Start des ISS-Transporters ATV nach intensiven Tests im Herbst 2007

Teams des industriellen Hauptauftragnehmers und der ESA machen Überstunden. Es gilt die Tests des komplexesten Raumfahrzeugs abzuschließen, das jemals in Europa entwickelt wurde. Die kommenden Monate stellen hierbei eine entscheidende Phase in dem Spitzentechnologie-Programm dar, das drei Ziele im Visier hat: Abschluss der Vorbereitungen auf den Flugbetrieb, Feinabstimmung des Zusammenwirkens mit der Internationalen Raumstation und den programmbeteiligten Partnern sowie Vorbereitung der Ariane 5 für den Start ihrer bislang größten Nutzlast.

Als umfangreichste Herausforderung der ATV-Qualifikationstests erwiesen sich in den vergangenen Monaten die parallel laufenden Testreihen, deren Abstimmung eine intensive Zusammenarbeit verschiedener Partner erforderte. Dieses komplexe und zeitaufwändige Prozedere soll absichern, dass das ATV-Fluggerät sowie die Software allen nur denkbaren nominellen und nicht-nominellen Flugsituationen gewachsen ist, die während der Mission von Jules Verne auftreten können.

In dem nahe Moskau gelegenen Raumfahrtunternehmen RKK Energija – hier wurden das ATV-Kopplungs- sowie das Betankungssystem nebst den entsprechenden elektronischen Komponenten gefertigt – liefen zwischen Dezember 2006 und März 2007 im Computerkomplex GDC (Ground Debugging Complex), der Soft- und Hardwarefehler auffinden soll, umfangreiche Tests. Ein leistungsstarker Simulator spielte dort gezielt verschiedenartigste Störfall-Szenarien sowie Krisensituationen durch, die das ATV-Gesamtsystem bewältigen muss – selbstverständlich unter strikter Beachtung der Sicherheitserfordernisse bemannter Raumflüge.

Bei RKK Energija soll auch die endgültige Version der Software erprobt werden, die zwei Aufgaben hat: Ein Teil gewährleistet die Zusammenarbeit zwischen dem ATV und dem russischen Modul während der Annäherung und Kopplung. Ein anderer Teil sorgt nach der Ankopplung dafür, dass das russische Modul die Kontrolle über das ATV-Antriebssystem übernimmt, um die ATV-Triebwerke zu zünden und die Umlaufbahn der 220 Tonnen schweren ISS anheben zu können. Bei den Tests wurden neben den echten Kommunikationsanlagen auch GPS-Simulatoren eingesetzt.

Bei dieser Testreihe sorgten unerwartete Probleme mit dem GPS-System im russischen ISS-Modul für erhebliche Verzögerungen. Ohne dieses System kann sich jedoch das ATV nicht korrekt an die ISS annähern und koppeln. Dank einer Reihe von Korrekturen, die auch ein Software-Upgrade einschlossen, gelang es schließlich doch, den Test mit Erfolg zu beenden.

Im Kontroll- und Testgebäude (KIS) desselben russischen Unternehmens soll im Frühjahr in einer weiteren zweimonatigen Testreihe das an ein Modell des 12,6 Meter langen russischen Moduls gekoppelte ATV erprobt werden. Reale Verbindungen machen es möglich, das russische Andock- und Betankungssystem mit echten Flüssigkeiten und unter Druck stehenden Tanks zu erproben. Das ATV „Jules Verne“ ist wie die russischen Progress-Transporter in der Lage, die Station mit 860 kg Treibstoff zu betanken und 840 kg Abwasser abzupumpen.

Unterdessen absolvierte „Jules Verne“ 2006 im Europäischen Weltraumforschungs- und Technologiezentrum ESTEC in Noordwijk (Niederlande) zwei entscheidende Überprüfungen. Zunächst wurde mit Akustiktests gecheckt, ob der Transporter den beim Start auftretenden Lärmpegel unbeschadet übersteht. Diese Testreihe konnte im Juli erfolgreich abgeschlossen werden.

