Was wäre, wenn die Rettung von Skylab geklappt hätte?

So, nun die Fassung des Artikels, wie sie erscheinen sollte. Wer wissen will, was Windows beim Diktieren verstanden hat, der schaut sich mal den gestrigen Beitrag an.

Die erste und bisher einzige US-Raumstation Skylab verglühte im Juli 1979 in der Atmosphäre. Es gab den Plan, sie vorher mit einem Space Shuttle in eine höhere Umlaufbahn zu bringen, um sie später erneut als Raumstation benutzen zu können. Die Verzögerungen im Space Shuttle Programm sowie eine deutlich einsteigende Sonnenaktivität und dadurch erhöhte Abbremsungsrate der Raumstation verhinderten dies. Diese Artikel. Diskutiert die Möglichkeiten, die es gegeben hätte, wenn die Raumstation gerettet werden hätte können.

Damit man die Möglichkeiten versteht, gebe ich zuerst einmal eine kurze Beschreibung der Raumstation Skylab . Skylab wurde aus einer S IVB Saturn Drittstufe gebaut. Das Triebwerk wurde er entfernt. Der untere Sauerstofftank dient der als Abfallbehälter, der obere Wasserstofftank wurde durch ein eingezogenes Gitter in zwei Stockwerke unterteilt. Auf dem Boden sowie an den Wänden befanden sich die Installationen. Strom lieferten an der Seite angebrachte Solarpanel, sowie ein kreuzförmiges Solarpaneel mit dem Ausleger für die Sonnenexperimente. An die Saturn-Drittstufe angebracht war eine Übergangssektion, die Luftschleuse, welche sowohl das gesamte Kontrollpult, wie auch die Ausstiegsmöglichkeiten beinhaltete. Um diese Sektion herum waren auch die gesamten Tanks für Gase und Wasser angebracht. An dieser Sektion angeschlossen war dann der Koppeladapter für zwei Apolloraumschiffe, ein axialer Anschluss und ein radialer Anschluss.

Skylab war nicht für eine Versorgung durch Raumschiffe vorgesehen. Das war damals der Stand der Technik und wurde auch von den Sowjets bis zur Saljut 6 so praktiziert. Beim Start befanden sich mehrere Tiefkühltruhen und Vorratsschränke voll mit Nahrungsmitteln. Wasser gab es in den Tanks um die Luftschleuse, ebenso Gas. Am stärksten eingeschränkt war die Lageregelung. Diese erfolgt die primär durch Gyroskope, schnell rotierende massive Kreisel. Diese mussten aber regelmäßig entsättigt werden. Und für Lagerregelungen, die schnell erfolgen mussten, waren sie nicht ausgelegt. Dafür gab es ein Vorrat von Gasflaschen am Ende der Station. Dieses Druckgas wurde expandiert und der Impuls drehte dann die Station. Es war nicht vorgesehen, das Gas zur Bahnanhebung zu nutzen. Dies sollte durch die Apollo Raumschiffe erfolgen. Vor allem war aber der Gasvorrat relativ beschränkt, da Gas einen sehr niedrigen spezifischen Impuls hat, das heißt, man relativ viel Gas braucht, um die Geschwindigkeit zu ändern. Ein Großteil dieses Gases wurde schon in den ersten Tagen verbraucht, um die Station zu drehen und so die Temperaturen zu begrenzen, nachdem beim Start ein Solarpanel und eine Mikrometeoritenschutzschild der auch als Thermalschutz diente, verloren ging.

Wie könnte nun eine Nutzung von Skylab aussehen, vorausgesetzt eine Rettung wäre gelungen. Das ist natürlich rein hypothetisch, da das Space Shuttle nicht einsatzbereit war, als Skylab schon verglühte. Aber die NASA hatte für diesen Fall schon Pläne erstellt. Auf diesen passiert auch mein Szenario. Für das Space Shuttle wurde als Labor von der ESA das Spacelab entwickelt. Das Spacelab bestand aus mehreren Elementen. Üblicherweise gab es eine kurze oder lange Druckkabine, in der Racks mit Experiment untergebracht waren und daran angeschlossen waren Paletten mit weiteren Experimenten, die dann dem Vakuum ausgesetzt waren. Das Spacelab war für Kurzzeitmissionen vorgesehen. Typischerweise 7 bis 10 Tage Dauer. Die Columbia wurde später soweit umgebaut, dass die Missionen auch von 21 Tage ausgedehnt werden konnten.

