Ankopplung (Raumfahrt)

Als Ankopplung (engl. Docking) wird in der Raumfahrt die Verbindung zweier Raumschiffe oder Module während eines Weltraum-Rendezvous bezeichnet, die sich dazu auf einer fast identischen Bahn befinden müssen. Eine spätere Lösung der Verbindung heißt Abkopplung.

Der Zweck der Ankopplung kann ein rein technischer sein (gemeinsame Stromversorgung, Datenaustausch usw.) oder (in der bemannten Raumfahrt), um der Besatzung den Überstieg in ein anderes Modul oder in eine Raumstation zu ermöglichen. Die bisher benutzten Module, zum Beispiel die Module der Raumstation Mir dienten unter anderem zur Himmels- und Erdbeobachtung und für biologische, technische oder physikalische Experimente.

Für den Überstieg einer Mannschaft muss der Verbindungskanal völlig luftdicht sein und eine lichte Weite von mindestens 70 cm aufweisen, bekleidet mit einem Raumanzug etwa 100 cm. Nach den Starts zum Besatzungswechsel auf der Internationalen Raumstation erfolgt die Ankopplung meist innerhalb von zwei Tagen.

Damit zwei Raumfahrzeuge aneinander koppeln können, müssen ihre Umlaufbahnen nahezu identisch sein und ihre gegenseitige Geschwindigkeit ein technisch vorgegebenes Limit unterschreiten, das bei empfindlichen Modulen im Bereich einiger Zentimeter pro Sekunde liegt (und dies bei Bahngeschwindigkeiten zwischen 7 und 8 km/s). Die Annäherung der beiden Bahnen erfolgt in der Regel schrittweise, da die einzelnen hierzu nötigen Bahnmanöver nicht mit letzter Genauigkeit möglich sind; dazwischen sind genaue Bahnbestimmungen durch terrestrischer Bodenstationen erforderlich.

Erst in der letzten Annäherungsphase - sobald Sichtkontakt besteht und die Distanzen unter einigen Kilometern liegen - ist eine direkte Ansteuerung durch die Raumfahrer möglich und sinnvoll. Russische Raumflugkörper koppeln üblicherweise vollautomatisch.

Die erste Ankopplung der Raumfahrt erfolgte am 16. März 1966 durch Gemini 8, gesteuert durch Neil Armstrong und David Scott. Kopplungspartner war das Gemini Agena Target Vehicle, ein unbemannter Zielsatellit.

Die erste automatische Ankopplung wurde von zwei unbemannten Sojus-Raumschiffen durchgeführt: Kosmos 186 und 188 koppelten am 30. Oktober 1967.

Im Juni 1997 führte ein fehlgeschlagenes Ankoppelungsmanöver eines Progress-Raumschiffs mit der Raumstation Mir zur Kollision mit dem Spektr-Modul der Raumstation, welches dabei schwer beschädigt wurde. Dabei war das Leben der damaligen Mir-Besatzung ernsthaft in Gefahr.

Der russische Ingenieur Wladimir Siromjatnikow^[1] gilt als Übervater der russischen Dockingmodule.

Dockingsystem der Sojus

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  Kopplungssystem des 7K-OK: rechts der aktive und links der passive Part

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  Kopplungssystem seit 7K-T: rechts der aktive und links der passive Part, bis heute im Einsatz

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  Systemskizze APAS-75 von Sojus 7K-TM

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  Das androgyne Kopplungssystem APAS-89 von Buran, für das Space Shuttle zu APAS-95 weiterentwickelt

Dockingsystem der Apollo

Konzeptionell ähnlich dem System der Sojus bestand das Dockingsystem des Apollo-Raumfahrzeuges aus einem aktiven Teil am Command Module und einem passiven Teil an der Mondlandefähre (bzw. am MDA im Falle von Skylab.) Die Sonde des aktiven Teils wurde, durch eines der beiden Raumschiffe gesteuert, in den Kegel des passiven Teils eingeführt und durch ein Federsystem herangezogen. Am Außendurchmesser rasteten daraufhin zwölf krallenartige Riegel ein und verbanden die Fahrzeuge fest miteinander. Sonde und Kegel mussten anschließend manuell entfernt und gelagert werden. Die Verbindung war einerseits elektrisch durch Entriegelung der Riegel, andererseits pyrotechnisch durch Absprengen der gesamten Dockinghardware (die dann auf der passiven Seite verblieb) trennbar.

