Skylab
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Wernher von Braun und die meisten Visionär sahen nach dem Start von Satelliten den einer Raumstation als nächsten Schritt in das Weltall vor. Danach erst sollten Flüge zum Mond oder zu den Planeten folgen. Eine Raumstation ist technische einfacher zu verwirklichen und das Risiko ist geringer. Die politischen Gründe hinter der Eroberung des Weltraums führten zu einem Wettlauf zum Mond, so dass man diese Phase 3 vor der zweiten machte.
Doch dachte man in den USA schon während man Apollo und die Hardware entwickelte daran die Apollo Hardware auch für eine Raumstation zu benutzen. Daraus entwickelte sich das Apollo Application Programm (AAP). Einziges Projekt von AAP welches umgesetzt wurde war das Raumlabor Skylab.
Schon 1962 unterbreitete McDonnel Douglas, Hersteller der S-IV Stufe den Vorschlag diese zu einem Raumlabor umzubauen. Im Jahre 1965, als man etwa bei der Halbzeit der Entwicklung der Apollo Hardware angekommen war, begann man sich Gedanken zu machen wie man die Apollo Hardware auch in anderen Projekten nutzen könnte. Das erste Konzept das man damals entwickelte war das eines "nassen" Labors, d.h. dem Start einer normalen Raketenstufe die man nach deren Ausbrennen im Orbit zu einer Raumstation umbauen konnte. McDonnell Douglas Vorschlag die Saturn I Oberstufe S-IV zu benutzen erlaubte eine Raumstation für 2 Astronauten und sollte 220 Millionen USD kosten
Pläne für Raumstationen gab es schon viele. Skylab entwickelte sich jedoch aus keinem der früheren Studien die alle eine Raumstation unabhängig vom Apollo Programm, sondern aus dem Mitte 1965 geschaffenen Apollo Applications Programm. Dieses wurde vom NASA Chef George Mueller geschaffen mit einem Ziel: Die mit Apollo erreichte wissens- und Industriebasis zu erhalten. Wie bei jedem Projekt (und mehr war auch Apollo nicht) war abzusehen, dass nach dem Rückgang der Entwicklungs- und Fertigungsarbeit 1968/69 viele der Ingenieure ihre Kündigung bekommen würden und damit die NASA Wissen und qualifizierte Mitarbeiter verlieren würde, welche sie dann in späteren Programmen dringend brauchen würde. Es galt daher diese Basis zu erhalten indem man die Apollo Hardware in anderen Programmen einsetzte. Das erlaubte es zum einen die Kosten zu senken, zum anderen konnte man so die Mitarbeiter weiter in diesen Projekten weiter beschäftigen. Nun griff man die Idee auf eine Saturn V Oberstufe zu einem Raumlabor umzubauen.
Die ersten Planungen sahen vor die S-II und S-IVB Stufen mit Luken zu versehen in denen später die Mannschaft einsteigen sollte und dort wohnen sollte. Dieses Konzept erforderte das Passivieren der Raketenstufe nach dem Ausbrennen, das Entlassen von Treibstoffresten, das Sichern von Sprengvorrichtungen. Dann brauchte man eine Klimaanlage, Vorräte an Wasser, Luft und Nahrung, eine Beleuchtung etc.
Das erste Konzept sah 1965 vor eine Saturn 1B wurde eine so umgebaute S-IVB Stufe mit einem Apollo Mannschaftsteil und einem Koppeladapter in den Orbit geschossen werden. Die S-IVB würde dann passiviert werden und die Mannschaft wurde in dem Wasserstofftank wohnen. Jegliche Ausrüstung müsste zuerst eingebaut werden. Das Konzept wurde dann von 1966-1967 schrittweise verfeinert.
Am Schluss sah es insgesamt 4 Flüge für eine komplette Raumstation vor:
Weitere Flüge sollten dann bis zu einem Jahr dauern. Basis für diese Planung waren vor allem, dass man zahlreiche Saturn IB Raketen übrig hatte. Die gesamte Erprobung des Saturn I Programms verlief ohne Probleme. Man brauchte wesentlich weniger Träger für Tests, hatte aber diese geordert und ging davon aus bis zu 26 dieser Raketen für das Programm einsetzen zu können.
Das grundlegende Problem der "nassen Werkstatt", dass es sehr viele Arbeiten im Weltraum notwendig machte, bei der die Mannschaft erst einmal die Stufe wohnlich gestalten musste. Nicht nur ging diese Zeit von der Aufenthaltsdauer ab, die man ja eigentlich wissenschaftlich nutzen wollte, sondern das Gemini Programm zeigte, das Arbeit unter Schwerelosigkeit enorm ermüdend und anstrengend ist. Simulationen unter Wasser zeigten, dass die Mannschaft einen großen Teil ihrer Zeit brauchte um die "Werkstatt" erst einmal betriebsbereit zu bekommen.
Im Jahre 1968 tendierte die NASA mehr zu einem alternativen Plan, der schon seit dem Sommer 1966 ausgearbeitet wurde. Er sah ein "trockenes Labor" vor: Anstatt eine S-IVB im Orbit wohnlich zu gestalten würde man eine S-IVB Stufe am Boden umbauen und alles dort einbauen was die Besatzung brauchte. Auch das Sonnenobservatorium konnte man gleich anbauen. Weglassen konnte man das Triebwerk und andere Systeme. Nur war nun das Labor zu schwer für eine Saturn 1B. Man brauchte nun eine Saturn V dafür. Das war der einzige Nachteil dieses Konzepts. Doch auch den konnte die NASA leicht lösen: Im Sommer 1969 strich sie die Mondmission Apollo 20 und die dadurch verfügbare Saturn V wurde zur Trägerrakete für Skylab. Ihre Dritte Stufe wurde zur Raumstation umgebaut. Die beiden ersten Stufen reichten aus um sie in den Orbit zu bringen. Im Sommer 1969 war man zum Schluss gekommen, dass dies die bessere Lösung war. Im Februar 1970 wurde das Konzept der Öffentlichkeit vorgestellt und gleichzeitig erhielte s einen Namen: Aus dem Apollo Application Programm wurde "Skylab". Die Kosten wurden damals mit 2.4 Milliarden USD angegeben, etwa ein Zehntel der Summe die Apollo verschlang. Diese Summe konnte recht gut eingehalten werden, am Schluss kostete das Programm etwa 2.6 Milliarden USD. dies war nur möglich durch die Verwendung von Apollo Komponenten soweit wie möglich.
