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Die Geschichte der ISS (Teil 1)

Am 25.1.1984 gab Präsident Ronald Reagan der NASA den Auftrag, innerhalb eines Jahrzehntes eine Raumstation zu entwickeln. Natürlich erfolgte ein solcher Schritt nicht ohne eine vorherige Konsultation der NASA. Schon seit 1982 tagte die Space Task Group der NASA, die darüber beriet, welche Projekte nach der Fertigstellung des Space Shuttles angegangen werden könnten. Eine Raumstation war der folgerichtige nächste Schritt. Die Raumfähren waren ursprünglich entwickelt worden, um eine Raumstation aufzubauen und zu versorgen.

Nach mehr als einem Jahr Planung standen die Kosten und die wichtigsten Basisdaten fest. Präsident Reagan war leicht von dem Projekt zu überzeugen. Schließlich galt es für ihn als bekennenden Antikommunisten, Russland in allen Bereichen zu schlagen. Die Sowjetunion hatte an Bord von Saljut 6 und 7 zahlreiche Langzeitrekorde für den Aufenthalt im All aufgestellt. Seit die letzten Astronauten am 5.2.1974 die Station Skylab verließen, waren für Amerikaner keine längeren Aufenthalte im All mehr möglich.

Freedom

Power Tower KonzeptFür die künftige Raumstation wurde 1984 ein Kostenrahmen von rund 8 Milliarden Dollar, eine Besatzung von anfänglich sechs bis acht Personen und ein Besatzungswechsel alle drei bis sechs Monate vorgesehen. Sie sollte in einer Höhe von 407 km mit einer Bahnneigung von 28,5 Grad die Erde umkreisen, da auf dieser Inklination die Nutzlastkapazität des Space Shuttles maximal ist.

Es schlossen sich nun Entwicklungsaufträge für die ersten zwei Jahre an, bei denen die Industrie aufgefordert wurde, Konzepte vorzulegen. Im Jahre 1985 verabschiedete auch die ESA aufgrund deutscher Initiative den Beschluss, sich bei der Raumstation zu beteiligen und veranlasste Vorplanungen, wie dies möglich sein sollte.

Die erste Konfiguration war 1985 der „Power Tower“. An einem einzigen langen Träger saßen am einen Ende die zylindrischen Module mit Laboren und Wohnraum für die Besatzung, am anderen Ende befand sich ein Modul ohne Innendruck und Paletten, die dem Weltraum ausgesetzt waren. Ein großer Solarzellenausleger mit rund 68,3 kW elektrische Leistung war in der Mitte des Trägers vorgesehen. Zwanzig Space Shuttle Flüge wären notwendig, um diese Station zu bauen. Vier Wohn- und Labormodule von jeweils 10,50 m Länge sollten die Besatzung aufnehmen. Später wurden die Module mit 13,30 m etwas länger, aber die Anzahl auf je ein Labor und ein Wohnmodul reduziert. Das erste Mannschaftsmodul sollte 1991 in die Umlaufbahn gelangen und bis 1995 sollten sich zehn Personen an Bord aufhalten.

Schon im März 1986 wurde dieses Konzept zugunsten des „Dual Keel“ Konzeptes aufgegeben. Drei Träger bildeten nun das Gerüst. Zwei waren kürzer und die beiden Enden waren miteinander verbunden, sodass der Buchstabe „O“ entstand. Der Dritte, längere Träger, führte mitten durch das „O“, sodass das Gerüst etwa so aussah wie der griechische Buchstabe Phi: Φ. Diese Konfiguration erlaubte bessere Mikrogravitationsbedingungen als der „Power Tower“, da die Druckmodule nun in der Mitte angebracht waren. Nachdem Europa und Japan ihre Bereitschaft bekundet hatten, sich an der Raumstation zu beteiligen, wurde die Zahl der US-Module reduziert. Zuerst von zwei auf ein Labormodul und dann von zwei Wohnmodulen auf ein einziges Wohnmodul für bis zu acht Astronauten.

