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Mehr als ein „Frachttransporter“ – das ATV ist zudem auch noch ein „Schlepper“!

Um einen Absturz der Internationale Raumstation zu verhindern …

Die bekannteste Rolle des ATV (Automated Transfer Vehicle) ist die des Versorgungsschiffs für die Internationale Raumstation ISS. Darüberhinaus hat es aber noch eine weitere, sehr wichtige Mission zu erfüllen – das des „Schleppers“. Während seiner Ankopplungsphase nutzt das ATV regelmäßig sein Antriebsystem, um die schwergewichtige ISS zurück in seine korrekte Umlaufbahn zu hieven.

Die Internationale Raumstation ISS bewegt sich auf einer kreisförmigen bzw. leicht elliptischen Bahn in rund 360 km Höhe über unsere Köpfe hinweg. Aber die Bahnhöhe der ISS nimmt infolge des Reibungswiderstandes der Erdatmosphäre stetig ab und beträgt etwa 160 m pro Tag bzw. rund fünf km pro Monat. Um diesem unaufhaltsamen „Absturz“ entgegenzuwirken, muss etwa einmal monatlich ein „Reboost“ stattfinden, damit die Station ihre Bahnhöhe halten kann.

Ein Reboost-Manöver hebt die Höhe der ISS-Umlaufbahn an, indem es diese durch die Zündung entsprechender Triebwerke geringfügig beschleunigt.

Gelegentlich kreuzen allerdings auch größere Teile „Weltraumschrott“ die Umlaufbahn der ISS; dann besteht die Gefahr von Einschlägen bzw. der Beschädigung des bewohnten Teils der Station mit entsprechenden Risiken für Leib und Leben der Crew. Die Reboost-Kapazität des ATV dient also auch dem Ausweichen vor solchen Objekten im Interesse der Sicherheit der Besatzung.

Zur Durchführung dieses Bahnanhebungs- oder Ausweichmanövers kann die Raumstation entweder ihr bordeigenes, im russischen Service-Modul Swesda untergebrachtes System nutzen, oder auf das Antriebssystem eines angedockten „Passagiers“ zugreifen, wie des russischen Progress-Fahrzeugs oder fortan auch des europäischen Raumtransporters ATV. Dem Einsatz der Fremdantriebe wird meist der Vorzug gegeben, um den Verbrauch des stationseigenen Treibstoffs zu minimieren. Aus diesem Grund wurde das ATV groß genug gebaut, um bis zu vier Tonnen Treibstoff für Manöver zur Steuerung der Station mitzuführen, an die es sechs Monate lang angedockt bleibt.

Artist's view of ATV Johannes Kepler

Und so wird’s gemacht

Die Geschwindigkeit der ISS beträgt 7.690 m/s (27.000 km/h). Wird dieses Tempo um 1 m/s erhöht, verlängert sich die große Halbachse ihrer Umlaufbahn um 1,75 km. Um eine Streckung der großen Halbachse um 5 km zu erzielen, muss die Geschwindigkeitszunahme Delta V etwa 2,85 m/s betragen. Bedenkt man, dass die Masse der ISS bei rund 280 Tonnen liegt, sind für diese Tempoveränderung 260 kg Treibstoff nötig.

Einmal an die Station angedockt, wird das ATV im Nominalbetrieb in Schlafmodus versetzt und sein Antriebssystem ausgeschaltet. Für ein Reboost-Manöver wird der Antrieb des ATV vom Kontrollzentrum in Toulouse „aufgeweckt“, das für den Betrieb des Fahrzeugs und die Gewährleistung seiner vollen Funktionstüchtigkeit zuständig ist. In der angedockten Phase wird das ATV als Antriebsmodul der Station behandelt: Auf Befehl der ISS-Bordrechner zünden die Triebwerke des Raumtransporters und geben den nötigen Schub für das Reboost. Für dieses Reboost-Manöver sind die Haupttriebwerke des ATV genutzt. Diese „Doppelfunktion“ wurde von Anfang an von der Europäischen Weltraumorganisation in Betracht gezogen, d.h. bei der Planung und Auslegung des Antriebs und der Berechnung der erforderlichen Treibstoffmenge berücksichtigt.

280 Tonnen um 4,7 Kilometer anheben!

Knapp drei Wochen nach dem Andocken an die ISS wurde das ATV „Jules Verne“ am 25. April 2008 erstmals für ein Reboost-Manöver eingesetzt.

Für das ATV war der Vorgang eine große Premiere, da sein Antriebssystem erstmals der direkten Befehlsgewalt der ISS-Bordcomputer unterstellt wurde. Diese übernahmen die Kontrolle über die Zündung von zweien der vier ATV-Haupttriebwerke und die Entfaltung einer Kraft von insgesamt 1.000 N (Newton) – soviel, wie ein Mensch bräuchte, um eine Masse von 100 kg anzuheben. Dieser Schub dauerte etwa 13 Minuten. Der gewünschte Tempoanstieg wurde auf 3 cm/s genau erreicht, und mit einem Delta V von etwa 2,67 m/s führte das Manöver zu einer Anhebung der ISS-Umlaufbahn um 4,7 km.

7 Kilometer!

Am 19. Juni 2008 wurde das ATV zum zweiten Mal für ein Reboost-Manöver herangezogen, um die Bahnhöhe der ISS erneut anzuheben. Mit diesem Manöver wurde der Orbit der Raumstation um beinahe 7 km angehoben.

Am 27. August 2008 half Jules Verne der ISS bei der Durchführung ihres ersten Abbremsmanövers („Retrograde Manoeuvre“) zur Vermeidung einer Kollision mit Weltraumschrott. In der aktuellen ISS-Konfiguration konnte allein das ATV der Station eine solche Ausweichreaktion ermöglichen.

Insgesamt 14 Mal griff die Raumstation auf das Antriebssystem des ATV „Jules Verne“ zu, sei es für Reboost-Manöver oder um ihre Lage im Raum zu verändern.

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