Verschiedene Faktoren brachten eine Verschiebung des Starts von 1968 auf 1970 und dann später auf die Zeit nach der letzten Mondlandung. Im Jahre 1968 gab die NASA in Auftrag zwei flugfähige Raumstationen zu bauen. Dazu kamen 3 Mockups in voller Größe für Tests und das Training der Astronauten. Eines dieser Mockups wurde in einen Wassertank versetzt um die EVA zu untersuchen. Das war der erste Einsatz von Wassertanks (wo man mittels ausgleichsgewichten sehr gut die Schwerelosigkeit simulieren kann) für Trainingszwecke und diese Methode ist seitdem Standard bei der Ausbildung der Astronauten.
Skylab
besteht aus verschiedenen Komponenten die zusammen das Raumlabor bilden:
Das Gesamte Volumen von Skylab betrug 318 m³ - im Verhältnis zu der Anzahl der Astronauten ist es geräumiger als die ISS gewesen. Die Länge betrug mit CSM 35.97 m. Die Startmasse von Skylab inklusive Payload Shroud betrug 88904 kg. Nach Erreichen des Orbits und Verbrauch von 12 % des TACS Treibstoffs zur Ausrichtung der Station betrug die Masse von Skylab 76295 kg. Mit angekoppeltem CSM hat Skylab eine Masse von 90606 kg.
Als Apollo Folgekonzept musste sich Skylab mit einigen Einschränkungen begnügen. Eine davon war, dass man eine Raumstation plante die nur zeitlich begrenzt genutzt werden würde, anders als die ISS heute. Zu der damaligen Zeit war dies jedoch eine normale Vorgehensweise. Auch die Russen nutzten ihre Saljut Stationen bis zu Saljut 6 nur jeweils für einige Missionen. Geplant waren von Anfang an 3 bemannte Missionen. Die Zahl orientierte sich an den noch verfügbaren Saturn 1B Raketen. 12 wurden davon gebaut und 5 waren bis zu diesem Zeitpunkt gestartet. Eine war für das Apollo-Sojus Programm reserviert, eine zweite musste man für ein Rettungsraumschiff bereit halten. Je zwei Saturn 1B fielen weg weil man die Oberstufen für Skylab 1+2 nutzte. so standen 3 für Starts von Besatzungen zur Verfügung. Nach den Planungen sollte die erste 28 Tage an Bord bleiben, die zweite und dritte jeweils 56 Tage. Für diese Missionen legte man die Versorgung mit Wasser, Gasen und Nahrung aus. Skylab hatte keinerlei Antriebssysteme welche den Orbit anheben würden, wenn er durch Reibung an der Atmosphäre sinken würde.
Die Orbithöhe wurde mit 435 km festgelegt. Dies würde der Station eine Lebensdauer von 10 Jahren geben. Genügend Zeit um sie später wieder in Betrieb zu nehmen wenn dies gewünscht wäre.
Zentraler Teil
der Station war die umgebaute S-IVB Oberstufe. Er war der primäre Arbeitsplatz und der Wohnraum der
Astronauten, weiterhin befanden sich hier die meisten Verbrauchsgüter und er lieferte über 2 Solarpanel den
Strom für die Station. Er wurde aus der S-IVB der Saturn SA-212 gebaut.
Die Astronauten bewohnten den ehemaligen Wasserstofftank der S-IVB. Der Sauerstofftank wurde als Abfall und Abwasserbehälter genutzt. Ein Aluminiumgitter teilte den Wasserstofftank in zwei Sektionen. Dieser Zwischenboden enthielt Vertiefungen in denen sich die Astronauten einhaken konnten um Arbeiten zu können, da in der Schwerelosigkeit sie sonst keinen Halt haben. Der untere Teil des Labors ist der Mannschaftsraum, das obere Stockwerk die Werkstatt oder der Experimentierraum.
Das "untere" Deck, über dem Sauerstofftank enthält die Mannschaftsquartiere, Nahrungszubereitungs- und Meßanlagen (einen Tisch, aber keine Stühle), hygienische Einrichtungen und Vorrichtungen um Abfälle zu beseitigen. Ein Raum steht zur Körperertüchtigung und Überwachung medizinischer Funktionen zur Verfügung, Es gibt Vorratsschränke und eine Weltraumtoilette. Insgesamt unterteilen Zwischenwände das Stockwerk mit 35 m² Wohnfläche in vier Räume. 58 Schließfächer nehmen Ausrüstungsgegenstände, Nahrung, Abfalltüten etc. auf. Die Mitte bildet die Mannschaftsmesse von 9.3 m² Fläche mit einem Tisch in der Mitte. Astronauten fixieren sich in Doppelankern so, dass sie beim Essen nicht davon schweben. Ein Kontrollpult ist ebenfalls dort angebracht und ein beheiztes Fenster, dass zur Erde zeigt. Es hat 48 cm Durchmesser und besteht aus zwei Scheiben im Abstand von 7 cm. Es ist beheizt. Durch das Fenster können die Astronauten Aufnahmen der Erde machen. Hier befinden sich ein Kontrollpult für die Versuchsanlagen auf diesem Stockwerk, die Abfallbeseitigung und ein Intercom Sprechfunkgerät. Beleuchtet wird der untere Teil des OWS durch insgesamt 30 Lampen mit einer variablen Helligkeit und einer Gesamtleistung von 360 Watt.
