vier genügend für drei Transporter. Dann sind immer noch zwei Kopplungsstellen für die beiden Versorger Dragon und Cygnus frei.

Vorteile:

Der Aufbau geht schneller und kostengünstiger als mit dem Shuttle viele kleine Module, Innenausstattung und Solarzellen zu transportieren. ein Modul hat seine eigene Stromversorgung sodass diese „mitwächst“. Analog könnten Umweltkontrollanlagen (Wasserrückgewinnung, Sauerstoffgeneration) in jedem Modul eingebaut sein, sodass die Station mit jedem Modul linear wächst. Bei der ISS dauerte der aufbau 13 Jahre  erforderte 37 Shuttle Missionen. Selbst wenn man eine gleich schwere Station aufbauen wöllte  wäre das mit 6 Starts erledigt, die in 2-3 Jahren erfolgen könnten.

Es ist deutlich geräumiger als in der ISS: auch wenn das nicht oberste Priorität ist, so ist von dem nominellen Volumen der ISS sehr viel von Racks belegt. In den Modulen sind von 4,4 m Außendurchmesser noch etwa 2 m übrig. Dabei gibt es keinen dezidierten Mannschaftsbereich, da das einzige dafür gedachte Modul Sparmaßnahmen zum Opfer fiel. Zwischenböden erlauben es den Raum besser zu nutzen indem man Racks zusammenstellen kann, es weniger Platz an den Wänden gibt der durch die Zylinderform (runde Wand) nicht nutzbar ist.

Der Aufbau kann beliebig weit vorgesetzt werden. Es wäre auch eine Private-Gouvernement Partnership möglich, indem man z.B. ein Modul von Bigelow andockt. In dieser Dimension macht übrigens ein aufblasbares Modul keinen Sinn, da man bei Bigelow alles, was fest montiert sein muss, nur in der Mitte in einem starren Zylinder montieren kann – die Station bietet viel Platz, aber er ist nur begrenzt nutzbar. Sie ist somit eine Alternative zu kleinen Modulen wie auf der ISS, in denen es eng ist, doch nicht für ein großes Modul, dass mit Zwischenböden und damit einer Inneneinrichtung jenseits der Wände viel mehr Möglichkeiten bietet.

Hauptvorteil: Die ISS kann 2020 ausgemustert werden. Dann werden die ältesten Module schon 22 Jahre auf dem Buckel haben und es ist zu erwarten, das man kostenintensiv neue bauen muss. Die USA haben dann auch endlich ihre eigene Raumstation ohne Russen die unerwünschte Touristen an Bord bringen oder Japaner und Europäer die viel bessere Versorgungstransporter bauen und derzeit zur Schande der USA die Station fast ausschließlich am Leben halten. Vor allem kann man auf der ISS die sieben Astronauten die beide geplante CCdev Transporter (CST-100 und Dragon) transportieren können nicht unterbringen, außer die Russen würden ihre Flüge komplett einstellen, was unwahrscheinlich ist (eher werden sie noch mehr ungeliebte Touristen transportieren). Sollte dann mal die 130 t SLS kommen, so kann man entweder ein Modul verlängern, oder wenn es schon mal Serienbauweise gibt gleich zwei direkt beim Start aneinandergekoppelt starten.

Nachteil: Man braucht die SLS und die Module müssen entwickelt werden. Sie könnten aber in Kleinserie wesentlich preiswerter als die ISS kommen. Daneben hätten nun auch CCDev und MPCV einen Zweck, denn wie schon gesagt die ISS ist zu klein für CCDev Transporter und das MPCV darf sie nicht anfliegen, weils ja keine Konkurrenz bilden soll…

Link: SKYLAB II – Making a Deep Space Habitat from a Space Launch System Propellant Tank

Plan für eine Raumstation zum Mars unter Benutzung eines SLS-Tanks mit 495 m³ Volumen und 31 t Gewicht (knapp die Hälfte meines Vorschlags, es ist also noch etwas Luft für die Inneneinrichtung übrig….)

6 thoughts on “Nutzlasten für die SLS: Nr.1 „Skylab 2.0“

  1. Eine Raumstation mit größeren Modulen als der ISS wäre definitiv ein Fortschritt, meine Frage wäre, ob es da nicht auch Sicherheitsbedenken gibt für den Evakuierungsfall, wenn ein Mikrometeorit für plötzlichen Druckverlust sorgte. Ich meine mal gelesen zu haben, dass für die Freedom-Raumstation bis zu 20% längere Module als bei der ISS geplant waren, was man heute aus Sicherheitsgründen nicht mehr täte. Ich weiß nicht so ganz, ob’s nur daran oder auch an der Masse/Sperrigkeit lag.
    Das zweite ist, dass man neben dem Schwerlastträger, der die großen Module hochwuchtet, auch ein vernünftiges bemanntes Trägersystem braucht. Die Sojus für so eine große Raumstation wäre ein ziemlicher Witz. Da würde es schon Sinn machen, z.B. das Skylon zu subventionieren und noch mehrere „Hotelmodule“ hochzuschicken. Mit 4 Boostern und 5 F1-A Triebwerken wäre das SLS vielleicht sogar stark genug, um ein Modul auf der Basis des alten Space-Shuttle Außentanks in den LEO zu befördern (hab ich noch nicht durchgerechnet). Dann könnte man sogar den alten „Space-Island Plan“ verwirklichen. Siehe hier: http://www.spaceislandgroup.com/home.html

  2. Die ISS-Module haben ihr Abmessungen weil sie in die Shuttle-Ladebucht passen mussten. Auch die Masse war dadurch begrenzt.