Die Raumstation hatte in dieser Konfiguration eine Länge von 153 m und wäre 110 m breit gewesen. Die Kiele sollten aus 5 m langen Stangen und Röhren fachwerkartig im Orbit erstellt werden. Bei dem Space Shuttle Flug STS-61B wurde diese Montage im All erprobt. In 55 Minuten errichteten zwei Astronauten aus 93 Stangen von 1,40 und 2,00 m Länge einen 14 m hohen Turm. Die Energieversorgung sollte aus einer Mischung von Solarzellen und solarthermischer Energie geschehen. Die letztere Technik funktioniert dahingehend, dass Spiegel die Sonneneinstrahlung auf einen Brennpunkt fokussieren, in dem ein Arbeitsmedium erhitzt wird. Dieses geht in den gasförmigen Zustand über und treibt eine Turbine an, die dann Strom produziert. Derartige Konstruktionen gibt es im größeren Maßstab auch auf der Erde in Form von solaren Turmkraftwerken.Dual Keel Konzept

Um die Energieversorgung gab es heftige Diskussionen. Die solarthermische Versorgung offerierte höhere Wirkungsgrade und galt bei größeren Flächen als billiger als Solarzellen. Auf der anderen Seite war sie noch niemals im Großmaßstab im Weltraum erprobt. Nun sollte dies gleich für die Energieversorgung einer bemannten Station zum ersten Mal erfolgen. Als Kompromiss wählte die NASA beide Systeme, so konnten die Solarzellen zumindest die absolut notwendige Energie für einen sicheren Betrieb gewährleisten, selbst wenn die solarthermische Versorgung gestört sein sollte. Die Solarzellen liefern 75 kW Leistung – genug für die erste Baustufe und die solarthermischen Anlagen weitere 50 kW, die für die zweite Ausbaustufe benötigt werden.

Am 25.9.1986 wurde diese Konfiguration vorgestellt. Sie umfasste nur noch vier Module – ein Wohnmodul und jeweils ein Labormodul der USA, Europa und Japan. Lediglich 10 bis 11 Space Shuttle Flüge wären für die Montage erforderlich.

Die nächste Kostenabschätzung im Februar 1987 ging aber schon von Kosten von 14,5 Milliarden Dollar im Wert von 1984 aus oder 21 Milliarden über die Gesamtbauzeit. Das führte zu einer Revision des Konzeptes, denn es war dem amerikanischen Kongress zu teuer. Ein weiterer Kritikpunkt war nach dem Verlust der Challenger die große Anzahl an EVA Operationen. Die Besatzung des Space Shuttles hätte von Hand die Gitterstrukturen errichten müssen. Dafür müsste ein Shuttle bis zu 16 Tage im All bleiben, wodurch weitere Kosten für eine Umrüstung der Orbiter für Langzeitaufenthalte hinzukämen.

So wurde erneut umkonstruiert, und was dabei herauskam, ähnelte der späteren ISS (bis auf die russischen Module) schon sehr. Es gab jetzt nur noch einen Längsträger anstatt zweier. An diesem befanden sich an den Außenseiten die Solarzellen und in der Mitte die Druckmodule. Diese Konfiguration stand bis 1987, sollte nun noch 12,2 Milliarden Dollar (Wert 1984) oder 19 Milliarden über die Bauzeit kosten. Das erste Element sollte im Januar 1994 in den Orbit befördert werden. Bis Ende 1996 wäre die Station fertiggestellt. Die USA rechneten mit beträchtlichen Investitionen anderer Partner, so sollte Japan 2 Milliarden, die ESA 4,5 Milliarden und Kanada 1,2 Milliarden Dollar für ihren Beitrag aufwenden. Für die USA wurden, inklusive der nötigen Flüge für den Transport von Elementen, Aufwendungen von 10 Milliarden Dollar errechnet.

Zwanzig Space Shuttle Flüge waren nun geplant – deren Kosten die NASA schon damals (trotz Kenntnis der wahren Kosten) mit nur 100 Millionen Dollar pro Flug ansetzte. Die realen Flugkosten betrugen vor dem Verlust der „Challenger“ 153 Millionen Dollar pro Start und stiegen bei Wiederaufnahme der Flüge im Herbst 1988 auf 250 Millionen Dollar pro Flug an. 12 bis 14 Flüge pro Jahr wären für den Aufbau notwendig gewesen. Auch dies war eine Flugrate, die nicht erreichbar war. Mitte der neunziger Jahre starteten die Space Shuttles bis zu achtmal pro Jahr. Seitdem ist die Startrate gesunken.

1988 vergab die NASA, nachdem drei Jahre lang die Konfiguration erarbeitet wurde, die Entwicklungsaufträge an die Industrie. Die Hauptkontraktoren waren Boeing, McDonnell-Douglas, General Electric und Rocketdyne. Die Verträge hatten eine Laufzeit von zehn Jahren und umfassten eine Gesamtsumme von 6,7 Milliarden Dollar.