Das obere Stockwerk enthält das Experimentier und Arbeitszimmer, es nimmt etwa des Hälfte des Raumes ein. Hier befindet sich ein Großteil der Kontrollinstrumente für die ganze Station, medizinische Testgeräte, die Regelung der Beleuchtung und verschiedene Schrankfächer mit Werkzeugen sowie eine Luftschleuse zum Sauerstofftank, der als Abfallgrube fungiert. Danach gibt es die 3 Ruhekammern für die Astronauten. In jeder ist eine Schlafkoje mit einem Schlafsack. Letzterer hat vor allem die Aufgabe die Astronauten am Davon schweben zu hindern. Alleine die Mannschaftsquartiere hatten eine Volumen von 62.8 m³ - Im Space Shuttle liegt das ganze nutzbare Volumen mit 71 m³ nur wenig darüber (und dies für 7 Personen)
Danach gibt es einen 2.8 m² großen Raum, der als Toilette und Waschgelegenheit dient. Gewaschen wird allerdings mit vorher ausgewrungenen nassen Lappen. Erstmals gab es die Möglichkeit im Weltraum zu duschen. Dazu steigt der Astronaut in einen zylindrischen Kunststoffschlauch Eine Brause mit Auslöser wird dann zum Duschen benutzt. Das Wasser wird über eine Vakuum Ansaugvorrichtung abgesaugt. Die Wassermenge ist jedoch auf 2.8 l/Dusche und einmal pro Woche begrenzt.
Im oberen Bereich des oberen Stickwerks gibt es 25 Schrankfächer die weitere Ausrüstung, medizinische Geräte und 10 Wassertanks von je 272 l Volumen enthält. 2 kleine Schleusen an der oberen Wand gestatten für kleinere Experimente (Breite bis maximal 21 cm) den Zugang zum Vakuum des Weltraums. Der unter dem untern Geschoß liegende Sauerstofftank dient als Abfallgrube. Eine Zwischenwand unterteilt ihn in 2 Bereiche: Einen 62.5 m³ großen Bereich in dem feste Abfälle und in Behälter eingeschlossene Flüssigkeiten landen und einen zweiten Bereich von 17.5 m³ Volumen in den andere Flüssigkeiten eingeleitet werden. Da der Tank über zwei Öffnungen dem Vakuum des Weltraums ausgesetzt ist verdampfen diese sofort. Siebe von 1/100 mm Durchmesser sorgen dafür, das keine Partikel emittiert werden. 5 mal am Tag werden Abfälle die in Tüten gesammelt werden über die Druckschleuse aus dem ersten Stockwerk in den Abfallbehälter transportiert. Kleidung wurde nicht gewaschen sondern zum Müll gegeben. Insgesamt 700 Kleidungsstücke gab es an Bord. Müll wurde in 1800 Behältern gesammelt. 55 Stück Seite, 156 Rollen Fernschreiberpapier und 100 Werkzeuge gab es. Insgesamt 13000 Ausrüstungsgegenstände in einem Gesamtgewicht von 5012 kg waren an Bord. Alleine die Dokumente für die Station und den Arbeitsplan machten 54 kg aus. Jede Apollo Mannschaft brachte 18 kg weitere Dokumentation / Schreibpapier / Fernschreiberrollen mit.
Außen schützte eine 0.6 mm dünne Aluminiumfolie vor Mikrometeoriten. Sie war in 12 cm Abstand von der Oberfläche montiert. Sie lag beim Start plan an, wurde dann durch federbetriebene Abstandselemente auf diese Distanz gebracht. Ein Mikrometeorit konnte sie zwar durchschlagen, jedoch wurde seine Integrität dabei beschädigt und er zerbröselte in kleine Teile die dann nicht mehr die Stationswand durchschlagen konnten. Geschützt ist die Station gegen Meteorite bis zu einer Größe von 1 cm. Die Wahrscheinlichkeit einer Durchlöcherung der Wand wurde mit 1:200 während der ersten 8 Monate angegeben. Die eigentliche Wand der Station war 3.18 mm stark, sie wurde während der gesamten Mission nicht von einem Mikrometeoriten durchschlagen obwohl der Schutzschild beim Start verloren ging.
2 Solararrays lieferten Strom für die Station. Jedes Panel besteht aus 30 Einzelpanels mit jeweils 2464 Solarzellen, insgesamt also 73920 Solarzellen auf einer Fläche von 8.3 x 9.5 m. Die Solarzellen des OWS sind für Temperaturen bis +70 °C ausgelegt und liefern maximal 12400 W an Energie. Die Lage wird kontrolliert mit zwei Lageregelungsdüsen Gruppen zu je 3 Düsen. Sie verwenden Stickstoff-Kaltgas unter Druck in 22 Tanks aus Titan unterhalb des Sauerstofftanks. Der Gesamtimpuls beträgt 800000 lbs = 356000 Ns.
Die
Luftschleuse schloss sich an den OWS and und verband diesen mit dem Docking Adapter. Sie fängt an mit einem
Ring von 6.7 m Durchmesser und endet mit einem Ring von 3.04 m Durchmesser. Ein Gitterrohrgerüst umgibt sie
zur strukturellen Verstärkung und Aufnahme der Lasten von Docking Adapter und ATM beim Start.
Die gesamte Baugruppe ist 5.3 m lang und hat ein Gewicht von 22266 kg bei
einem Innenvolumen von 17.4 m³. Sie ist vor allem durch die Drucktanks der
Luft und die Batterien so schwer.
Die Luftschleuse hat als erste wichtige Aufgabe es zu ermöglichen dass die Astronauten die Station verlassen können um am ATM Filmkassetten auszuwechseln. Die eigentliche Luftschleuse ist ein Tunnel im inneren des Zylinders von 2 m Breite und 4 m Höhe. Zwei Luken von 120 cm Durchmesser erlauben den Ausstieg. Jede Luke hat 120 cm Durchmesser. Sie wurden aus den Luken des Gemini Programms entwickelt. Eine dritte Luke dichtet die Verbindung der Luftschleuse zum OWS ab.