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  Passiver Teil

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  Aktiver Teil von Apollo

Ankopplung an der ISS

APAS

Das russische „Androgynous Peripheral Attach System“ (APAS)^[2] basiert auf den Erfahrungen aus dem Apollo-Sojus-Test-Projekt. Es wird, in den untereinander kompatiblen Versionen APAS-89 und APAS-95, für die Verbindung des russischen Teils mit dem amerikanischen Teil der ISS eingesetzt. Außerdem kommt es zum Andocken von Zubringerfahrzeugen an den Pressurized Mating Adaptern zum Einsatz. Für die Verbindung der einzelnen Module des russischen Teils der ISS wird das von Sojus verwendete System, sowie eine im Durchmesser vergrößerte Version verwendet.^[3]

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  APAS-95 im aktiven Betriebsmodus am Space Shuttle

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  APAS-95 im passiven Betriebsmodus an PMA-2

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  Passiver Kopplungsadapter des Sojustyps an Pirs

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  Aktiver Kopplungsadapter an dem russischen Raumfrachter Progress

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  Pirs-Modul kurz vor dem Andocken an die ISS. Man sieht den aktiven Kopplungsstutzen in der größeren Version, mit dem das Modul an der Station koppelt

CBM

Der amerikanische „Common Berthing Mechanism“ (CBM) ist mit 127 cm Durchmesser auch für große Frachtstücke geeignet. Er verbindet die amerikanischen Teile der ISS und wird zum Andocken mit dem Multi-Purpose Logistics Module, sowie mit dem japanischen HTV-Versorgungsraumschiff verwendet.

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  MPLM, Shuttle-Frachtmodul

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  HTV, japanisches Versorgungsmodul

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  PMA-1, die russisch-amerikanische Verbindungsstelle der ISS

LIDS

Das amerikanische Low Impact Docking System (LIDS), andere Bezeichnungen NASA Docking System (NDS) und international Low Impact Docking System (iLIDS), war für die Ankoppelung des ursprünglich geplanten und mittlerweile eingestellten X-38 Crew Return Vehicle vorgesehen. Es stellt die nächste Generation des APAS Kopplungadapters dar.^[3] Ein künftiges Multi-Purpose Crew Vehicle auf Basis des Orion-Raumschiffes soll ebenfalls mit diesem Adapter versehen an der ISS andocken können. Durch Inkompatibilitäten zwischen APAS und LIDS sollen die Kopplungsadapter PMA-2 und PMA-3 der ISS hierzu mit Adaptern ausgerüstet werden.^[4]

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  Low-Impact Docking System

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  PMA-2 und PMA-3 mit Adapterringen

Siehe auch

• Zur Theorie der Bahnübergänge siehe Himmelsmechanik und Übergangsbahn.

Literatur

• Albert Ducrocq, Sieg über den Raum, rororo 1961
• W. Giese, Raumfahrttechnik, Bibliografisches Institut
• R. Wallisfurth, Rußlands Weg zum Mond. Econ-Verlag, Wien-Düsseldorf 1964

Weblinks

•  Commons: Dockingsysteme – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
• Handbook Automated Rendezvous and Docking of Spacecraft (englisch) von Wigbert Fehse

Quellen

1. ↑ http://www.spectrum.ieee.org/apr06/3222
2. ↑ http://suzymchale.com/kosmonavtka/issdock.html
3. ↑ ^{a b} ISS Interface Mechanisms and their Heritage. NASA, abgerufen am 4. November 2011 (englisch). 
4. ↑ NDS Configuration and RequirementsChanges since Nov 2010. NASA, 14. Juni 2010, abgerufen am 7. November 2011.