Raumfahrt: Der traditionelle Weg zur Internationalen Raumstation

Mit Alexander Gerst wird erstmals ein deutscher Astronaut das Kommando über eine Mission der Internationalen Raumstation (ISS) übernehmen. Zunächst muss er dort aber ankommen.

6. Juni 2018 um 17:52 Uhr / Ein Bericht von Frank Wunderlich-Pfeiffer

Die Crew der ISS Mission 58 vor dem Start Bild: ESA

Nachdem sie an der Mauer des Kremls rote Nelken niedergelegt hatten, um Juri Gagarin und den vier Toten Raumfahrern von Sojus-1 und Sojus-11 zu gedenken, nachdem sie sich in das Gästebuch in Gagarins ehemaligem Büro eingetragen hatten, nachdem sie im Kosmonautenhotel von Baikonur gewohnt und im Park hinter dem Hotel einen Baum gepflanzt, der Flaggenzeremonie am Hotel beigewohnt und das Kosmonautenmuseum besucht hatten, nachdem sie nicht gesehen hatten, wie die Rakete zur Startplattform gefahren und aufgerichtet wurde (das bringt Pech), aber Münzen auf die Gleise gelegt hatten, die dabei platt gefahren wurden (das bringt Glück), nachdem sie beim Frisör gewesen waren, in der Nacht vor dem Start den Film Die weiße Sonne der Wüste von 1969 gesehen, am Morgen dann im Hotelzimmer an einem Glas Champagner genippt und an der Tür unterschrieben hatten, nachdem sie und die Rakete von einem russisch-orthodoxen Priester gesegnet worden waren und nachdem die Männer der Crew an den linken Hinterreifen des Busses, in dem sie zur Rakete gefahren wurden, gepinkelt hatten, stiegen die Mitglieder der Besatzung der Expedition 58 in das Sojus-Raumschiff ein.

Start der Horizons-Rakete mit Alexander Gerst (ESA) (06:08)

Flüge in den Weltraum werden von einer langen Reihe immer gleicher Rituale begleitet - in Russland genauso wie in den USA. International wäre der 201. Flug zur Internationalen Raumstation mit der Crew für die Expedition 58 an Bord kaum beachtet worden. Aber erstmals wurden externe Kameras an der Sojus-Rakete und dem Raumschiff montiert, die bisher noch nie gesehene Bilder vom Flug lieferten, weshalb dem Flug auch in Zukunft eine Sonderstellung sicher sein wird. In Deutschland richtete sich die Aufmerksamkeit vor allem auf den deutschen Astronauten Alexander Gerst , der als erfahrenstes Mitglied der Kommandant der ISS-Mission sein wird.

Bose-Einstein-Kondensate sollen besser erforscht werden

Mit an Bord der Mission Sojus MS-09 befindet sich die studierte Medizinerin Serena Maria Auñón-Chancellor. Die kubanisch-amerikanische Astronautin war für die Nasa bereits bei der Spaceshuttle-Mission STS-127 und der anschließenden ISS-Expedition 22 als stellvertretende Medizinerin am Boden. Sie war auch Teil eines Unterwasserprogramms zur Vorbereitung von Weltraummissionen vor der Küste Floridas. Der Kommandant des Fluges mit dem Raumschiff ist der Russe Sergei Welerjewitsch Prokopjew aus der russischen Luftwaffe. Beide werden zum ersten Mal ins Weltall fliegen.

An Bord der ISS sind allein 35 Experiment des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) geplant. Eines der Experimente wurde bereits mit dem 200. Flug zur ISS an Bord eines Cygnus-Frachters geliefert. Es dient zur Untersuchung von Bose-Einstein-Kondensaten in Schwerelosigkeit. In Experimenten auf der Erde kann dieser exotische Zustand nur so lange aufrecht erhalten werden, bis das Kondensat auf den Boden fällt. Nachdem bereits Experimente mit Katapulten in Freifalltürmen und an Bord von Höhenforschungsraketen erfolgreich durchgeführt wurden, soll nun ein dauerhaftes Experiment an Bord der ISS stattfinden.

Zuvor muss aber die Crew zum Experiment gebracht werden. Während der Start der größtenteils mit flüssigem Sauerstoff beladenen Rakete kaum zehn Minuten dauert - das Kerosin macht weniger als ein Drittel des Treibstoffs aus -, wird der Flug zur Raumstation an Bord des Raumschiffs noch zwei Tage in Anspruch nehmen. Dabei können die Crewmitglieder die Rückkehrkapsel verlassen, in der sie gestartet sind, und sich ins Orbitalmodul begeben. Dieses Modul hat mit fünf Kubikmetern immerhin das doppelte freie Volumen der Rückkehrkapsel. Zusammen haben die beiden Module etwas mehr Volumen als der Innenraum eines VW T2 Bully .