Es folgte ein Vakuum-Temperaturtest, um festzustellen, ob das Raumfahrzeug mit komplett aktivierten Systemen den extremen Bedingungen im All standhält, d.h. den extremen Temperaturschwankungen im Vakuum. Obwohl „Jules Verne“ bereit war, musste der Test zunächst aufgeschoben werden. Man hatte den Zeitaufwand für die Definition der Testprozeduren unterschätzt, die bei der Überprüfung der Hardware äußerst präzise arbeiten müssen. Schließlich durchlief „Jules Verne“ die Erprobung eine Woche vor Weihnachten 2006 mit Erfolg.

Zudem wurde im Herbst 2006 in der europaweit einzigartigen hydrodynamischen Strömungsversuchsanlage für Schiffskörper BEC in Val-de-Reuil 100 Kilometer westlich von Paris das Andockmanöver von „Jules Verne“ erfolgreich erprobt. Zum ersten Mal arbeitete der Transporter dabei vollständig im abgeschlossenen Modus. Alle dafür notwendigen Komponenten und Elemente innerhalb des Raumfahrzeugs, das sich autonom im Strömungsbecken bewegte, waren entweder „echt“ – Computer, Software, Sensoren, Flugbahnberechnung – oder wurden simuliert (z.B. Trägheitsverhalten des „Jules Verne“-Transporters, Zünden der Düsen usw.).

Letzte Vorbereitungen

Verschiedene Missions-Szenarien erfordern komplexe Interaktionen und verteilte Zuständigkeiten zwischen dem ATV-Kontrollzentrum (ATV-CC) im südfranzösischen Toulouse sowie den beiden Missionskontrollzentren in Moskau (Russland) und in Houston (USA). Erstmals in der Geschichte der Raumfahrt müssen drei Weltraumkontrollzentren rund um den Globus zusammenarbeiten. Für die Abstimmung der Befehle, die das ATV im Orbit steuern, hat man übergeordnete Koordinierungsverfahren erarbeitet, so genannte „Multi-Element Procedures“. Sie weisen den beteiligten Zentren Schritt für Schritt die abzuarbeitenden Aufgaben zu. Noch immer laufen ein Dutzend Simulationen unter Einbeziehung der drei Kontrollzentren. Ihr Ziel: Feinabstimmung der Verfahren für nominelle und nicht-nominelle Szenarien, mit denen „Jules Verne“ möglicherweise konfrontiert wird.

Parallel dazu haben die Mitglieder der ISS-Expedition 16, Juri Malentschenko und Peggy Whitson, im Europäischen Astronautenzentrum in Köln mit dem ATV-Training begonnen. „Ihre Aufgabe beim Andockmanöver ist der Arbeit einer Flugzeugbesatzung vergleichbar, die eine von 14 Parametern bestimmte automatische Landung überwacht, ohne auf Handsteuerung umschalten zu können“, erläutert der ESA-Astronaut und leitende Berater des ATV-Programms, Jean-François Clervoy, die Herausforderung. „Das einzige, was sie machen können, ist gegebenenfalls ein automatisches Manöver zum Umfliegen der Station auszulösen.“

Die vielen Tests und Versuchsreihen sind nun nahezu abgeschlossen, so dass „Jules Verne“ voraussichtlich im Sommer 2007 zum Startplatz verschifft werden kann. Der Transport des ATV und des 400 Tonnen schweren Equipments für die letzten Bodentests – vom ESA-Testzentrum in den Niederlanden zum europäischen Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guyana – wird mit dem Ariane-5-Transportschiff Toucan zwei Wochen in Anspruch nehmen.

„Es ist ein großer Ansporn, wenn man sieht, dass die meisten Probleme, mit denen wir in den letzten Jahren zu kämpfen hatten, nun gelöst sind. Trotz der noch anstehenden Arbeit ist absehbar, dass wir das fertige Jules Verne in den nächsten Monaten nach Französisch-Guyana verschiffen können“, sagt ATV-Projektleiter John Ellwood von der ESA.

