NASA/ESA Spacelab 1 als LEGO Nachbau und kostenlose Bauanleitung

LEGO Nachbau mit Bauanleitung zum Download: Eine weitere Nutzlast für das LEGO 10283 NASA Discovery Space Shuttle.

Bevor ich mein MOC im Detail vorstelle, starten wir mit den offiziellen Information zum Spacelab, entnommen der ESA-Seite. Im Rahmen des NASA Space Shuttle Programms -offiziell Space Transportation System (STS) genannt – wurden mit Hilfe des Space Shuttles unterschiedliche Nutzlasten ins All befördert beziehungsweise ausgesetzte Nutzlasten wieder geborgen und zur Erde zurückgebracht. Die Nutzlastbucht wurde aber auch dazu genutzt Module und/oder Strukturen fest zu montieren und während einer gesamten Mission Experimente durchzuführen. Das von der ESA entwickelte Spacelab System mit Druckmodulen, in denen Astronauten unter laborähnlichen Bedingungen Forschung betreiben konnten, und dem freien Weltraum ausgesetzten Paletten, war ein solches System.

Die Mission

Am 28. November 1983 um 11:00 Uhr Ortszeit startete die neunte Space-Shuttle-Mission vom Kennedy Space Center in Florida in den USA. Die sechs Astronauten der Spacelab 1-Mission, unter ihnen der deutsche und erste ESA-Astronaut Ulf Merbold, arbeiteten in zwei Teams in 12-Stunden-Schichten und gewährleisteten so einen durchgehenden Betrieb. Sie führten über 70 Experimente in den Bereichen Sonnenphysik, Weltraumplasmaphysik, Astronomie, Erdbeobachtung, Materialforschung sowie Technologie und Biowissenschaften durch. Nachdem der Space Shuttle Orbiter Columbia in knapp über 10 Tagen 166 Mal die Erde umkreist hatte, landete er wieder am 8. Dezember.

Noch vor der ersten Mondlandung unterbreitete die NASA 1969 der European Space Research Organisation (ESRO), der Vorgängerin der ESA, das Angebot, sich am US-Raumfahrtprogramm der Nach-Apollo-Ära zu beteiligen. Unter den Vorschlägen der NASA war auch das Spacelab. Kurz nachdem 1972 offiziell die Entscheidung der USA gefallen war, das Space Shuttle zu bauen, erklärten die Wissenschaftsminister auf der europäischen Weltraumkonferenz im Dezember des Jahres, das Raumfährenlabor zu entwickeln und zu bauen. Der endgültige Vertrag zwischen ESRO und NASA wurde im September 1973 geschlossen. Und im Juni des folgenden Jahres vergab die europäische Raumfahrtorganisation den Auftrag zum Bau des Spacelab an das von VFW-Fokker/ERNO geführte Firmenkonsortium. Europa war zuständig für die Finanzierung, die Planung und den Bau des Spacelab und hatte zugestimmt, das technische Modell, die erste Flugeinheit sowie das Bodengerät umsonst zu liefern. Im Gegenzug sollte die erste Mission gemeinsam durchgeführt werden.

Die ESA hatte zum Zeitpunkt der Entwicklung von Spacelab elf Mitgliedsstaaten: Belgien, Dänemark, Frankreich, Irland, Italien, die Niederlande, Spanien, Schweden, die Schweiz, das Vereinigte Königreich und Westdeutschland. Alle außer Schweden nahmen am Spacelab-Programm teil. Nach der Unterzeichnung des Spacelab-Vertrags im Jahr 1973 begann ERNO (später Teil von EADS Space Transportation) 1974 mit dem Bau der ersten Komponenten in Deutschland. Insgesamt 22 Spacelab-Missionen flogen bis zum Ende des Programms im Jahr 1998. Die von British Aerospace gebauten Paletten beförderten auch Nutzlasten auf Nicht-Spacelab-Flügen: Die erste flog 1981 auf der zweiten Shuttle-Mission und die letzte 2008.

Das europäische Spacelab war wie eine kleine wiederverwendbare Raumstation, die in den Frachtraum des Space Shuttles passen sollte. Anstelle einer einzelnen Hardware bestand es aus einer Reihe von Elementen, die gemischt wurden, um jedes Mal ein Labor für eine bestimmte Mission zu erstellen.

Druckmodul

Das Druckmodul wurde von Aeritalia, der heutigen Alenia, in Turin, Italien entwickelt. Es war aus einer speziellen Aluminiumlegierung gefertigt und setzte sich aus dem Kern- sowie dem Experimentensegment zusammen. Obwohl sämtliche Modulflüge mit dieser langen Version durchgeführt wurden, war es auch möglich, nur das aus dem Kernsegment bestehende kurze Modul zu verwenden (Länge 4,27 Meter).