Normalerweise verlassen 2 Astronauten die Station. einer bleibt an der Luftschleuse zurück und filmt seinen Kollegen mit einer Videokamera bei der Arbeit und steht für Notfälle bereit, der zweite führt die Wartungsarbeiten durch. Beide Astronauten beziehen Luft aus einer 18.3 m langen Verbindungsleine, die auch verhindert, dass sie ins Weltall davon schweben.
Die zweite Aufgabe der Luftschleuse ist die Reinigung und Regenerierung der Atemluft. Hier befinden sich die Drucktanks für Sauerstoff und Stickstoff. Weiterhin befindet sich in der AM die gesamte Steuerung der Lebenserhaltung und der Stromverteilung und Stromkreise. An der Außenseite befinden sich 18 Nickel-Cadmium Batterien von jeweils 33 Ah Kapazität (bei 28 V Bordspannung). Sie liefern maximal 3800 W an Strom auf der Nachtseite. Fernschreiber und Fernschreiberrollen sind dort installiert. Des weiteren gibt es Vorratsbehälter für Lithiumhydroxidkanister als Notsystem und bei Regeneration des Wasserabscheiders. Es gibt 4 Bullaugen zur Sicht nach draußen. 8 Lampen mit einer Leistung von jeweils 10 Watt dienen zur Beleuchtung. Von außen kann man die Luftschleuse nicht sehen, sie wird nahezu vollständig vom Mikrometeoritenschutzschild verdeckt.
Der Docking Adapter hatte mehrere Aufgaben. Zum einen dockten hier die
Apollo Raumschiffe an. Die Docking Adapter Port 3 (radial) und Port 5
(axial) bestanden aus angepassten Luken die man im Apollo Programm für das
Andocken des Lunar Moduls nahm. Der Docking Adapter machte im Laufe der
Zeit einige Entwurfveränderungen durch, die sich noch in der Nummerierung
der Ports niederschlug. Man verzichtete auf einige Alternativentwürfe mit
den Ports 1-4 an anderen Stellen. Benutzt wurde nur der axiale Port. Der
zweite war für Notfälle reserviert. Der Docking Adapter konnte nicht nur
gegen die Apollo Kapsel verschlossen werden, sondern auch gegen die Luftschleuse. Er hatte als zweite Aufgabe die Funktion eines Notquartiers
bei einer Beschädigung des OWS. Zahlreiche Experimente zur Erdbeobachtung
waren im MDA angebracht und schauten nach außen.
In dem MDA befindet sich auch das Kontrollpult der Apollo Teleskop Montierung. Ein Astronaut ist hier ständig anwesend um bei Sonneneruptionen die Instrumente zu aktivieren. Weiterhin befanden sich hier das Kontrollpult des Bordcomputers. Hier wurde auch die räumliche Ausrichtung der Station kontrolliert.
Die Länge beträgt 5.2 m und der maximale Durchmesser 3.04 m. Der 6260 kg schwere Docking Adapter war um inneren vollgestopft mit Experimenten und Ausrüstung. In speziellen Tresor Schrankfächern werden hier auch die Filme gelagert bevor sie vor der Rückkehr in das CSM umgeladen werden. Ein Fenster am oben Teil erlaubt den Blick auf das ATM. Außen an dem Kopplungsadapter befinden sich Antennen für die FM Kommunikation bei Außenbordeinsätzen, Positionslichter und Ortungsmarkierungen für das ankoppeln. Er ist wie der OWS von einer Schutzfolie umgeben die ihn vor Mikrometeoriten schützt. diese umgibt ihn in einem Abstand von 7.6 cm.
Den Namen erhielt das Sonnenteleskop von Skylab durch seine Ursprünge im Apollo Programm. Die ersten entwürfe die noch von einem "nassen" Workshop ausgingen verwendeten dazu eine umgebaute Mondlandefähre, bei der man die Landestufe durch den ATM ersetzt hatte und mit der Luke der Rückstartstufe an die S-IVB ankoppeln wollte. Mit diesem Konzept hat der ATM nichts mehr gemein. Die Sonnenbeobachtung war der wichtigste Punkt wofür Skylab gebaut wurde und daher ist der ATM auch das größte Einzelexperiment an Bord. In der Regelfall war ein Astronaut an der Beobachtungskonsole im MDA um schnell auf Alarme über eine hohe Sonnenaktivität reagieren zu können.
Der ATM ist eine Sammlung von 10 Teleskopen in einem zylindrischen Kanister von 3.5 m Länge und 2.0 m Querschnitt, der durch Schotten kreuzförmig in 4 Sektionen unterteilt wird. An den Schotten und dem Zylinder verlaufen Leitungen in denen Methanol als Kühlflüssigkeit zirkuliert. Mit ihr wird die Temperatur des ATM auf 12 Grad mit einer maximalen Abweichung von 0.6 Grad gehalten. Verschlossen sind die Öffnungen der Instrumente durch Blenden welche man von einem Steuerpult aus öffnen und schließen kann. es gibt im oberen Ende Öffnungen für Wartungsarbeiten und im unteren Ende Öffnungen für das Auswechseln von Filmkassetten. Dies müssen die Astronauten bei einer EVA mindestens alle 28 Tage machen.
Das ATM hat sein eigenes Ausrichtungssystem bestehend aus einem Stern und Sonnensensor, einer kardanischen Aufhängung von Torsionsfedern. Der Computer justiert das Teleskop genau einen Punkt der Sonne mit erheblich höherer Präzision als die Ausrichtung der Station selber. Eine Genauigkeit von 2.5 Bogensekunden wird über 15 Minuten gehalten. Der maximale Ausschlag für diese Feinsteuerung beträgt 2 Grad. Für das Auswechseln der Filmkassetten kann der ganze Zylinder um 120 Grad gerollt werden, Diese Aufhängung umgibt die Teleskope als achtseitiges Prisma mit einem maximalen Durchmesser von 3 m. Im unteren Bereich befinden sich 100 Elektronikkästen für die Steuerung und Kühlung des ATM.
