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Verfahren zum Vergrößern der Transportkapazität des Raumtrans-
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porters Space Shuttle und zugehöriger Nutzlastbehälter Die Erfindung
bezeiht sich auf ein Verfahren zum Vergrößern der Transportkapazität des Raumtransporters
Space Shuttle für wiederzulandende Nutzlasten und auf einen Nutzlastbehälter zur
Durchführung dieses Verfahrens.
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Der Raumtransporter Space Shuttle besteht aus der eigentlichen Raumfähre
Orbiter, einem externen Treibstofftank zur Versorgung der Flüssigkeitstriebwerke
der Raumfähre Orbiter und zwei Feststoffraketen. Die Feststoffraketen werden nach
Brennschluß abgeworfen und teilweise wiederverwendet. Der externe Tank wird nach
Entleerung abgeworfen und nicht wiederverwendet. Die bemannte Raumfähre Orbiter
kehrt nach dem Einsatz in erdnahen Umlaufbahnen zur Erde zurück und kann voll wiederverwendet
werden.
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Der Orbiter hat einen Frachtraum von etwa 18,3 m Länge und 4,6 m Durchmesser.
An der Oberseite befinden sich Klappen über die volle Länge und Breite des Nutzlastraumes.
Damit können vor dem Start Nutzlasten in den Frachtraum geladen werden. In der Umlaufbahn
können diese Klappen geöffnet werden. Dadurch ist die
Nutzlast dem
Weltraum ausgesetzt bzw. der Weltraum den Meßgeräten der Nutzlast frei zugänglich.
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Die maximale Nutzlast-Tragfähigkeit des Raumtransporters Space Shuttle
liegt beim Start bei 29, 5 t, während die mit dem Orbiter zu landende Nutzlast 14,5
t nicht überschreiten darf. Die Landung der vollen 29,5 t ist nur in Notfällen zulässig.
Die planmäßig zu startende und wiederzulandende Nutzlast je Flug beträgt damit maximal
14,5 t.
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Dazu kommt, daß die Nutzlast beim Landen der Raumfähre Orbiter im
hinteren Teil des Frachtraums angeordnet werden muß, um die korrekte Schwerpunktslage
für den Landeanflug von Orbiter zu erhalten.
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Eine der wichtigsten Nutzlasten des Raumtransporters Space Shuttle
ist das Weltraumlabor Spacelab. Das Weltraumlabor Spacelab bleibt auch während des
Arbeitens im Orbit stets mit der Raumfähre Orbiter verbunden. Spacelab selbst besteht
aus einer Druckkabine (Modul), welche über einen Tunnel und eine Luftschleuse mit
dem Kommandoraum von Orbiter verbunden ist. Hinter der Druckkabine (Modul) kann
wenigstens eine Palette angeordnet sein, auf welcher sich Meßgeräte und zu untersuchende
Einrichtungen befinden. Beim Betrieb des Weltraumlabors Spacelab können verschiedene
Kombinationen von Modul und Paletteneingesetzt werden. Modul und Paletten arbeiten
nur in Zusammenhang mit dem Orbiter. Der Betrieb von Spacelab als unabhängige Raumstation
ist nicht möglich.
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Wegen der Schwerpunktsbedingungen bei der Landung befinden sich Modul
und Palette stets im hinteren Teil des Frachtraums. Der freie Raum im Bereich des
Tunnels kann infolge der beschränkten Landekapazität von Orbiter und der Einschränkungen
bezüglich der Schwerpunktslage nicht für wiederzulandende Nutzlasten ausgenützt
werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
beschriebenen Art sowie einen zugehörigen Nutzlastbehälter zu schaffen, welche es
ermöglichen, die beim Start zur Verfügung stehende Nutzlastkapazität des Space Shuttle
möglichst voll für wiederzulandende Nutzlasten, insbesondere in Verbindung mit dem
Spacelab, auszunutzen.