Aus Freedom wird Alpha

Konzept 1991So schien die Raumstation, die 1988 von Präsident Reagan „Freedom“ getauft wurde, auf dem Weg, als 1989 die ersten Budgetkürzungen kamen. Die NASA bekam für das Finanzjahr 1990 zuerst nur 800 anstatt beantragter 2.050 Millionen Dollar für die Station. Als Folge wurde der Baubeginn um ein weiteres Jahr, nun auf 1996, verschoben. 1990ergab eine unabhängige Untersuchung des Konzeptes, dass Freedom 23% schwerer war als geplant, 34% zu wenig Strom erzeugte, nicht im Budget lag und zu komplex war. Zwischen 2.200 und 3.200 EVA Stunden pro Jahr wären nach Ansicht der Kommission für den Bau notwendig. Die NASA ging von lediglich 500 Stunden aus. Der Kongress verlangte eine neue Revision des Konzepts und kürzte erneut die Mittel um 551 Millionen Dollar. Das erforderte ein erneutes Redesign der Station. Seit 1984 hatte die NASA nun schon 6 Milliarden Dollar für die Planungen und Verträge ausgegeben.

Dieses neue Konzept wurde von der NASA im März 1991 vorgestellt. Die Labor- und Wohnmodule wurden von 13,40 auf 8,20 m gekürzt, die Länge des zentralen Masts von 150 auf 108 m verringert. Die Station sollte nun schon 30 Milliarden kosten, das erste Element sollte im Frühjahr 1996 gestartet werden, die erste Mannschaft Mitte 1997 und im Jahr 2000 sollte die Station fertiggestellt sein. Dieses Konzept bekam aber keine Rückendeckung. So wollte der Senat 1991 die Station sogar ganz einstellen, es gab für diesen Vorstoß aber keine Mehrheit im Repräsentantenhaus. So wurde bei gekürztem Budget die nächsten Jahre weiter geplant, um die Weltraumstation billiger bauen zu können.

Dieser Aufsatz ist ein Ausschnitt aus meinem Buch "Die ISS" und auch als Probekapitel im PDF Format von meiner Website für meine Raumfahrtbücher herunterladbar. (siehe unten).

Über Alpha zur ISS

Die ISS 19931993 stand Freedom, das inzwischen, weil der markige Titel nicht mehr in die Zeit internationaler Zusammenarbeit im Weltraum passte, in „Alpha“ umbenannt wurde, quasi vor dem Aus. Zehn Jahre lang war an der Raumstation geplant worden. Die Planung hatte inzwischen 11,2 Milliarden Dollar verschlungen – mehr als die Raumstation ursprünglich fertiggestellt kosten sollte. Nach zehn Jahren sollte sie im All fertiggestellt sein. In der Wirklichkeit war noch kein Stück Hardware gebaut worden. Die Baukosten wurden nun auf 30 Milliarden Dollar geschätzt.

Der neue Präsident Clinton wies die NASA an, die Station ein weiteres – das achte Mal – umzukonstruieren. Nun sollte sie gleich um 9 bis 10,5 Milliarden Dollar billiger werden. Dies würde die NASA wahrscheinlich heute noch tun, wenn nicht auch Russland Probleme gehabt hätte. Russland hatte die „Mir“ im Orbit, aber es fehlte an Geld, die Raumstation zu unterhalten. Mir (russisch: Мир für „Frieden“ oder „Welt“) sollte nach fünf Jahren eigentlich durch die Mir-2 abgelöst werden, doch bereitete schon der Unterhalt der vorhandenen Station Probleme. So fanden sich beide Partner zusammen. Die NASA würde von Russland den FGB (funktsionalno-gruzovoy blok: Russische Bezeichnung für den Antriebsblock der russischen Raumstationen) der Mir-2 kaufen, das Kernstück mit den Kopplungsadaptern, dem Frachtraum und Antriebssystemen. Ein weiteres russisches Modul sollte Russland aus eigener Kasse stellen. Es diente ebenfalls als Antrieb, vor allem aber als Wohnbereich und sollte das Lebenserhaltungssystem für die erste Bauphase beinhalten. Weitere Module Russlands würden in der Spätphase des Stationsaufbaus folgen. 75% der US-Hardware für Alpha könnten so verwendet werden und die Station sollte um 2 Milliarden Dollar günstiger werden. Weitere Einsparungen versprachen die Sojus Kapseln als Rettungssystem anstatt der Entwicklung eines eigenen Rettungssystems, das unter der Bezeichnung X-38 gerade in verkleinerter Form erste Tests in der Atmosphäre absolvierte.