Am ATM befinden sich 4 weitere Solarzellenflächen welche die Stromversorgung des ATM, und seiner Subsysteme dienen. Das gesamte ATM hat eine Masse von 11092 kg. Eine maximale Breite von 6.0 m und eine Höhe von 4.4 m. Er ist am MDA mit einem Gitterrohradapter angebracht und einer Verriegelung die in 2 Positionen einrastet. Beim Start befindet er sich über dem MDA. Nach Erreichen des Orbits löst ein Zeitschaltwerk eine Mechanik aus, welchen den ATM um 90 Grad schwenkt, so dass er in seiner endgültigen Position einrastet.
Das Crew and
Service Module (CSM)Anders als heute bei den Sojus Kapseln an der ISS war die Apollo Kapsel integraler Bestandteil von Skylab. An dem für Mondflüge entwickelten CSM waren nur wenige Änderungen notwendig. Man baute zwei der vier Treibstofftanks und einen Helium Drucktank aus und konnte dadurch die beiden anderen Tanks stärker befüllen. Da Skylab über keine aktive Kontrolle der Flugbahn verfügt muss das CSM dies mit seinem Haupttriebwerk erledigen. die kurze Zeit im Orbit (maximal 1 Tag für das ankoppeln und einen Tag für die Rückkehr zur Erde erlaubte es auf die dritte Brennstoffzelle zu verzichten. Die Batterien wurden gegen solche mit einer Lebensdauer on 140 anstatt 36 Tagen ausgetauscht und es gab zusätzliche Wärmeschutzisolierungen um sicherzustellen, dass auch über Langzeitmissionen die Temperatur innerhalb der vorgegebenen Grenzwerte lag. Es konnte die Richtantenne entfallen, die bei Mondmissionen mitgeführt wurde. Dennoch wurde der gesamte Funkverkehr von und zu Skylab über das CSM durchgeführt.
In der Kapsel wurde mehr Platz für die Mitführung von Ausrüstung geschaffen, so befördert das CSM neben den beiden Astronauten noch 450-680 kg an Ausrüstung. Das CSM bestand aus dem Command Module - der Apollo Raumkapsel von 3.6 m Höhe und 3.91 m Breite in Kegelform und dem Service Module, welches die Lebenserhaltung, Triebstoffe, Wasser, Strom Erzeugung, Kommunikation und die Antennen enthielt.
Das Bild zeigt das Crew and Servicemodule von Skylab 4 angedockt an die Raumstation. Die Startmasse ist unbekannt, sie lag bei Apollo Sojus und Apollo 7 aber bei 14780 kg und dürfte bei Skylab 2-4 in ähnlicher Größenordnung gelegen haben. Im Orbit hatte das CSM noch 13808 kg Masse. Die etwa 1000 kg Unterschied entfallen auf die verbrauchten Flüssigkeiten und Treibstoffe die man zum Erreichen der Raumstation brauchte (die Saturn 1B setzte das Raumschiff in einem 150 x 222 km Orbit ab).
Es war ein Start eines Rettungsraumschiffes möglich, bei dem man in den Stauraum einer Apollo Kapsel zwei Sitze einbaute. 2 Astronauten sollten dann zu Skylab fliegen und dort sollte die beschädigte Kapsel abgekoppelt werden. Scheiterte auch dies, so konnte man am radialen Port ankoppeln. Allerdings dauerten die Startvorbreitungen für eine Saturn 1B bei einer 40 Stunden Woche 22 Tage, so dass die Besatzung in den ersten 3 Wochen auf eine funktionierende Rückkehrkapsel und die Station angewiesen war. Da man die Startanlagen der Saturn 1B zu diesem Zeitpunkt schon seit 6 Jahren nicht mehr genutzt hatte starteten alle Saturn 1B von den Rampen der Saturn V. Da diese größer ist wurde dafür ein 40 m hoher Tisch gebaut, der die Anschlüsse seitens der ersten und zweiten Stufe auf das Niveau der S-II und S-IVB brachte. Auch die Saturn 1B zeigten Jahre nach dem Auslaufen der Produktion Mängel, vor allem als sie auch noch bei Skylab 4 monatelang in der salzhaltigen Luft beim Cape herumstand gab es Risse an den Finnen und dem Zwischenstufenadapter.
Hier nun ein kleiner blick auf einzelne Subsysteme der Station.
Skylab verfügte über 6 Solarpanels in 2 Gruppen. Zum einen zwei große Panels von 8.3 x 9.5 m von denen 9 x 7 m mit Solarzellen belegt waren 147840 Zellen von je 2 x 2 cm Größe in 240 Modulen von 142 Zellen in 8 Reihen lieferten eine Spitzenleistung von 10.5 kW. Die Dauer des Sonnenscheins schwankt nach Jahreszeit zwischen 62 und 82 %. Für die Zeit im Schatten liefern 18 Nickel Cadmium Batterien den Strom (je 30 Ah x 28 V). Dazu braucht man einen Teil des Stroms den man auf der Tagesseite erhält. Weiterhin gibt es Verluste beim Aufladen der Batterien und in den Leitungen, so dass man von einer Durchschnittsleistung von 3800 W und einer Spitzenleistung im Dauereinsatz von 5500 W ausging. Die beiden Solarpanels sollten nur den Strom für den OWS liefern. Für das ATM mit seiner aktiven Kühlung und die Kontrolle des ATM waren die vier Solarzellenflügel des ATM verantwortlich. Jeder Flügel ist 2.65 m breit und 13 m lang und wird nach dem Prinzip der Nürnberger Schere entfaltet. Er besteht aus viereinhalb Segmenten von je 90 Modulen mit je 684 Solarzellen zusammen. Die insgesamt 246240 Einzelzellen liefern eine Spitzenleistung von 10500 Watt. Jedes der 18 Teile ist separat verdrahtet so, dass ein Meteoritentreffer nur eines lahmlegen kann. Auch hier sind die Solarpanels mit 18 Akkumulatoren verbunden. Die mittlere Dauerleistung des ATM liegt bei 3700 Watt.