Betrachten wir zuerst einmal die Versorgung mit Verbrauchsgütern. Solange ein Space Shuttle an der die Raumstation angedockt ist, kann es die Lageregelung wie auch Bahnanhebungen übernehmen. Es ist davon auszugehen, dass ein Space Shuttle immer an Skylab angedockt ist, da es sonst relativ schwierig wird, eine Besatzung zu retten. Die Versorgung ist dann kein Problem. Gase kann man relativ einfach in Gasflaschen mitführen und je nach Bedarf in die Atmosphäre entlassen. Der einzige Nachteil ist, dass diese Gasflaschen im Verhältnis zum Inhalt relativ schwer sind. Wasser. Kann man genauso gut in Kanistern mitführen. Es ist aber so nicht möglich die vorhandenen Wassertanks aufzufüllen. Stattdessen wird man jeweils Wasser den Kanistern zur Aufbereitung von Nahrungsmitteln oder als Trinkwasser entnehmen Skylab hatte eine Dusche. Diese erwies sich allerdings als relativ umständlich im Handling. Und seitdem gibt es an keiner Raumstation und in keinem Raumfahrzeug mehr eine Dusche. Dafür benötigt man also kein Wasser. Nahrungsmittel kann man genauso gut mitführen wie bisher auch. Den Komfort von Skylab, dass es auch frische Nahrung, allerdings tief gefroren gab bietet einen Space Shuttle allerdings nicht. Dort wird die Nahrung auf der Erde zubereitet und dann in einer Mikrowelle erwärmt. Sie wird gefriergetrocknet und es wird kaltes oder warmes Wasser zugesetzt.

Die Versorgung mit Nahrungsmitteln ist also kein Problem. Doch wie sieht es mit den Experimenten aus? Skylab war für drei Besatzungen vorgesehen, die 28 und zweimal 56 Tage auf ihr arbeitenden. Tatsächlich wurde die Station wesentlich länger bemannt, nämlich 28, 59 und 84 Tage. Alle Experimente waren daher fest installiert. Es gab noch nicht, wie es heute der Standard ist, Racks in die Experimente ein- oder ausgebaut werden konnten, beziehungsweise von kleinere Subeinheiten wie „Schubladen“ unterteilt werden konnten. Dieses System, das bis heute auf der ISS eingesetzt wird, führte das Spacelab ein. Es erlaubt es, die Experimente während des Betriebs laufend zu erneuern und auszutauschen. Neben der Problematik, dass man Racks in Skylab nicht einfach nachträglich einbauen kann, weil die Station aus einer Saturn Drittstufe entstand und daher nur eine sehr dünne Wandstärke hat und keinerlei Befestigungspunkte, gibt es als zweite Problematik, dass alle Experimente vom Space Shuttle nach Skylab transferiert werden müssen und sie müssen durch den Koppeladapter passieren. Der ist aber für Personen ausgelegt und hat nur einen geringen Durchmesser von etwa 80 Zentimeter. Ein Rack passt dadurch nicht durch. Auf der ISS gibt es dafür spezielle Ankoppelelemente, die CBM. An ein CBM koppeln zum Beispiel die Crew Dragon, die Cygnus und das HTV an. Alle diese Frachter können Experimente transportieren.

Es bietet sich daher an die vorhandenen Experimente auf Skylab zu lassen, beziehungsweise, wenn sie im Weg stehen zu demontieren. Stattdessen sollte der frühere Wasserstofftank der Drittstufe als reines Wohnlabor genutzt werden. Man kann in ihm weitere Crewkabinen unterbringen. Indem man Trennwände vom Space Shuttle zu Skylab transportiert, ebenso wie die nötige Inneneinrichtung. Ein besonderes Feature von Skylab war der Ausleger für die Sonnenbeobachtung. Er funktionierte allerdings noch mit Film. Wenige Jahre später kamen die ersten CCD-Detektoren auf, die es erlaubten. Aufnahmen zu machen, ohne später den Film wieder zu bergen, und es war so möglich, wesentlich mehr Aufnahmen zu machen, da es keine erschöpfliche Ressource mehr gab. Das Gleiche gilt für die Erdbeobachtungsexperimente, die aus mehreren Kameras bestanden sowie einem Radargerät. Auch diese zeichneten alle Daten auf Film auf. Es wäre möglich, bei einem Außenbordeinsatz die Experimente zu ersetzen. Und so weiterhin die Sonne beziehungsweise die Erde zu beobachten. Bei der Erdbeobachtung gibt es allerdings als Hindernis, dass unbemannte Satelliten dies wesentlich besser erledigen können. Vor allem befindet sich Skylab nicht in einer sonnensynchronen Umlaufbahn, dadurch wurden die Aufnahmen jeweils zur bei einem anderen Sonnenstand gemacht, warfen andere Schatten und sind nicht miteinander vergleichbar. Das ist auch der Grund, warum Erdbeobachtungsexperimente auf der ISS keine Rolle spielen.