Vor allem sollte die Station schneller fertiggestellt sein – im Juni 2002 anstatt im September 2003 und so 1,6 Milliarden Betriebskosten einsparen. In der Summe sollte der US-Anteil der Baukosten von 19,4 auf 17,4 Milliarden Dollar sinken. Aus der, nach Finanzkürzungen entstandenen, Mini-Version für Alpha (für vier Astronauten) und der russischen Mir-2 war die ISS entstanden.

Die ISS 1995Das Konzept klang so gut und es passte in die politische Landschaft einer Annäherung von USA und Russland, dass es den Kongress problemlos passierte. So entstand die amerikanisch-russische Raumstation. Weiterhin bewilligte das Parlament elf zusätzliche Shuttle-Flüge, die US-Astronauten von und zur Mir brachten und sie mit Fracht versorgten. Geld gab es auch für die Finanzierung des Spektr-Moduls. Die dabei entstandenen Zusatzkosten dürften bei 400 Millionen Dollar pro Shuttle-Flug weitaus höher als die folgenden Einsparungen gewesen sein, doch da schon damals Raumstation und Space Shuttle unterschiedliche Haushaltsposten waren, zählte das nicht. Zusätzlich wurden 466 Millionen Dollar für die Nutzung der Mir an Russland gezahlt. Die Verträge wurden im September 1993 unterzeichnet.

Damit hielt die NASA die Mir am Leben. Als die ISS bezugsfertig war, blieben die Zahlungen aus. Trotzdem glaubte Russland eine Zeit lang durch den Mittransport von Weltraumtouristen die Betriebskosten aufzubringen, doch erwies sich dies als unmöglich, sodass die Mir 2001 aufgegeben und deorbitiert wurde.

Wenn allerdings Russland schon Probleme hatte, eine laufende Raumstation am Leben zu erhalten – wie sollte sie sich dann am Aufbau einer neuen Raumstation in angemessener Weise beteiligten können?

Schon bevor das erste russische Modul fertig war, gab es Probleme in Russland, die ISS Beteiligung zu finanzieren. Zuerst wurde 1995 aus Kostengründen der Start der Science Power Plattform mit einer Zenit Trägerrakete gestrichen. Die NASA sagte zu, das Modul mit einem Space Shuttle Flug ins All zu bringen. Dann erwog die russische Raumfahrtagentur Roskosmos, anstatt neue Module für die ISS zu entwickeln, einfach mit Spektr und Prioda die beiden neuesten Module der Mir zu verwenden. Später schlug Russland ernsthaft vor, einfach die Mir zur ISS auszubauen, anstatt überhaupt neue Module zu entwickeln. Diese Idee wurde aber von der NASA entschieden abgelehnt.

1996 war schon offensichtlich, dass sich der Bau von Swesda verzögern würde und die NASA arbeitete an einem Plan, ein eigenes Antriebssystem, basierend auf dem Antrieb eines militärischen Satelliten, ins All zu schicken. Aber auch die eigenen Module hingen hinter dem Zeitplan zurück und wurden um 600 Millionen Dollar teurer als geplant. Boeing hatte im Januar 1995 den Vertrag für den Kernbereich der Station im Wert von 5,630 Milliarden Dollar erhalten. 1997 ging die NASA von 22,4 Milliarden Dollar bis zur Fertigstellung aus. Rund 70 t Hardware befand sich zu diesem Zeitpunkt in der Fertigung, vor allem bei Boeing. Diese Firma war der Hauptauftragnehmer für den Bau der Station.

 

Bücher vom Autor

Es gibt von mir vier Bücher zum Thema bemannte Raumfahrt. Alle Bücher beschäftigen vor allem mit der Technik, die Missionen kommen nicht zu kurz, stehen aber nicht wie bei anderen Büchern über bemannte Raumfahrt im Vordergrund.

Mein erstes Buch, Das Gemini Programm: Technik und Geschichte gibt es mittlerweile in der dritten, erweiterten Auflage. "erweitert" bezieht sich auf die erste Auflage die nur 68 Seiten stark war. Trotzdem ist mit 144 Seiten die dritte Auflage immer noch kompakt. Sie enthält trotzdem das wichtigste über das Programm, eine Kurzbeschreibung aller Missionen und einen Ausblick auf die Pläne mit Gemini Raumschiffen den Mond zu umrunden und für eine militärische Nutzung im Rahmen des "Blue Gemini" und MOL Programms. Es ist für alle zu empfehlen die sich kurz und kompakt über dieses heute weitgehend verdrängte Programm informieren wollen.

