Künstlerische Illustration eines erweiterbaren Habitats von Max Space auf dem Mond (Bildnachweis: Max Space)
Es ist höchste Zeit, die Lautstärke im Weltraum aufzudrehen! Das ist der Ruf mehrerer privater Unternehmen, die einen Inflationsfaktor für die Zukunft sehen wollen.
Derzeit wird die Verwendung von „Softgoods“ zur Herstellung aufblasbarer/expandierbarer Schleusen und erdferner Lebensräume evaluiert und getestet, nicht nur für die niedrige Erdumlaufbahn, sondern auch als bequeme Unterkunft für künftige Mond- und Marsforscher.
Zunächst lohnt sich jedoch ein Ausflug in die Vergangenheit, der auch verdeutlicht, wie weit sich die Dinge entwickelt haben.
Das Echo-Ballonprojekt der NASA testete in den 1960er Jahren Relais-Kommunikation. (Bildnachweis: NASA)
Inhaltsübersicht
Die Wurzeln der aufblasbaren Raumfahrttechnik
Nehmen wir zum Beispiel das Projekt Echo, an dem zwei amerikanische Raumfahrzeuge beteiligt waren, von denen das erste 1960 und das zweite 1964 gestartet wurde. Es handelte sich um dünnhäutige Mylar-Ballonsatelliten. Diese aufgeblasenen Ballons – Echo 1 dehnte sich auf 30,48 m (100 Fuß) aus, während Echo 2 auf 41 m (135 Fuß) aufgeblasen wurde – testeten die Reflexion von Mikrowellensignalen von einem Punkt zu einem anderen auf der Erde.
Im März 1965 nutzte der sowjetische Kosmonaut Alexej Leonow eine aufblasbare Luftschleuse, die an seinem Raumschiff Voskhod 2 befestigt war, um den ersten Weltraumspaziergang der Menschheit durchzuführen. Doch dieser Meilenstein erwies sich nicht als Spaziergang im Park.
Der Anzug des gefesselten sowjetischen Raumfahrers versteifte sich im Vakuum des Weltraums so sehr, dass Lenov einen Teil des Drucks seines Anzugs ablassen musste, was es ihm schließlich ermöglichte, die Gelenke des Raumanzugs zu verbiegen, um zurück in sein Mutterschiff zu gelangen.
Das Bigelow Expandable Activity Module (BEAM), die erweiterbare Struktur von Bigelow Aerospace, die seit 2016 an der Internationalen Raumstation angebracht ist. (Bildnachweis: NASA)
Bigelow Geburtsrecht
Beginnen Sie das 21. Jahrhundert und die Pionierarbeit von Robert Bigelow und seinem Team bei Bigelow Aerospace in Las Vegas.
Das Unternehmen hat im Rahmen seines Genesis-Programms zwei unbemannte, frei fliegende, erweiterbare Prototyp-Module gebaut, die 2006 bzw. 2007 in die Erdumlaufbahn gebracht wurden. Sie umkreisen auch heute noch die Erde.
Das Unternehmen Bigelow Aerospace, das auf das abgebrochene TransHab-Programm der NASA zurückgeht, war ein kreativer Knotenpunkt, der die Technologie der erweiterbaren Raummodule vorantrieb.
Ein Ergebnis ihrer Arbeit ist jetzt an der Internationalen Raumstation (ISS) angebracht. Das Bigelow Expandable Activity Module, kurz BEAM, hat die ISS erreicht und ist bis heute an ihrem Tranquility-Modul befestigt.
Bigelow Aerospace und seine bahnbrechende Arbeit an erweiterbaren Modulen beinhaltete die Verwendung von proprietären Verlängerungen aus Vectran-Schildgewebe, einer stärkeren Alternative zu Kevlar. Vectran ist eine Hochleistungs-Flüssigkristall-Polymerfaser, die im Vergleich zu Kevlar überlegene Eigenschaften aufweist.
Bigelow ist nicht mehr in Betrieb – das Unternehmen schloss seine Pforten im Jahr 2020 -, aber sein Einfluss könnte auch in Zukunft noch zu spüren sein.