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Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß einige der Nutzlasten in Nutzlastbehältern im
vorderen Teil des Frachtraumes des Orbiter von Space Shuttle untergebracht und die
Nutzlastbehälter mit Iiitzeschild, Bremsvorrichtung, Fallschirm und Steuerlogik
versehen werden. Mit einem solchen Verfahren ist es möglich, all die Nutzlast, die
vom Orbiter gestartet, aber nicht wiedergelandet werden kann, selbständig zu landen
und so den teuren und begrenzten Frachtraum des Space Shuttle optimal auszunutzen.
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Vorteilhaft werden die selbständig und ohne Orbiter zu landenden Nutzlasten
mit Sensoren und einem Bordrechner ausgerüstet, um ihre Position im Weltraum selbständig
bestimmen zu können.
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Zweckmäßig werden diese Nutzlasten auch mit Ortungshilfen wie Peilsendern
und/oder Blitzlichtern versehen, um eine Ortung von außen zu ermöglichen; Weiter
können diese Nutzlasten auch mit Steuerdüsen versehen werden, um wenigstens in begrenztem
Umfang eine Beeinflussung der Flugbahn der Nutzlast nach Verlassen der Umlaufbahn
(Parkorbit) zu ermöglichen. Die Steuerdüsen werden zweckmäßig über die Steuerlogik
und/oder von außen gesteuert. Vorteilhaft wird auch ein Telemetriesystem vorgesehen,
um Daten aus den Nutzlasten übertragen zu können.
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Der für das erfindungsgemäße Verfahren verwendete Nutzlastbehälter
ist im wesentlichen zylindrisch aufgebaut, an der vorderen Stirnseite ist ein Hitzeschild
und eine Bremsrakete vorgesehen,
außerdem ist ein Fallschirmbehälter
mit Fallschirm vorgesehen, und es ist eine Steuerlogik in dem Nutzlastbehälter untergebracht.
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In dem Nutzlasthehälter kann auch ein bordseitiges Ortungssystein,
Ortungshilfen wie Peilsender und Blitzlichter und ein Telemsetriesystem untergebracht
sein, und zweckmäßig sind am Umfang eines im Bereich der vorderen Stirnseite angeordneten
Flansches Steuerdüsen angeordnet.
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Das Hitzeschild und die hintere Stirnseite des Nutzlastbehälters haben
vorteilhaft eine aerodynamisch günstige, z.B. konkave Form.
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DerNutzlastbehälter hat bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
eine Länge von etwa 5.800 mm und einen Durchmesser von etwa 1.600 mm. Bei einem
Flug des Space Shuttle mit Spacelab ist es immer möglich, zwei Nutzlastbehälter
dieser Abmessungen im vorderen Teil des Laderaums von Orbiter auf beiden Seiten
oberhalb des Tunnels zwischen dem Kommandoraum von Orbiter und dem Modul von Spacelab
zu befestigen.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf den Frachtraum der
Raumfähre Orbiter mit darin befestigtem Weltraumlabor Spacelab als Nutzlastbehälter,
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht des Frachtraums in Fig.
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1, und Fig. 3 eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Nutzlastbehälters.
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Der in den Fig. 1 und 2 gestrichelt angedeutete Frachtraum 1 der Kaurnfähre
Orbiter, welche der bemannte, wiederlandende Flugkörper des Raumtransporters Space
Shuttle ist, hat eine Länge von etwa 18,3 m und einen Durchmesser von etwa 4,6 m.
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Am vorderen Ende des Frachtraums 1 ist zwischen dem nicht dargestellten
Kommandoraum von Orbiter und einem zur geschlossenen Druckkabine eines Moduls 2
führenden Tunnel 3 eine Luftschleuse 4 angeordnet. Hinter dem Modul 2 ist eine Palette
5 angeordnet, auf welcher Meßgeräte oder zu untersuchende Geräte montiert und direkt
dem Weltraum ausgesetzt werden. Die Luftschleuse 4 und der Tunnel 3 sind Bestandteile
des Orbiters.