Aufbau des Doppelmoduls

Das Long Module war 6,96 Meter lang und hatte einen äußeren Durchmesser von 4,12 Meter und eine Leermasse von 7,5 Tonnen (maximale Nutzlast 5,5 Tonnen). Es bot Platz für drei Wissenschaftsastronauten und war seitlich mit Stauschränken ausgestattet, in denen die Experimente untergebracht waren. In der Decke jedes Segmentes konnte bei Bedarf über eine 1,30 Meter breite Öffnung ein Fenster oder eine Luftschleuse eingebaut werden (diese Optionen wurden wegen Sicherheitsbedenken der NASA nie geflogen). Unter den Bodenplatten waren die Stromversorgung und Klimageräte untergebracht.

Die Zusammenstellung und Montage der verschiedenen Stauschränke erfolgte außerhalb des Moduls: War die Planung einer Mission abgeschlossen, wurden die benötigten Nutzlastschränke auf dem herausnehmbaren Boden des Druckmoduls installiert. Dieser „Payload Train“ wurde mit einem Simulator funktionell ausgetestet, in das Modul eingeschoben und dieses mit dem hinteren Konus verschlossen. Die Demontage nach dem Flug erfolgte in umgekehrter Reihenfolge. Insgesamt wurden – neben einem Hard Mock-Up, das heute im Deutschen Museum in München steht ein Ingenieurmodell (EM), das für Interfacetests an die NASA geliefert wurde – zwei flugtaugliche Druckmodule gebaut:

FU 1 (Flight Unit 1; Seriennummer MD001) wurde von der ESA bezahlt und im Austausch für Mitfluggelegenheiten europäischer Astronauten der NASA zur Verfügung gestellt; die FOP (Follow-On Production; Seriennummer MD002) wurde von der NASA gekauft. Hauptauftragnehmer des Spacelab war die Vorläuferin von EADS Space Transportation, die VFW-Fokker/ERNO in Bremen. Das Ingenieurmodell (EM) steht in einer Lagerhalle des NASA Ames Flight Research Center in der Nähe von San Francisco und kann nicht besichtigt werden.

Das erste gebaute Modul steht heute auf einem Gelände des Dulles International Airport nahe Washington (D.C.). Das Labor ist Teil des Steven F. Udvar-Hazy Center des National Air and Space Museum und ist direkt neben der Raumfähre Discovery aufgestellt. Das zweite Spacelab-Modul (MD002) wurde im April 1999 wieder offiziell der ESA übergeben und in seine „Heimatstadt“ gebracht und stand dann für zehn Jahre auf dem Flughafen Bremen in der „Bremenhalle“. Bevor es seinen endgültigen Standort erhielt, war das Spacelab das Hauptexponat der Stadt Bremen im Deutschen Pavillon im Sommer 2000 auf der Expo in Hannover. Seit 2010 steht das Spacelab-Modul in Gebäude 4c der Firma Airbus Space and Defence (ehemals: Astrium) in der Nähe des Bremer Flughafens. Es kann nur im Rahmen von Führungen durch die BTZ (Bremer Tourismus Zentrale) besichtigt werden.

Verbindungstunnel

Das Druckmodul konnte nicht direkt mit der Mannschaftskabine der Raumfähre verbunden werden, weil es nicht in den vorderen Teil des Frachtraums eingebaut werden durfte. Dies hätte den Schwerpunkt des Orbiters verschoben und er wäre buglastig geworden. Um den Astronauten einen ständigen Zugang zu gewährleisten wurde ein Verbindungstunnel verwendet. Dieser verband das Spacelab-Modul fest mit der Luftschleuse des Shuttles. Er konnte in zwei Längen eingesetzt werden (2,66 Meter und 5,75 Meter), hatte einen Innendurchmesser von 1,02 Meter und wurde von McDonnell Douglas in Kalifornien hergestellt.

Paletten

Für Instrumente und Experimente, die direkt dem Weltraum ausgesetzt werden sollten, wurden von British Aerospace Paletten entwickelt. Wie das Druckmodul waren sie fest in der Nutzlastbucht verankert. Auf ihnen konnten beispielsweise Versuchsaufbauten für das Forschen im Vakuum montiert werden, oder Teleskope, die so ein großes Blickfeld hatten. Die Paletten waren u-förmig, jeweils 2,87 Meter lang und maximal 4,35 Meter breit (oberer Innendurchmesser 3,95 Meter). Die Breite der Stellfläche sowie die Innenhöhe lagen bei jeweils 1,78 Meter. Eine Palette hatte eine Masse von 725 Kilogramm und konnte eine Zuladung von maximal 3100 Kilogramm aufnehmen.