Verstärkter Wettbewerb
Heute treiben mehrere führende Unternehmen die Entwicklung erweiterbarer Strukturen im Weltraum voran, wie das neue Startup-Unternehmen Max Space, das an aufblasbaren Lebensräumen für die Erdumlaufbahn, den Mond und den Mars arbeitet.
Und auch Sierra Space ist beteiligt und entwickelt ein Habitat namens Large Integrated Flexible Environment (LIFE).
Ähnlich testet Lockheed Martin Konzepte für aufblasbare Strukturen, die Vorteile gegenüber Ganzmetallkonstruktionen bieten.
Jede Gruppe hat das vielversprechende Potenzial der dehnbaren Technologie im Blick. Und jedes Unternehmen hat seine eigene „Geheimsoße“ in seine Produkte eingebaut.
Megastrukturen
„Die Zukunft des Raums ist durch den Raum begrenzt“, erklärt Maxim de Jong, Mitbegründer von Max Space mit Sitz in Jacksonville, Florida, und Designbüros in Vancouver, Kanada.
de Jong ist kein Unbekannter auf dem Gebiet der ausdehnbaren Weltraumstrukturen. Er entwarf die druckdämpfenden Hüllen der Bigelow-Raumschiffe Genesis 1 und 2 – die ersten Raumfahrzeuge in der Umlaufbahn, die erfolgreich eine großvolumige, aufblasbare Architektur mit hoher Beanspruchung verwenden.
„Wir bereiten uns darauf vor, unsere erste Mission im Jahr 2026 zu fliegen“, sagte de Jong gegenüber kosmischeweiten.de. Im Rahmen dieses Prozesses hat die Gruppe vor kurzem erfolgreiche Einsatztests eines neuen Weltraummüllschutzes durchgeführt. „Das ist ein echter Fortschritt, wenn man bedenkt, wie anspruchsvoll die Entwicklung von Trümmerschilden in Bezug auf Design, Zeit und Kosten ist.“
Das Ziel von Max Space ist es, bis 2030 eine Familie skalierbarer Lebensräume im Weltraum zu haben, die von 20 Kubikmetern über 100 Kubikmeter bis zu 1.000 Kubikmetern reichen. Es besteht die Möglichkeit, bis zu 10.000 Kubikmeter große „Megastrukturen“ zu errichten, die mit einem einzigen Flug ins All gebracht werden könnten, und zwar mit dem Starship Megarocket von SpaceX oder dem New Glenn von Blue Origin, „sobald sie online sind“, heißt es auf der Website von Max Space.
Größeres Volumen und weniger Masse
Lockheed Martin-Experten erklären, dass aufblasbare Strukturen ein größeres Volumen bei geringerer Masse bieten. Dies führt zu größeren bewohnbaren Volumina, die in den Weltraum geschossen werden können, und zwar innerhalb von Nutzlastverkleidungen mit angemessener Größe.
Kürzlich wurde eine für Luftschleusenanwendungen gebaute Pathfinder-Einheit Druck- und Druckentlastungsprüfungen unterzogen. Die Luftschleuse wurde mehreren Zyklen unterzogen, um die „Kriech“-Faktoren des Vectran-Materials zu bewerten.
Lockheed Martin initiierte in Zusammenarbeit mit dem Marshall Space Flight Center der NASA in Alabama einen 100-stündigen „Kriech“-Test, bei dem die Weichwareneinheit bis zu einem bestimmten Prozentsatz ihres ultimativen Berstdrucks von 285 Pfund pro Quadratzoll (PSI) unter Druck gesetzt und auf diesem Druck gehalten wird, bis ein Berstversagen als Folge des Kriechens auftritt.
Creep ist eine permanente Materialverformung.
„Die angestrebte Zeit bis zum Versagen für diesen Test lag bei etwa 100 Stunden“, sagte Uy Duong, Chefingenieur für Wohnräume bei Lockheed Martin. „Dieser Test hat bereits die 1.500-Stunden-Marke ohne Ausfall überschritten, und wir werden den Test bis zum Bersten oder bis Mitte Dezember fortsetzen, wenn bis dahin kein Berstereignis eintritt.“
Duong und seine Kollegen haben große, aufblasbare Lebensräume für den Einsatz auf dem Mond und dem Mars sowie in der erdnahen Umlaufbahn im Auge.