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Der Modul 2 und die Palette 5 sind Bestandteile des Spacelab.
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Die dargestellte Kombination von einem Modul 2 der gezeigten Größe
und einer Palette 5 stellt nur eine von mehreren Möglichkeiten der Zusammenstellung
des Spacelab dar. Wichtig ist, daß Modul und Paletten von Spacelab immer im hinteren
Teil des Frachtraumes 1 angeordnet werden müssen, um den Vorschriften über die Lage
des Schwerkpunkts beim Wiedereintritt in die Atmosphäre und bei der Landung Genüge
zu tun.
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Im Bereich des Tunnels 3 ist beidseitig und über dem Tunnel genügend
freier Raum 6 vorhanden, um beim Start zusätzliche Nutzlast unterbringen zu können,
welche mit dem Orbiter gestartet, aber nicht wiedergelandet werden kann. Wenn diese
Nutzlast jedoch wiedergelandet werden soll, so wird sie zweckmäßig in einem Nutzlastbehälter
untergebracht, welcher ohne die Raumfähre Orbiter zu landen vermag.
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Ein Ausführungsbeispiel eines Nutzlastbehälters 7, welcher als Wiedereintrittskörper
ausgebildet ist, zeigt Fig. 3. Der Nutzlastbehälter 7 hat eine zylindrische Nutzlasthaut
8 mit einem Durchmesser von etwa 1.600 nun und ist etwa 5.800 mm lang. Das 1itzesciild
9, welches eine aerodynamisch günstige, z.B. konkave Form haut, ist an der vorderen
Stirnseite des Nutzlastbehälters
7 angebracht. An der hinteren
Stirnseite des Nutzlastbehälters 7 ist ein Fallschirmbehälter 10 vorgesehen, welcher
ebenfalls eine aerodynamisch günstige, z.B. konkave Form aufweist. Der Gesamtraum
des Fallschirmbehälters 10 ist schraffiert angedeutet.
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Zentral zum Hitzeschild 9 ist eine Bremsrakete 11 vorgesehen.
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Hinter dem Hitzeschild 9 befindet sich ein Flansch 12, an dessen Umfang
Steuerdüsen 13 angeordnet sind. Am hinteren Ende des Nutzlastbehälters 7 ist eine
Steuerlogik 14 vorgesehen, mit deren Hilfe die Bremsrakete 11, die Steuerdüsen 13
und der Fallschirm gesteuert erden. Weiter kann ein bordeigenes Ortungssystem und/oder
Ortungshilfen wie ein Peilsender 15 vorgesehen sein, mit denen die Ortung des Nutzlastbehälters
7 im Weltraum und bei der Landung erleichtert werden.
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Uber ein Telemetriesystem können Daten aus dem Nutzlastbehälter übertragen
erden.
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Zwischen dem Fallschirmbehälter 10 an der hinteren Stirnseite und
dem Flansch 12 an der vorderen Stirnseite des Nutzlastbehälters 7 erstreckt sich
das Nutzlastvolumen 16, welches voll für eine ohne Orbiter wiederzulandende Nettonutzlast
ausgenutzt werden kann. Der Nutzlastbehälter 7 wird beim Start im Frachtraum 1 der
Raumfcshre Orbiter befestigt und nach Erreichen der Umlaufbahn ausgesetzt (Parkorbit)
. In der Umlaufbahn kann er autonom betrieben werden.
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Die Form und Größe des selbständig wiederlandbaren Nutzlastbehälters
7 richtet sich nach dem im Frachtraum 1 der Raumfähre Orbiter verfügbaren aum nach
Befestigung der mit der Raumfähre Orbiter wiederzulandenden Nutzlasten bzw. unter
Berücksichtigung der etwa früher im Orbit abgesetzten und mit der Raumfähre zu landenden
Nutzlasten. Wesentlich ist die Ausbildung jedes zusatzliclcn Nutzi.stbehälters 7
als für autonomen Betrieb in der Umlaufl)ahn geeignet und als selbständig zu landende
Einheit.