Airbus Defence and Space

Der längste Gürtel der Welt

Wer sagt, dass eine Trennung immer schmerzlich sein muss? Airbus Defence and Space Spanien hat für die reibungslose Ablösung des ATV-4 von der Trägerrakete ein Spannband in der vierfachen Länge der üblicherweise verwendeten Bänder hergestellt

Das ATV-4 ist die schwerste jemals in der Geschichte der Ariane in den Weltraum transportierte Nutzlast und erforderte ein Spannband mit einem Durchmesser von vier Metern © ESA/CNES/Arianespace

Für den Start des vierten ATV (Automated Transfer Vehicle) „Albert Einstein“ – zurzeit an die ISS gekoppelt – wurde das bislang mit Abstand größte Trennsystem Europas gefertigt. Das von Airbus Defence and Space Spanien entwickelte und produzierte Spannband zur Befestigung des Versorgungsfahrzeugs an der Trägerrakete während des Fluges sowie zur späteren Trennung war viermal so groß wie die bei konventionellen Satelliten benutzten Fixiervorrichtungen.

Bei jedem Start eines Raumfahrzeugs gibt es zwei besonders kritische Momente, die nach erfolgreichem Bestehen unter den Mitarbeitern des Bodenkontrollzentrums Applaus auslösen: der erste ist unmittelbar nach dem Start, der zweite bei der Ablösung des Transporters vom Träger. Tritt bei einem dieser sogenannten „Single Points of Failure“ ein Fehler auf, ist jede Mission zum Scheitern verurteilt.

Das aus einem Spannband und einem Satz Federn bestehende Trennsystem der Trägerrakete muss der extremen Beanspruchung durch Zug und Vibration während der Startphase standhalten. „Das Band gleicht einem riesigen Gürtel: Wie eng dieser geschnallt wird und welche Zugkräfte daraus resultieren, hängt grundsätzlich von den Merkmalen der befestigten Komponente ab“, erläutert Javier Rivas, Leiter der Abteilung für Trennsysteme bei Airbus Defence and Space Spanien. Je größer Masse und Größe des Raumfahrzeugs, wodurch Lastgewicht beim Flug und der Banddurchmesser bestimmt werden, umso mehr nehmen die Schwierigkeiten und technologischen Herausforderungen. Bei einem Gesamtgewicht von rund 20,2 Tonnen ist das ATV-4 die schwerste jemals in der Geschichte der Ariane in den Weltraum transportierte Nutzlast und erforderte ein Band mit einem Durchmesser von vier Metern. „Das Band wurde mit einer Zugkraft von zirka fünf Tonnen angebracht, fixierte aber ein darüber liegendes Fahrzeug von 20 Tonnen“, betont Rivas.

Das Spannband gleicht einem riesigen Gürtel: Das Konzept ist so einfach wie effektiv © Airbus Defence and Space

Die Trennung: der Moment der Wahrheit

Zwei Minuten nach dem Start eines ATV lösen sich die ersten Komponenten von der Trägerrakete: zunächst die Booster, dann die Verkleidung, die kryogene Stufe und schließlich – etwa 63 Minuten nach dem Start – das Versorgungsfahrzeug selbst. „Unser System muss absolut zuverlässig sein. Jeder Fehler würde die jahrelange Arbeit der über ganz Europa verteilten Teams zunichtemachen“, betont Alejandro Durán, der bei Airbus Defence and Space Spanien das Programm für dieses Trennsystem leitet.

Der ganze Erfolg der Mission hängt von diesen paar Millisekunden bei der Trennung ab © ESA

Der Trennungsvorgang dauert nur ein paar Millisekunden. Ein elektrisches Signal aktiviert einen pyrotechnischen Zünder, der für einen enormen Druckanstieg innerhalb einer Kammer sorgt. Dieser wiederum versetzt eine mechanische Schneidevorrichtung – ähnlich den Scheren zum Kaltschneiden von Metallen – in Bewegung, die den zur Befestigung des Bandes benutzten Stahlbolzen durchtrennt. Das Spannband wird geöffnet und das ATV freigesetzt. Der Raumtransporter muss sich vollkommen reibungslos, ohne Stöße oder sonstige Störungen, lösen, was mit steigendem Banddurchmesser jedoch immer schwieriger zu bewerkstelligen ist.

Darüber hinaus werden durch die Lösung des Bands an einer Seite riesige Mengen gespeicherter Energie freigesetzt. Da das Band wieder seinen natürlichen Durchmesser erreichen möchte, muss es für den restlichen Flug mithilfe von zehn Fixierelementen in Position gehalten werden. „Das Konzept ist so einfach wie effektiv. Der ganze Erfolg der Mission hängt von diesen paar Millisekunden bei der Trennung ab“, so Durán. „Meines Wissens nach hat bislang niemand ein so schweres Raumfahrzeug mit einem System wie unserem im Weltraum ausgesetzt“, fügt Rivas hinzu.

Branchenweit einzigartige Fähigkeiten

Zwar liefert Airbus Defence and Space Spanien bereits derartige Komponenten mit einem Durchmesser von rund zwei Metern für die Mehrfachstartvorrichtungen der Trägersysteme Vega und Sojus, die gigantische Herausforderung durch das ATV ist jedoch beispiellos. Die Entwicklung des Trennsystems für die Europäische Weltraumorganisation ESA begann um das Jahr 2000. „Sich dieser Herausforderung zu stellen, war gewagt. Denn die gesamte Erfahrung von Airbus Defence and Space Spanien beschränkte sich damals auf Bänder von einem Meter für herkömmliche Satelliten“, erinnert sich Rivas. „Das gesamte Team musste viele Arbeitsstunden investieren und vor allem viel Einfallsreichtum beweisen“. Die Entwicklung und die komplexe Qualifizierung nahmen acht Jahre in Anspruch – bis zum Tag der Entscheidung am 9. März 2008, als „Jules Verne“, das erste ATV, startete. „Wir hatten es zwar tausendmal getestet und wussten, dass es funktionieren würde, aber nach dem Erfolg beim ersten Flug fühlten wir eine kolossale Erleichterung, da niemals zuvor ein vergleichbares System realisiert worden war“.

Das von Airbus Defence and Space Spanien hergestellte Spannband ermöglicht die reibungslose Ablösung des ATV-4 von der Trägerrakete © ESA/CNES/Arianespace

Durán ergänzt: „Es war großartig, die Zufriedenheit auf den Gesichtern aller, die am System mitgearbeitet haben, zu sehen. Ein großer Anteil der Airbus Defence and Space-Mitarbeiter in Spanien war direkt oder indirekt an der Entwicklung und Fertigung beteiligt. Das gilt umso mehr, wenn wir noch beide Strukturen für das externe und das Avionikmodul hinzunehmen, die wir ebenfalls für das ATV liefern. In meinen Augen kann jeder mit Stolz einen kleinen Anteil an diesem Programm für sich beanspruchen.“

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