IPS

Speziell für Teleskope und Radaranlagen hatte die Firma Dornier die IPS (Instrument Pointing System) genannte Nachführungseinheit entwickelt. Diese hatte die Aufgabe, die auf den Paletten installierten Geräte auf einen bestimmten Punkt (Stern) auszurichten und über einen längeren Zeitraum nachzuführen. Das IPS hatte eine Eigenmasse von 1180 Kilogramm, war 3-Achsen-stabilisiert und für Instrumente mit einer Masse von bis zu 7000 Kilogramm ausgelegt. Dabei lag die Ausrichtgenauigkeit bei 2,0 Bogensekunden und die Präzision der Nachführung bei 1,2 Bogensekunden. Insgesamt wurden zwei IPS gebaut. Seriennummer 1 steht im Steven F. Udvar-Hazy Center des National Air and Space Museum nahe Washington (D.C.). Die Seriennummer 2 befindet sich in der Ausstellung des Dornier-Museums in Friedrichshafen.

Iglu

Ein weiteres Spacelab-Element war das Iglu. Dabei handelte es sich um einen druckgeregelten Aluminiumbehälter, der vertikal an der Frontseite der vordersten Palette befestigt war. In ihm befanden sich die zum Betrieb der auf den Paletten montierten Experimente und die für den Freon-Kühlkreislauf notwendigen Teilsysteme. Das Iglu wurde immer dann eingesetzt, wenn eine Mission ausschließlich mit Paletten durchgeführt wurde. Andernfalls erfolgte die Versorgung über das Druckmodul. Das zylinderförmige Iglu hatte eine Höhe von 2,37 Metern, einen Durchmesser von 1,08 Meter und eine Leermasse von 250 Kilogramm. Bestückt mit der Elektronik, dem Kühlkreislauf und der Datenverarbeitung lag die Masse bei 625 Kilogramm.

Nutzung nach dem Space Shuttle Programm

Jedes Element war für eine Lebensdauer von zehn Jahren oder 50 Missionen (was immer zuerst eintritt) qualifiziert. Die NASA beobachtete sorgfältig jedes Element und stellte keinerlei Alterungen fest, sodass die meisten Elemente länger als zehn Jahre eingesetzt werden konnten. Speziell die Paletten (ohne Iglu) wurden bis zuletzt als Träger beim Transport von ISS-Teilen durch das Space Shuttle verwendet.

Viele Entwicklungen des Spacelab fliegen noch heute in Raumfahrtkomponenten hoch über der Erde mit, zum Beispiel der Druckmantel für die Module Harmony und Tranquility an der Internationalen Raumstation ISS. Die Außenstruktur des Spacelab wurde in Raumtransportern wie dem Automated Transfer Vehicle der ESA oder der kommerziellen Cygnus verbaut. Das europäische Raumlabor Columbus in der ISS ging ebenfalls aus dem Spacelab hervor. Die standardisierten Racks für die wissenschaftlichen Experimente, mit denen der Innenraum des Spacelab ausgestattet war, trugen entscheidend zu seinem Erfolg bei und wurden für alle Labormodule der ISS übernommen. Die europäischen Experimente und Labore in der ISS werden heute in derselben Art und Weise von internationalen Astronautenteams betrieben wie damals im Spacelab. Die feste ISS-Besatzung –heute mit europäischen Astronauten– gewährleistet den Betrieb und hält die wissenschaftliche Forschung am Laufen.

Spacelab-Nutzung aus deutscher Sicht

Spacelab D-1: Mit einer Rekordbesatzung von 8 Astronauten startete der Orbiter Challenger am 30.Oktober 1985 zur Mission STS-61A und brachte das Spacelab D-1 in eine Umlaufbahn. Nach einem siebentägigen Raumflug endete der Flug am 6.November 1985.

Das Missionsmanagement der unter Spacelab-D1 firmierenden Mission lag in den Händen der Deutschen Forschungs- und Versuchsanstalt für Luft- und Raumfahrt (DFVLR), dem heutigen Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), eine Premiere für die deutsche Institution. Gesteuert wurde die D1-Mission von dem nahe München gelegenen Kontrollzentrum Oberpfaffenhofen, dem German Space Operations Center (GSOC). Wubbo Ockels war nach dem Deutschen Ulf Merbold der zweite ESA-Astronaut, der in den Weltraum flog und zugleich der erste Niederländer im All.