Skylab hat mehrere Systeme zur Lageregelung. Grobe Ausrichtungen bewirkt man mit Stickstoff-Kaltgasdüsen, die sich in 2 Gruppen am Heck befinden. Dort, unterhalb des Sauerstofftanks befindet sich der Stickstoff dafür in 22 kugelförmigen Tanks aus Titan. Mit ihm wurde das Teleskop in den 3 Raumachsen bewegt. (Verschoben). Die Änderung der Rotationsgeschwindigkeit betrug maximal 0.3 Grad/Sekunde. Die Feinausrichtung der Achsen der Raumstation in dem Raum erfolgt durch 3 Kreisel von je 65 kg Gewicht und 56 cm Durchmesser die mit bis zu 9100 U/min rotieren und dabei jeweils ein Moment von 3100 Js (bei 8000 U/min) aufbauen. Mit ihnen kann Skylab mit einer Genauigkeit von 4 Bogenminuten in der Nick- und Gierachse und 10 Bogenminuten in der Rollachse ausgerichtet werden. Das ATM welches eine viel höhere Ausrichtung erfordert hat eine eigene Ausrichtung die es auf 2.5 Bogensekunden genau ausrichtet.
Die Lebenserhaltung umfasst 3 Aufgaben: Die Regenerierung der Luft und Aufrechterhaltung des Drucks. Die Temperaturregulation, die Versorgung mit Wasser und meistens wird auch noch die Versorgung mit Nahrung dazu gezählt.
Die Luftaufbereitung wird in der Luftschleuse durchgeführt und dort auch kontrolliert. Die Reinigung erfolgt durch Wasserabscheider und Molekularsiebe. Dies war der erste Einsatz dieser Methoden im amerikanischen Weltraumprogramm. Der vorgeschaltete Wasserabscheider war nötig, weil die Molekularsiebe ihre Fumnktion nur bei trockener Luft erfüllen können. Die Luft passiert zuerst ein Silicagel welches Wasser aufnimmt, danach die Molekularsiebe aus synthetischem Zeolithen und Metallionen-Aluminosilikaten. 5 kg Aktivkohle binden Gerüche. 3 kg Kohlendioxid und 2 kg Wasser werden auf diese Weise pro Tag absorbiert. Molekularsiebe und Wasserabscheider sind redundant vorhanden und die Molekularsiebe werden abwechselnd für 15 Minuten benutzt und dann dem Vakuum ausgesetzt und beheizt zur Reinigung. Beim Silicagel als Wasserabscheider ist eine derartige Reinigung nicht möglich, es muss einmal im Monat auf 200 °C erhitzt werden um das gebundene Wasser abzugeben. Während dieser Zeit ist die Reinigungsanlage der Station außer Betrieb und Lithiumhydroxidkanister an Bord des CSM (die nicht regenerierbar sind) übernehmen die Reinigung der Atemluft. Dieses "Ausbacken" des Silicagels dauert 12 h.
Die gesamten Luftvorräte der Station befinden sich in einem Ring um den Innenzylindern in 6 zylindrischen, stahlummantelten Glasfasertanks für den Sauerstoff und 10 kugelförmigen Titantanks für den Stickstoff. (Durchmesser Sauerstoff: 1.14 m x 2.29 m, Stickstoff 1.02 m). Die Luft steht unter 211 Atmosphären Druck. Mitgeführt werden 1465 kg Stickstoff und 4228 kg Sauerstoff. Die Vorräte an Sauerstoff und Stickstoff waren für 664 Manntage vorgesehen.
Ein System hält den Druck konstant bei 0.34 Bar bei einer Atmosphäre von 72 % Sauerstoff und 24-28 % Stickstoff. Der Sauerstoffpartialdruck ist mit 0.248 Bar höher als auf der Erde in Meereshöhe mit 0.212 Bar. Ventilatoren im OWS, AM und MDA bewirken eine Zirkulation der Luft mit 4.6 - 30.5 m/min. Die Temperatur wird zwischen 15.6 und 32 °C reguliert.
Das Wasser wurde im oberen Bereich des OWS in 10 Stahltanks von jeweils 272 l Volumen mitgeführt, wovon 2 als Reserve gedacht waren. Das Wasser sollte ja nach Verbrauch für 595-691 Manntage (Essenszubereitung, Waschen 654-890 Manntage) reichen. Das Wasser wurde durch Jodierung (12 ppm) haltbar gemacht. Sank der Jodgehalt unter 6 ppm so füllte die Besatzung Wasser mit einem Gehalt von 30000 ppm aus einem Reservekanister nach. Die Wassertemperatur in den Behältern wurde auf 15.5 °C geregelt, für das Waschwasser in einem Boiler waren es 53° C.
An Vorräten wurde Essen in gefriergetrockneter oder tiefgefrorener Form mitgeführt. Insgesamt gab es für 420 Manntage 913 kg von 70 verschiedenen Lebensmitteln. Es zeigte sich dass das Essen der limitierende Faktor war. Das Essen wurde in 5 Gruppen eingeteilt:
Für die beiden Letzten Gruppen gab es im OWS insgesamt 5 Tiefkühltruhen. Trotzdem war soviel vorhanden (bzw. die Astronauten konnten welches in den Apollo Kapseln mitführen), dass es möglich war die letzte Mission auf 84 Tage zu verlängern. Nach dem Verlassen der letzten Mannschaft war von den Flüssigkeiten und Gasen noch so viel übrig, dass eine vierte 3 Mann Besatzung erneut das Skylab besuchen könnte. Das Essen wurde am Essenstisch in beheizbaren Mulden erwärmt. Dehydratisierte Lebensmittel gab es in Plastikbeuteln mit einem Ventilanschluss für eine Wasserpistole mit der man heißes oder kaltes Wasser zugeben konnte.