Mit dem ATV geht das schwerste und komplexeste Raumfahrzeug an den Start, das jemals in Europa entwickelt wurde. Außerdem stellen die strikten Sicherheitsbestimmungen für die bemannte Raumfahrt hohe Anforderungen an die Mission. Aus diesen Gründen dauern die Startvorbereitungen im Centre Spatial Guyanais (CSG) in Französisch-Guyana länger als üblich. Bis zum Start werden voraussichtlich fast vier Monate vergehen.

Endgültiger Starttermin

Inzwischen erfolgt in Europa von April bis Mitte des Jahres eine umfassende Überprüfung, an der sich auch die NASA und die Russen beteiligen. So soll sichergestellt werden, dass sowohl „Jules Verne“ als auch seine zugehörigen Bodeneinrichtungen sowie die ATV-Koordinierungs- und Steuerprozeduren den Jungfernflug des Raumtransporters zu einer Erfolgsstory machen.

Die Qualifizierung des ATV-Kontrollzentrums ist nahezu abgeschlossen, das Testprogramm zur Freigabe des Systems größtenteils durchgeführt. Das Programm zur Qualifizierung des normalen Betriebs wurde eingeleitet und verläuft nach Plan, so dass ein Start voraussichtlich ab Ende Juli dieses Jahres möglich ist.

Neben der Startbereitschaft von „Jules Verne“ und seines Kontrollzentrums gibt es zahlreiche externe Faktoren, die die möglichen Termine für eine Ankopplung des „Jules Verne“-Transporters an die ISS – und damit verbunden die Terminplanung für den Start – stark einschränken.

Ein wichtiger naturgegebener Faktor ist der Winkel, in dem die Sonne in der letzten Phase des Annäherungsmanövers zur Sichtlinie von ATV und ISS steht: Die Sonne muss so niedrig stehen, dass eine ausreichende Energieversorgung der ISS gewährleistet ist, und zugleich so hoch, dass sie die Annäherungs-Sensoren nicht blendet. Angesichts dieser Einschränkungen ergeben sich zwei Startfenster, eines im September und eines im November.

Betrachtet man zum einen die Verzögerungen, die sich für die Test-Teams in Russland und Europa durch unerwartete, inzwischen aber gelöste Probleme ergeben haben, und zum anderen die vielen externen Faktoren, die die möglichen Starttermine einschränken, so wird eines klar: Für das ATV „Jules Verne“ ergibt sich vor September keine Startgelegenheit und es ist durchaus möglich, dass der Start auch erst im November erfolgt. Abhängig ist dies von der neuen Flugplanung für den Space Shuttle und auch davon, welche Priorität dem ATV zur Versorgung der Raumstation mit bis zu sechs Tonnen Fracht eingeräumt wird.

Weitere limitierende Faktoren sind die Flüge anderer Raumfahrzeuge zur bzw. von der Internationalen Raumstation sowie die Verfügbarkeit der Andockvorrichtung, die üblicherweise durch ein russisches Progress-Versorgungsschiff belegt ist.

Zudem hat ein bedauerliches Unwetter die an sich schon komplizierte Ermittlung des „Jules Verne“-Starttermins zusätzlich durcheinander gebracht. Der kürzlich aufgetretene Hagelschaden am Außentank des Space Shuttle auf der Startplattform in Florida wird derzeit bewertet. Die NASA hat bereits angekündigt, dass sich durch den Schaden der Shuttle-Flugplan für den Herbst um einige Wochen verschiebt.

Die Führungskräfte der ESA sind mit den internationalen Partnern ständig im Gespräch, um dafür zu sorgen, dass „Jules Verne“ bald und unter bestmöglichen Sicherheitsbedingungen starten und somit die logistischen Kapazitäten demonstrieren kann, die Europa bereitstellt. Außerdem kann Europa auf diesem Weg seinen Anteil an den ISS-Betriebskosten und den Kosten für den Start des Columbus-Moduls begleichen und damit Geld in die europäische Industrie investieren, anstatt Zahlungen an die internationalen Partner zu leisten.