Sierra Space arbeitet an dem Habitat Large Integrated Flexible Environment (LIFE) und will immer größere Strukturen bauen. (Bildnachweis: Barbara David)
Großes Platzangebot
Shawn Buckley ist Vizepräsident für Raumfahrtziele und Weltrauminfrastruktur bei Sierra Space in Louisville, Colorado. Zuvor war er einer der wichtigsten BEAM-Architekten bei Bigelow Aerospace.
Buckley und sein Team arbeiten bei Sierra Space eifrig am LIFE-Habitat und entwerfen eine Produktentwicklungslinie, die zu einem Modul mit einem Volumen von 5.000 Kubikmetern (175.000 Kubikfuß) führen könnte, indem es auf über 22 m Länge und 19 m Durchmesser erweitert wird.
Das erste Produkt in der Sierra Space Roadmap ist eine große, erweiterbare dreistöckige Struktur mit einem Durchmesser von 27 Fuß (über 8 m). Es kann mit einer konventionellen Rakete in die Erdumlaufbahn gebracht werden und bietet Platz für vier Astronauten, einen „geräumigen“ Raum für wissenschaftliche Experimente, Trainingsgeräte, ein medizinisches Zentrum und ein spezielles Gewächshaus, in dem Lebensmittel für Forscher auf Langzeitmissionen angebaut werden.
„In etwas mehr als 2,5 Jahren konnten wir sieben Artikel bauen und testen, und jetzt gehen wir zum achten über. Wir kommen sehr schnell voran“, so Buckley gegenüber kosmischeweiten.de. „Die Technologie gewinnt wirklich an Schwung, und wir kommen sehr schnell voran.“
Buckley sagte, dass wiederholte Tests unerlässlich sind. „Das gibt der NASA und unseren Kunden das Vertrauen. Je mehr Daten wir bekommen können, desto besser sind wir informiert“, sagte er.
Concept Art to Reality wird von Lockheed Martin erforscht und sieht erweiterbare Lebensräume auf dem Mond vor. (Bildnachweis: Lockheed Martin)
Aufblasbare Habitat-Strukturen „spielen eine Rolle in unserem Werkzeugkasten, um die bemannte Raumfahrt sozusagen für neue Märkte und Missionen zu erweitern“, sagte Brent Sherwood, ein bekannter Raumfahrtarchitekt und Leiter des Bereichs Raumfahrt des American Institute of Aeronautics and Astronautics. In der Vergangenheit war er unter anderem als Senior Vice President für die Entwicklung von Raumfahrtsystemen bei Blue Origin tätig.
„Wie alle Werkzeuge werden sie am besten für einen Nischenzweck verwendet“, sagte Sherwood gegenüber kosmischeweiten.de. Ausbaufähige Strukturen könnten vor allem als „Verbindungselemente“ Verwendung finden, fügte er hinzu.
„Zum Beispiel werden wir auf der Mondoberfläche schon bald physisch nachgiebige Möglichkeiten brauchen, um getrennte Habitatmodule zu verbinden“, sagte Sherwood.
„Nachgiebigkeit bedeutet, dass unterschiedliche Bodenniveaus – z. B. von einem Lander zu einem unter Druck stehenden Rover -, ungenaue Positionierung auf der Oberfläche, wie bei der frühen Konstruktion der Basis, und thermische Ausdehnung und Kontraktion aufgrund der Tag/Nacht-Zyklen auf dem Mond berücksichtigt werden müssen“, sagte Sherwood.
Ein wenig Nachgiebigkeit kann die gesamte Systemarchitektur erheblich vereinfachen, so Sherwood. „Es könnte also sein, dass eine der besten Anwendungen vergleichsweise kleine Verbindungselemente sind, anstatt das Ziel zu verfolgen, große Module größer zu machen“, betonte er.
„Irgendwann werden wir lernen müssen, wie man supergroße Druckbehälter im Weltraum herstellt, aber bis dahin müssen wir noch viel Marktwachstum und Validierung betreiben“, schloss Sherwood.