    Hätte man einem leistungsfähigeren Träger zum Aufbau verwendet hätte das die Sache deutlich vereinfacht. Man hätte die Module voll ausgestattet starten können und nicht x Flüge gebraucht um die Innenausstattung nach zu liefern.

    So ein Schwerlastträger wäre für den Aufbau schon was feines. Nur kostet Entwicklung & Bau der Module deutlich mehr als die Starts. Bei momentanen NASA Budget sehe ich nicht das sowas zu finanzieren ist….

  3. Hi
    1. Bevor Skylon fliegt, sehen vermutlich (fast) alle Menschen dieser Erde die Radieschen von unten. (Das „fast“ beszieht sich auf diejenigen, die sich eine Bestattung im Weltall leisten können.) Nuff said.

    2. Wäre es nicht einfacher, die Station hochzuballern, damit zu forschen, es nach ein paar Jahren zu versenken und dann die nächste hochzuballern. (Das Skylab Konzept …)

    3. Bevor man jetzt im Blinden Aktionismus ein SLS bastelt und krampfhaft dazu Nutzlasten sucht, wäre es ja meine Idee, erst mal einen längerfristigen Plan zu machen, wie es mit der bemannten Raumfahrt weitergehen soll. Sprich:
    Man braucht ein ZIEL! (muss nicht unbedingt sinnvoll sein) Das gegenwärtige Rumgekurbele in LEO und zurück ist sowohl ziel- als auch sinnlos.

    4. Das gerne gebrachte Argument „Wenn ein Produkt da ist, gibt es auch einen Markt dafür“ hat sich nicht nur in der Weltraumfahrt als grundlegend falsch erwiesen. Siehe (um mal ein wenig von der Wltraunfahrt wegzugehen) das extrem „beliebte“ Filmsystem Agfa Family.

    LG
    Mike

  4. @Phillip:
    Umgekehrt wird ein Schuh drauss. Hat ein Modul den doppelten Durchmesser so hat es die veirfache Oberfläche aber das achtfache Volumen – da das Risiko proportioanl zur Oberfläche ist also um 50% reduziert.

    Gibt es einen Treffer, so sinkt bei gleicher Leckgröße der Druck achtmal langsamer ab da es ja achtmal mehr Volumen gibt – größere Module sind bei gleichem Volumen pro Person sicherer.

    @Mike
    Bei Skylab war man mit der Wiederaufbereitung noch nicht sehr weit. Ein guter teil der Startmasse entfiel auf Gase und wasser. Das kann man heute gut recyclen und die Aperaturen dafür sind ausgereift, den Rückschritt zum Einmallabor muss man nicht machen.

  5. Außerdem: Was spricht dagegen, ein großes Modul durch Trennwände in mehrere Abteile abzuschotten? Wird bei Schiffen ja schon seit ewigen Zeiten gemacht, und die sind auch nicht aus mehreren Modulen zusammengekoppelt.

  6. @Bernd:
    Ja, die Rechnung ist einleuchtend, danke!
    @Mike:
    Wann bzw, ob Skylon fliegt hängt m.E. sehr von den Geldmitteln ab, die aufgetrieben werden (können). Wie so oft in der Raumfahrt. Mit genug Geld kann auch eine bemannte Mission zum Saturn gestartet werden…
    Das mit dem Ziel in der bemannten Raumfahrt sehe ich auch so, wobei die Nasa ihre Ziele im Grunde schon formuliert hat: Bis Mitte der 20er Jahre bemannte Mission zu einem erdnahen Asteroiden und Anfang-Mitte der 30er Jahre bemannte Landung auf dem Mars (—>Schwerlastverion SLS).
    Das Problem dabei ist nur, dass nicht so ganz klar ist, WARUM das ganze unternommen werden soll. Zu diesen sündhaft teuren Preisen. Man merkt deutlich, dass das Prestige von Prestigeprojekten wie Apollo deutlich niedriger liegt als noch zu Zeiten des kalten Krieges. Nicht bei den Chinesen übrigens. Denen traue ich ihre Mondlandung Mitte der 20er Jahre durchaus zu!
    Was ich für fast noch wichtiger halte als deutliche Ziele in der bemannten Raumfahrt, ist die Schaffung einer sich aus dem Weltraum (und nicht von der Erde) versorgenden Infrastruktur.
    Mit anderen Worten: Abbaugeräte, um auf anderen Himmelskörpern Stoffe fördern (Wasser, Gase, Erze, Metalle) und Fabriken, die sie weiterverwerten können. Es ist viel günstiger, das Wasser für eine bemannte Orbitalstation von einem erdnahen Asteroiden oder vom Mond zu holen (obwohl die viel weiter entfernt sind), anstatt von der Erdoberfläche. Aber nur, wenn das dafür benötigte Gerät nicht von der Erdoberfläche starten muss…

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