Mein zweites Buch, Das ATV und die Versorgung der ISS: Die Versorgungssysteme der Raumstation , das ebenfalls in einer aktualisierten und erweiterten Auflage erschienen ist, beschäftigt sich mit einem sehr speziellen Thema: Der Versorgung des Raumstation, besonders mit dem europäischen Beitrag dem ATV. Dieser Transporter ist nicht nur das größte jemals in Europa gebaute Raumschiff (und der leistungsfähigste Versorger der ISS), es ist auch ein technisch anspruchsvolles und das vielseitigste Transportfahrzeug. Darüber hinaus werden die anderen Versorgungsschiffe (Space Shuttle/MPLM, Sojus, Progress, HTV, Cygnus und Dragon besprochen. Die erfolgreiche Mission des ersten ATV wird nochmals lebendig und ein Ausblick auf die folgenden wird gegeben. Den Abschluss bildet ein Kapitel über Ausbaupläne und Möglichkeiten des Raumfrachters bis hin zu einem eigenständigen Zugang zum Weltraum. Die dritte und finale Auflage enthält nun die Details aller Flüge der fünf gestarteten ATV

Das Buch Die ISS: Geschichte und Technik der Internationalen Raumstation ist eine kompakte Einführung in die ISS. Es wird sowohl die Geschichte der Raumstation wie auch die einzelnen Module besprochen. Wie der Titel verrät liegt das Hauptaugenmerk auf der Technik. Die Funktion jedes Moduls wird erläutert. Zahlreiche Tabellen nehmen die technischen Daten auf. Besonderes Augenmerk liegt auf den Problemen bei den Aufbau der ISS. Den ausufernden Kosten, den Folgen der Columbia Katastrophe und der Einstellungsbeschluss unter der Präsidentschaft von George W. Bush. Angerissen werden die vorhandenen und geplanten Transportsysteme und die Forschung an Bord der Station.

Durch die Beschränkung auf den Technischen und geschichtlichen Aspekt ist ein Buch entstanden, das kompakt und trotzdem kompetent über die ISS informiert und einen preiswerten Einstieg in die Materie. Zusammen mit dem Buch über das ATV gewinnt der Leser einen guten Überblick über die heutige Situation der ISS vor allem im Hinblick auf die noch offene Versorgungsproblematik.

Die zweite Auflage ist rund 80 Seiten dicker als die erste und enthält eine kurze Geschichte der Raumstationen, die wesentlichen Ereignisse von 2010 bis 2015, eine eingehendere Diskussion über die Forschung und Sinn und Zweck der Raumstation sowie ein ausführliches Kapitel über die Versorgungsraumschiffe zusätzlich.

Das bisher letzte Buch Skylab: Amerikas einzige Raumstation ist mein bisher umfangreichstes im Themenbereich bemannte Raumfahrt. Die Raumstation wurde als einziges vieler ambitioniertes Apollonachfolgeprojekte umgesetzt. Beschrieben wird im Detail ihre Projektgeschichte, den Aufbau der Module und die durchgeführten Experimente. Die Missionen und die Dramatik der Rettung werden nochmals lebendig, genauso wie die Bemühungen die Raumstation Ende der siebziger Jahre vor dem Verglühen zu bewahren und die Bestrebungen sie nicht über Land niedergehen zu lasen. Abgerundet wird das Buch mit den Plänen für das zweite Flugexemplar Skylab B und ein Vergleich mit der Architektur der ISS.  Es ist mein umfangreichstes Buch zum Thema bemannte Raumfahrt. Im Mai 2016 erschien es nach Auslaufen des Erstvertrages neu, der Inhalt ist derselbe (es gab seitdem keine neuen Erkenntnisse über die Station), aber es ist durch gesunkene Druckkosten 5 Euro billiger.

Mehr über diese und andere Bücher von mir zum Thema Raumfahrt finden sie auf der Website Raumfahrtbücher.de. Dort werden sie auch über Neuerscheinungen informiert


© des Textes: Bernd Leitenberger. Jede Veröffentlichung dieses Textes im Ganzen oder in Auszügen darf nur mit Zustimmung des Urhebers erfolgen.
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