Skylab befindet sich in einer Umlaufbahn nahe der Erde, das bedeutet, dass man zu einem Punkt auf der Erde nur kurz Funkkontakt hat, bevor die Station (von der Erde aus) unter dem Horizont ist. Maximal 10 Minuten sind möglich. Die NASA setzte 16 ihrer 19 Bodenstationen / Verbindungsschiffe / Verbindungsflugzeuge für die Kommunikation ein.
innerhalb der Station gab es ein Intercom Sprechsystem. Die Kommunikation mit der Erde verlief 8 Systeme, 4 im CSM je 2 im AM und 2 im ATM (von letzteren vier aber nur eines downlinkfähig) im S-Band und VHF Band. Die verschiedenen Systeme kamen durch verschiedene Datenarten (Fernschreiber, Sprache, Telemetrie, Videosignale, Daten) und Anforderungen zustande (Bemannt / Unbemannt). Insgesamt 80 Parameter konnten überwacht werden. Es gab eine Farbvideokamera an Bord und 5 Videokameras im ATM welche die Sonne beobachteten. Alle Daten inklusive Videosignale wurden aufgezeichnet und beim Passieren einer Bodenstation übertragen.
Die Umlaufbahn von Skylab musste verschiedene Kriterien erfüllen. Zum einen musste sie noch gut erreichbar mit der Saturn 1B sein, deren Nutzlast bei einem höheren Orbit und einer höheren Bahnneigung abnahm. (Skylab selbst hatte diese Probleme bei der Saturn V nicht, die noch Reserven übrig hatte). Und zum anderen musste speziell für die Erdbeobachtungsexperimente die Erde gut einsehbar sein. Das führte zu der Wahl einer Umlaufbahn von 435 km Höhe und einer Neigung von 50 Grad zum Erdäquator. Die hohe Bahnneigung sorgte dafür das man die gesamte Erde zwischen -50 und +50 Grad Nord beobachten konnte - wesentlich mehr als bei Apollo und Gemini mit maximalen Neigungen von 33 Grad. 68 % der landwirtschaftlichen Fläche und 80 % der Bevölkerung lagen in diesem Bereich. Die Bahnhöhe von 435 km ergab eine Umlaufsdauer die so gewählt war, dass die Raumstation nach 5 Tagen wieder am selben Punkt der Erde ankommt und ein Gebiet neu beobachten kann.
Erforderliche Anhebungen der Umlaufbahn wurden mit dem CSV durchgeführt. Nach NASA Angaben hatte diese Umlaufbahn eine Lebensdauer von 1750 Tagen. (4.8 Jahren). Später war man optimistischer und ging von 7 Jahren aus. doch zeigte sich, dass der erste Wert richtig war. Skylab selbst war ausgelegt auf eine Lebensdauer von 2 Jahren im Orbit und maximal 600 Tagen Mannschaftsaufenthalt.
Wie bei allen größeren Weltraumprojekten gibt es unterschiedliche Zahlen über die Kosten von Skylab. Sie kommen dadurch was man dazu rechnet - Berücksichtigt man die 3 bemannten Missionen und die Missionsüberwachung über ein Jahr ? Rechnet man die Vorarbeiten im AAP Programm dazu, bevor man sich für das endgültige Konzept entschied? Rechnet man die schon für Apollo bezahlte und nun nur noch modifizierte Hardware dazu?
Die folgende Aufstellung die für den US Kongress (93 Sitzung, 23.5.1973) angefertigt wurde enthält die unmittelbaren Ausgaben die man Skylab zuordnen kann. Dies ist eine Gesamtsumme von 1930.5 Millionen USD. Dazu kamen dann noch die Starts von Skylab 2-4 und die Missionsdurchführung, sowie die Mehrkosten für die Reparatur. Die Gesamtkosten werden meist mit 2147,1 Millionen USD angegeben. Rechnet man die Apollo Hardware und Kosten für Entwicklungsstudien noch dazu, so kommt man auf 2.6 Milliarden US, 2522 Millionen US-$ davon für Skylab. Selbst bei Berücksichtigung der Preissteigerungen durch die Inflation entspricht dies heute etwa 11 Milliarden USD - Etwa ein Zehntel dessen was die Raumstation ISS kostet.
Die Station alleine kostete 1573.6 Millionen US-$. Die Kosten für die Saturn 1B wurden mit 65.2 Millionen US-$, die Saturn V nur 4.1 Millionen US-$, da man die Trägerrakete von Apollo 20 verwendete. 134.8 Millionen US-$ kosteten die Apollo Kapseln und 745.2 Millionen die Starts, die Missionsdurchführung und die Auswertung der Experimente.