Abbremsen, um vorwärts zu kommen: Der paradoxe Flug zur Raumstation

Zunächst fliegt das Raumschiff auf einem 242 x 200 Kilometer hohen Orbit, weit unterhalb des 402 x 407 Kilometer hohen Orbits der ISS, aber mit der gleichen Bahnneigung. Auf dem niedrigen Orbit kann das Raumschiff die Erde schneller umfliegen als die Raumstation. Dadurch nähert es sich der Raumstation an. Es folgen eine Reihe von zeitlich gut abgestimmten Manövern, die den Orbit zum richtigen Zeitpunkt anheben, so dass das Sojus-Raumschiff in der Nähe der ISS in den gleichen Orbit wie die ISS einschwenkt.

Die Annäherung an eine Raumstation ist damit etwa paradox. Im Erdorbit gelten für Raumschiffe die Gesetze der Schwerelosigkeit nicht, zumindest nicht für längere Zeit. Wenn ein Manöver mehr als ein paar Sekunden oder wenige Minuten in Anspruch nimmt, muss die Himmelmechanik beachtet werden. Immerhin fliegt das Raumschiff alle 90 Minuten im Kreis. Ein kurzes Manöver zur Beschleunigung in Flugrichtung wirkt zunächst wie gedacht. Aber 22,5 Minuten später, nach einem Viertel des Orbits, wirkt das gleiche Manöver wie eine Beschleunigung von der Erde weg nach oben. Nach 45 Minuten, auf der anderen Seite des Kreises, wirkt das Manöver eher wie ein Bremsmanöver mit Beschleunigung nach hinten.

Weniger Kopfschmerzen durch Himmelsmechanik

Um das Paradox aufzulösen, beziehen sich alle Manöver auf Orbitalparameter. Um sich der ISS in Flugrichtung von hinten anzunähern, muss das Raumschiff in einem niedrigeren Orbit fliegen, um die Fluggeschwindigkeit zu erhöhen. Dazu muss paradoxerweise das Raumschiff zunächst abgebremst werden, um den Orbit zu senken. Erst wenn die passende Position erreicht ist, wird wieder der Orbit der Raumstation angeflogen. Ein Zünden der Hecktriebwerke, um auf die ISS zu zu fliegen, würde zunächst funktionieren. Aber dabei wird der Orbit erhöht und das Raumschiff würde nicht nur über die Raumstation hinweg fliegen, sondern wegen der langsameren Fluggeschwindigkeit und dem längeren Orbit auch hinter die Raumstation zurückfallen.

Auch bei seitlichen Abweichungen im Orbit bleibt nichts so, wie es in der Schwerelosigkeit sein sollte. Es gibt keine zwei Orbits, die seitlich parallel nebeneinander verlaufen. Wie die Längengrade auf dem Globus werden sie sich immer an zwei Stellen überschneiden. Zu diesen Überschneidungen kommt es in einem 90-Minuten-Orbit alle 45 Minuten, einmal von links nach rechts und einmal umgekehrt. Raumschiff und Raumstation würden also von ganz allein aufeinander treffen. Besser ist es aber, diese Effekte zu vermeiden und die seitliche Bewegung des Raumschiffs in dem Moment abzubremsen, in dem es den Orbit der Raumstation kreuzt. So schwenkt das Raumschiff auf den gleichen Orbit wie die Raumstation ein.

Erst in der Endphase des Dockingmanövers können die normalen Gesetze der Schwerelosigkeit weitgehend angewendet werden. In den wenigen Minuten oder Sekunden der Annäherung sind die Abweichungen von der perfekten Flugbahn klein und lassen sich mit den Triebwerken ohne zu viel Treibstoffverbrauch ausgleichen. Davor ist es besser, sich von den physikalischen Gesetzen der Himmelsmechanik treiben zu lassen.

Auch nach der Landung dürfen die Rituale nicht fehlen

Der Rückflug ist weniger kompliziert. Nach einem halben Jahr an Bord der ISS verlassen die Astronauten die Raumstation wieder. Dann wird das Raumschiff abgebremst, bis die Flugbahn im passenden Winkel durch die Atmosphäre verläuft. Vor dem Wiedereintritt wird das Orbitalmodul vor der Wiedereintrittskapsel abgesprengt, genauso wie das Servicemodul, das sich mit Antrieb und Stromversorgung hinter der Kapsel befindet.

Nach der Landung werden die Astronauten dann traditionell mit einem frischen Apfel versorgt und auf einem fellbezogenen Sessel von der Kapsel in den Helikopter gebracht. Es folgt eine kasachische Willkommenszeremonie, bei der die Besatzung traditionelle kasachische Kleidung erhält, einen Blumenstrauß und eine Matrioschka mit den Gesichtern der Astronauten.