Sinnvoll in meiner Überlegung wäre es daher nur das Spacelab als Experimentierstation zu nutzen. Sinnvollerweise würde man bei jedem Besatzungswechsel das Spacelab mit neuen Experimenten bestücken, die Arbeit durchzuführen und dann wieder zur Erde zurückführen. Bei dieser Idee reicht es auch vollkommen aus, wenn es sich im Space Shuttle Nutzlast Raum befindet. Die Astronauten müssten dann zwar einige Meter mehr zurücklegen, um zu Skylab zu gelangen. Aber es bräuchte keinen speziellen Koppeladapter um an Skylab anzukoppeln. Beim Start könnte der Raum im Druckmodul genutzt werden, um hier Gase Wasserkanister und Lebensmittel mitzuführen.

Wie lange eine Mission dauert Hängt prinzipiell von den mitgeführten Ressourcen ab. Skylab befand sich operativ in einer Umlaufbahn in 435 Kilometer Höhe. Die Bahneignung betrug 50 Grad. Damit ist die Umlaufbahn in etwa vergleichbar, mit der der ISS. Die ISS befindet sich etwas tiefer in 407 Kilometer Höhe, bei einer etwas höheren Bahnneigung von 57 Grad. Damals hatten noch die Shuttles eine relativ geringe Nutzlast. Sie waren während der Entwicklung um 10 Tonnen schwerer geworden. Erst später wurde diese sukzessive gesteigert. vor allem, indem die Leermasse des externen Tanks bedeutend gesenkt wurde. Daneben lieferten auch die Feststoffbooster etwas mehr. Schub und die Haupttriebwerke wurden im Schub etwas gesteigert. Die beiden modernsten Fähren, die Discovery und Atlantis hätten vor dem Challenger Unglück etwa 12,5 Tonnen in diese Umlaufbahn transportieren können. Die beiden ersten Fähren Challenger und Columbia waren deutlich schwerer und hätten eine noch geringere Nutzlast gehabt. Dies ist relativ wenig. Eine Space Lab Palette, von denen bis zu fünf eingesetzt werden konnten, wiegt ohne Experimente 725 Kilogramm. Das längere Druckmodul wog dagegen schon 7,5 Tonnen, ohne irgendwelche Experimente. Dazu kämen die Verbrauchsgüter der Besatzung. Geht man von der Verbrauchsrate wie damals üblich aus, so benötigt eine siebenköpfige Besatzung, die sich 30 Tage im Arbeit befindet, etwa 3,2 Tonnen an Versorgungsgütern. So ist klar, dass ein Space Shuttle bei diesem Limit praktisch keine Experimente durchführen kann. Daher plante die NASA auch das Spacelab an einen der beiden Ankoppelpunkte zu verschieben. Ein Space Shuttle hätte dann das Space Lab voll bestückt mit Experimenten und minimaler Besatzung gebracht. Und wäre sofort wieder gelandet. Ein zweites Space Shuttle hätte dann die Besatzung und Verbrauchsgüter gebracht und wäre bei Skylab geblieben. Die Besatzung hätte sich so mindestens 90 Tage an Bord von Skylab aufhalten können. Es wäre beim Start eng gewesen, weil die Kabine dann vollgestopft mit Versorgungsgütern gewesen wäre. Offen ist bei diesem Konzept, wie man die Experimente austauscht. Kleinere Teile hätte man durch den Koppeladapter transferieren können, aber keine kompletten Racks. Wahrscheinlich dachte man aber auch damals an eine Nutzung von Skylab wie bisher, das heißt ohne Veränderung der Experimente. Die zweite Besatzung hätte dann, wenn man neue Aufgabenstellung hatte, einfach das Spacelab wieder zurückgebracht.

Wenige Jahre später wären durch Leistungssteigerungen der Space Shuttles wie den Super Light Wight Tank mehr Nutzlast möglich gewesen. Im Laufe des Space Shuttle Programms wurde diese um 10 Tonnen gesteigert.

Fazit

Ein weiterer Betrieb von Skylab wäre nicht vergleichbar mit den Möglichkeiten, die die ISS bietet, aber die Raumstation wäre in ihren Möglichkeiten vergleichbar einer Saljut oder MIR gewesen. Es wäre eine gute Übergangslösung gewesen, bis eine neue Raumstation startbereit ist. Für diese wurde das Space Shuttle ausgelegt, die wurde als Freedom aber erst Ende der Achtziger Jahre genehmigt und als ISS erst ab 1998 aufgebaut, zwanzig Jahre nach dem Ende von Skylab.