| Contractor |
Responsibility |
Contract Amount (millions $) |
|---|---|---|
| JSC |
||
|
Rockwell International |
Command and service module |
354.3 |
|
General Electric |
Automatic checkout equipment reliability and quality assurance system engineering |
29.7 |
|
Martin Marietta |
Payload and experiments integration and spacecraft support |
105.4 |
|
The Garrett Corp |
Portable astronaut life support assembly |
11.9 |
|
International Latex |
Space Suits |
16.9 |
|
ITEK |
S190-Multispectral photo facility |
2.7 |
|
Black Engineering |
S191-Infrared spectrometer |
2.0 |
|
Cutler Hammer Airborne Instrument Lab |
S194-L band radiometer |
1.5 |
|
General Electric |
S193-Microwave radiometer/scatterometer |
11.3 |
|
Honeywell |
S192-10 band multispectral scanner |
10.8 |
| HQ |
||
|
Martin Marietta. |
Program support |
11.1 |
| MSFC |
||
|
General Electric |
Electrical support equipment and logistics support |
25.0 |
|
McDonnell Douglas |
S-IVB stage |
25.7 |
|
Martin Marietta |
Payload integration and multiple docking adapter assembly |
215.5 |
|
Rockwell International (Rocketdyne Division) |
Saturn engine support-Saturn V and Saturn IB |
10.3 |
|
IBM |
Apollo telescope mount digital computer and associated items |
29.2 |
|
Chrysler |
S-IB stage |
30.0 |
|
S-IB systems and integration |
7.0 |
|
|
McDonnell Douglas, Huntington Beach |
Orbital Workshop |
383.3 |
|
McDonnell Douglas, St. Louis |
Airlock |
267.7 |
|
General Electric |
Launch vehicle ground support equipment |
12.6 |
|
IBM |
Instrument unit |
30.7 |
|
Boeing |
S-IC stage |
0.9 |
|
System engineering and integration |
7.4 |
|
|
American Science and Engineering |
X-ray spectrographic telescope-S-054 |
8.3 |
|
High Altitude Observatory |
White light coronagraph-S052 |
14.7 |
|
Harvard |
UV spectrometer-S055 |
34.6 |
|
Naval Research Laboratory |
UV spectrograph/heliograph |
40.9 |
|
Goddard Space Flight Center. |
Dual X-ray telescope |
2.5 |
| KSC |
||
|
Chrysler |
S-IB launch operations support |
23.2 |
|
Boeing |
Saturn V launch vehicle and launch complex 39, launch operations |
14.4 |
|
Rockwell International |
Command and service module support |
17.5 |
|
McDonnell Douglas |
S-IVB launch services |
58.9 |
|
IBM |
Instrument unit, launch services |
12.3 |
|
Delco Electronics |
Navigation and guidance launch operations |
0.9 |
|
Martin Marietta |
Multiple docking adapter support |
7.2 |
| Major Skylab Subcontractors |
||
| JSC |
||
|
Aerojet General |
CSM service propulsion system (SPS) rocket engines |
$3.1 |
|
AiResearch |
CSM environmental control systems (ECS) |
5.6 |
|
Aeronca Inc. |
CSM honeycomb panels |
1.5 |
|
AVCO |
Command module heat shields |
2.5 |
|
Beech Aircraft |
CSM cryogenic gas storage system |
4.0 |
|
Collins Radio |
CSM communications and data systems |
4.7 |
|
Honeywell |
CSM stabilization and control systems |
3.1 |
|
Marquardt |
Service module reaction control system (RCS) engines. |
1.1 |
|
Northrop |
Command module Earth landing system |
0.8 |
|
Pratt & Whitney Aircraft |
CSM fuel cell powerplants |
3.2 |
|
Bell Aerospace |
RCS propellant storage tanks |
3.4 |
|
Simmonds Precision Products |
Propellant utilization gauging system |
1.3 |
| MSFC |
||
|
TRW Solar array system |
Solar array system |
23.7 |
|
Fairchild Hiller |
Habitability support system |
19.0 |
|
Hamilton Standard Division of United Aircraft |
Centrifugal urine separators |
9.6 |
|
Hycom Manufacturing |
Orbital workshop viewing window |
0.9 |
|
AiResearch |
Molecular sieve |
4.7 |
| Summe | 1930,5 | |
Es gibt von mir vier Bücher zum Thema bemannte Raumfahrt. Alle Bücher beschäftigen vor allem mit der Technik, die Missionen kommen nicht zu kurz, stehen aber nicht wie bei anderen Büchern über bemannte Raumfahrt im Vordergrund.
Das erste bemannte Raumfahrtprogramm der USA, das Mercuryprogramm begann schon vor Gründung der NASA und jährt sich 2018 zum 60-sten Mal. Das war für mich der Anlass, ein umfangreiches (368 Seiten) langes Buch zu schreiben, das alle Aspekte dieses Programms abdeckt. Der Bogen ist daher breit gestreut. Es beginnt mit der Geschichte der bemannten Raumfahrt in den USA nach dem Zweiten Weltkrieg. Es kommt dann eine ausführliche technische Beschreibung des Raumschiffs (vor 1962: Kapsel). Dem schließt sich ein analoges Kapitel über die Technik der eingesetzten Träger Redstone, Little Joe und Atlas an. Ein Blick auf Wostok und ein Vergleich Mercury bildet das dritte Kapitel. Der menschliche Faktor - die Astronautenauswahl, das Training aber auch das Schicksal nach den Mercurymissionen bildet das fünfte Kapitel. Das sechs befasst sich mit der Infrastruktur wie Mercurykontrollzentrum, Tracking-Netzwerk und Trainern. Das umfangreichste Kapitel, das fast ein Drittel des Buchs ausmacht sind natürlich die Missionsbeschreibungen. Abgeschlossen wird das Buch durch eine Nachbetrachtung und einen Vergleich mit dem laufenden CCDev Programm. Dazu kommt wie in jedem meiner Bücher ein Abkürzungsverzeichnis, Literaturverzeichnis und empfehlenswerte Literatur. Mit 368 Seiten, rund 50 Tabellen und 120 Abbildungen ist es das bisher umfangreichste Buch von mir über bemannte Raumfahrt.
Mein erstes Buch,
Das Gemini Programm: Technik und Geschichte
Mein zweites Buch,
Das ATV und die Versorgung der ISS: Die Versorgungssysteme der Raumstation
Das Buch
Die ISS: Geschichte und Technik der Internationalen Raumstation
Durch die Beschränkung auf den Technischen und geschichtlichen Aspekt ist ein Buch entstanden, das kompakt und trotzdem kompetent über die ISS informiert und einen preiswerten Einstieg in die Materie. Zusammen mit dem Buch über das ATV gewinnt der Leser einen guten Überblick über die heutige Situation der ISS vor allem im Hinblick auf die noch offene Versorgungsproblematik.
Die zweite Auflage ist rund 80 Seiten dicker als die erste und enthält eine kurze Geschichte der Raumstationen, die wesentlichen Ereignisse von 2010 bis 2015, eine eingehendere Diskussion über die Forschung und Sinn und Zweck der Raumstation sowie ein ausführliches Kapitel über die Versorgungsraumschiffe zusätzlich.
Das bisher letzte Buch
Skylab: Amerikas einzige Raumstation
Mehr über diese und andere Bücher von mir zum Thema Raumfahrt finden sie auf der Website Raumfahrtbücher.de. Dort werden sie auch über Neuerscheinungen informiert. Die Bücher kann man auch direkt beim Verlag bestellen. Der Versand ist kostenlos und wenn sie dies tun erhält der Autor auch noch eine etwas höhere Marge. Sie erhalten dort auch die jeweils aktuelle Version, Bei Amazon und Co tummeln sich auch die Vorauflagen.
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