1969 landete das erste bemannte Raumfahrzeug auf dem Mond

Am 21. Juli 1969 landete das erste bemannte Raumfahrzeug auf dem Mond. „Ein kleiner Schritt für den Menschen, aber ein riesiger Sprung für die Menschheit“ waren die Worte von Neil Armstrong, als er damals als erster Mensch den Mond betrat. Dies war eines der wohl größten Ereignisse in den Geschichtsbüchern unserer Erde. Anschließend gab es noch viele weitere Mondlandungen und somit wurde sich mit den Jahren neuen, noch größeren Herausforderungen gestellt. Dazu gehört in besonderem Umfang die Erstellung von Konzepten der ersten bemannten Marslandung, wozu auch der Bau einer Raumkapsel zählt.

Eine solche Raumkapsel wurde von der US-amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA unter dem Namen „Orion MPCV“ konzipiert – mit dem Ziel, neue Rekorde in der Raumfahrt und somit neue Meilensteine aufzustellen. Sie wurde nach dem wohl markantesten Sternbild des nördlichen Winterhimmels benannt und nach über 50 Jahren Forschung und Entwicklung im Bereich der Raumfahrt entwickelt. Geplant ist, die Besatzung zunächst zum Mond zu bringen. Später wird eine Reise zum Mars folgen. Daher auch der Name MPCV – Multi-Purpose Crew Vehicle als Ergänzung zu Orion, was den Einsatz der gemeinschaftlichen Entwicklung von NASA und ESA für unterschiedliche Missionen verdeutlicht.

Die Orion-Kapsel

Die Orion-Kapsel wurde bereits im Jahr 2014 einem ersten unbemannten Praxistest unterzogen, bei dem sie nach dem Start 17 Minuten benötigte, um den Orbit zu erreichen. Auf einer Höhe von etwa 5.800 Kilometern umkreiste sie zweimal die Erde und landete schließlich viereinhalb Stunden später im Pazifik, nachdem sie mit einer Geschwindigkeit von nahezu 32.000 km/h die Atmosphäre durchdrang und somit einer Temperatur von über 2000 Grad Celsius ausgesetzt war.

Ein zweiter unbemannter Test ist geplant noch vor 2020 zu starten. Dieser soll in etwa drei Wochen dauern und hat als Missionsziel den sogenannten Mond-Flyby, also eine Umrundung des Mondes in dessen Umlaufbahn. So bald wie möglich soll diese Reise auch mit Astronauten durchgeführt werden und somit wieder Menschen zum Mond befördern.

Der Start der Kapsel wird durch mehrstufige Raketenzündungen ermöglicht. Diese Mehrstufenraketen bestehen aus mehreren, übereinander montierten Raketen mit abnehmender Größe, sodass leere Treibstofftanks und nicht mehr benötigte Triebwerke nicht weiter beschleunigt werden müssen, sondern einfach abgeworfen werden können.

Oberhalb der Antriebssysteme befindet sich das Europäische Service Modul (ESM). Darüber ist das Crew-Modul, das Platz für zwei bis vier Astronauten bietet. Der oberste Punkt des Raumfahrzeugs ist das Launch Abort System (LAS), das aus der Rettungsrakete besteht und das Crew-Modul von der Trägerrakete abtrennt, sofern diese beim Start versagen sollte.

Das ESM beinhaltet – neben anderen Einrichtungen – vier Solar-Paneele, Wasser- und Treibstoff-Tanks sowie weitere Triebwerke. Das Service Modul ist somit unter anderem Stromkraftwerk, Wasserwerk und Tankstelle auf der geplanten langen Reise zu Mars oder Asteroidenkonstellationen. Verantwortlich für die wichtigen Funktionen Deployment (Ausklappen) und Positionierung der Solarsegel sind Aktuatoren, entwickelt und gebaut von den Schweizer Raumfahrtspezialisten der RUAG Schweiz AG. Die Getriebetechnologie hinter den hochspezifischen Raumfahrtaktuatoren basiert auf Harmonic Drive® Getrieben in Sonderkonfiguration, um den enormen Umgebungsbedingungen Stand zu halten. In enger Zusammenarbeit zwischen Ingenieuren der Harmonic Drive AG und RUAG wurden die sogenannten Top Level Requirements des Raumschiffs bis hin zur Einzelkomponente - das Getriebe - heruntergebrochen. Das entstandene Produkt ist eine Neuentwicklung, die optimal auf die Anforderung zu Steifigkeit, Gewicht, Bauraum und Untersetzungsverhältnis abgestimmt ist. Das Harmonic Drive® Getriebe wurde ursprünglich für den Einsatz in der Luft- und Raumfahrt entwickelt. Die hohe einstufige Untersetzung, die kompakte Bauform und das geringe Gewicht sind ausschlaggebende Vorteile des Harmonic Drive® Getriebes für den Einsatz in zahlreichen Satellitenantrieben.

Harmonic Drive® Einbausatz der Baureihe CPL-2A

Für die Orion-Mission wird ein Harmonic Drive® Einbausatz der Baureihe CPL-2A mit hoher Untersetzung verwendet. Die Einbausätze der Baureihe CPL-2A sind erhältlich in fünf Baugrößen mit den Untersetzungen 50, 80, 100, 120 und 160 bei einem wiederholbaren Spitzendrehmoment zwischen 18 und 372 Nm und einer Leistungsdichte von 340 bis 735 Nm/kg und bieten geringste Massenträgheitsmomente.

Durch die Beschränkung der Bauteile auf das Wesentliche, Querschnittsreduzierungen und optimierte Bohrbilder ist die Baureihe CPL-2A äußerst leicht. Die große Hohlwelle ermöglicht die Durchführung von Versorgungsleitungen, Wellen und Kabeln für weiterführende Antriebssysteme. Aufgrund der Positioniergenauigkeit sind stabile Maschineneigenschaften mit kurzen Taktzeiten garantiert.

Der verwendete Einbausatz ist in ein Leichtbaugehäuse integriert und wird von einem Bausatz-Motor angetrieben. Das Getriebe verfügt über einen Wave Generator, und der Flexspline ist mit dem Abtriebsflansch verbunden, welcher von Dünnring-Kugellagern gestützt wird. Der Circular Spline wurde so verändert, dass ein leichter Einbau in das Gehäuse möglich wurde. Der Einbausatz der Baureihe CPL-2A ist aus Edelstahl gefertigt und nutzt eine weltraumtaugliche Fettschmierung.

Die Aktivitäten im Rahmen des MPCV-Programms werden mit Mitteln der Europäischen Weltraumorganisation gefördert. Die hier geäußerte Auffassung spiegelt in keiner Weise die offizielle Meinung der Europäischen Weltraumorganisation wider.

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