Reinhard Furrer und Ernst Messerschmid sind – nach Sigmund Jähn und Ulf Merbold – der dritte und vierte deutsche Raumfahrer. Im Verlaufe des Fluges führte die Besatzung 75 Experimente aus den Bereichen Physiologie, Materialwissenschaften, Biologie und Navigation durch.

Spacelab D-2

Mit 7 Astronauten an Bord, darunter die deutschen Astronauten Ulrich Walter und Hans Schlegel, startete der Orbiter Columbia am 26.April 1993 zur Mission STS-55 und brachte das Spacelab D-2 in eine Umlaufbahn. Nach einem zehntägigen Raumflug endete der Flug am 6.Mai 1993.

Die D-2-Mission, wie sie allgemein genannt wurde, erweiterte das deutsche Mikrogravitationsforschungsprogramm, das von der D-1-Mission gestartet wurde. Das deutsche Luft- und Raumfahrtforschungsinstitut (DLR) war von der Deutschen Raumfahrtagentur (DARA) mit der Durchführung der zweiten Mission beauftragt worden. DLR, NASA, Europäische Weltraumorganisation (ESA) und Agenturen in Frankreich und Japan hat zum wissenschaftlichen Programm von D-2 beigetragen. Elf Nationen nahmen an den Experimenten teil.

Die Besatzung arbeitete in zwei Schichten rund um die Uhr, um Untersuchungen in den Bereichen Strömungsphysik, Materialwissenschaften, Biowissenschaften, Biowissenschaften, Technologie, Erdbeobachtungen, Atmosphärenphysik und Astronomie. Viele der Experimente haben die Forschung der D-1-Mission durch die Durchführung ähnlicher Tests vorangetrieben. Verwendung aktualisierter Verarbeitungshardware oder Implementierung von Methoden, die die technischen Fortschritte seit 1985 voll ausnutzen. Die D-2-Mission enthielt auch mehrere neue Experimente, die zuvor nicht auf der D-1-Mission geflogen wurden.

Die D-2-Mission führte 88 Experimente durch (vier wurden von der NASA gesponsert), um Biowissenschaften, Materialwissenschaften, Technologieanwendungen, Erdbeobachtungen, Astronomie und Atmosphärenphysik zu studieren.

Die Space Shuttle Mission STS-9/Spacelab 1 mit LEGO Steinen

Vorbemerkungen: Obwohl Spacelab 1 an Bord des Orbiters Columbia geflogen ist hat auch der Orbiter Discovery Spacelab Missionen geflogen [u.a. STS-42/IML-1 (International Microgravity Lab-1) -Ulf Merbold war hier Nutzlastspezialist-].

Das LEGO 10283 NASA Discovery Space Shuttle habe ich mir aktuell noch nicht gekauft. Um zu prüfen ob das Spacelab in die Nutzlastbucht passt habe ich die Discovery in studio nachgebildet. Ergebnis: um in der gesamten Nutzlastbucht einen durchgängigen Durchmesser zu haben mussten die beiden Nutzlastbuchttore und -wände modifiziert werden (Bild 1: gelb gekennzeichnet sind neue Steine und blau gekennzeichnet sind vorhandene Steine, die an anderen Stellen verwendet werden.) Aufgrund der sonstigen Plates und Tiles, die die Nutzlastbuchttore zusammen halten, gehe ich davon aus, dass diese trotz der Veränderung noch stabil genug sind.

Nachdem mein MOC zur NASA/ESA – Sonnensonde Ulysses fertig war, liebäugelte ich mit dem Spacelab als weitere Nutzlast des Space Shuttle.

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Dateien für den Nachbau des Modells

» Bauanleitung [PDF]: NASA ESA Spacelab 1 Änderungen an der Discovery Nutzlastbucht

» Bauanleitung [PDF]: NASA ESA Spacelab 1

» Bricklink [XML]: Teile-Liste Spacelab

» Hinweise [PDF]: Diese Steine sind nicht in der xml-Datei enthalten

» Bauanleitung [PDF]: NASA ESA Spacelab 1 Ständer

» Bricklink [XML]: Teile-Liste Stand

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Eure Meinung

Wie gefällt euch der Nachbau des NASA/ESA Spacelab 1? Hattet ihr von der kleinen Raumstation zuvor schon mal gehört? Und werdet ihr das Modell nachbauen? Äußert euch gerne in den Kommentaren.