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Raumstationen: Systeme und Nutzung

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Main Authors:	Messerschmid, Ernst 1945- (Author), Bertrand, Reinhold 1964- (Author), Pohlemann, Frank (Author)
Format:	Book
Language:	German
Published:	Berlin [u.a.] Springer 1997
Subjects:	Space stations Raumstation
Online Access:	Inhaltsverzeichnis
Item Description:	Literaturverz. S. 503 - 518
Physical Description:	XV, 542 S. Ill., graph. Darst.
ISBN:	354060992X

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adam_text	ERNST MESSERSCHMID REINHOLD BERTRAND FRANK POHLEMANN RAUMSTATIONEN SYSTEME UND NUTZUNG SPRINGER INHALTSVERZEICHNIS 1 EINFUEHRUNG ............................................... 1 2 GESCHICHTE UND AKTUELLE ENTWICKLUNG ......................... 7 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 VISIONEN. KONZEPTE UND ERSTE ENTWUERFE VON RAUMSTATIONEN CHRONOLOGIE AMERIKANISCHER RAUMSTATIONS-STUDIEN (1957 . 1985) UND SKYLAB ........................................... 11 DIE RUSSISCHEN RAUMSTATIONEN SALYUT UND MIR BIS 1994 ........ 26 DAS EUROPAEISCHE RAUMLABOR SPACELAB UND DAS AMERIKANISCHE MODUL SPACEHAB ...................................... 31 2.4. I DAS EUROPAEISCHE SPACELAB-PROGRAMM .............. 31 2.4.2 DAS AMERIKANISCHE SPACEHAB-MODUL ............... 40 VON DER MIR-STATION ZUR INTERNATIONALEN RAUMSTATION (1994-2003) .......................................... 41 2.5.1 WEITERER AUSBAU UND NUTZUNG DER MIR-STATION, PHASE 1 (1994 - 1997) ........................... 43 2.5.2 BEGINN DES AUFBAUS DER INTERNATIONALEN RAUMSTATION, PHASE 2 (I997 - 1999) ........................... 45 2.5.3 NUTZUNG DER INTERNATIONALEN RAUMSTATION UND WEITERER AUSBAU, PHASE 3 (1999 - 2002) .................... 48 2.5.4 ALLGEMEINE BESCHREIBUNG DER INTERNATIONALEN RAUMSTATION .................................. 50 (1865- 1957) ......................................... 7 RAUMSTATIONEN IM VERGLEICH ............................. 55 3 UMWELT .................................................. 59 3.1 GRAVITATIONSFELD ....................................... 59 3.1.1 GRAVITATIONSFELD IN GROESSEREM ABSTAND VON EINEM ZENTRALKOERPER ................................. 60 VIII INHALTSVERZEICHNIS 3.1.2 GRAVITATIONSFELD IN DER NAEHE EINES ZENTRALKOERPERS ..... 61 3.2.1 DAS MAGNETFELD DER ERDE ........................ 63 3.2.2 DAS MAGNETFELD DER SONNE ....................... 67 RADIOAKTIVE STRAHLUNG .................................. 68 3.3.1 GRUNDBEGRIFFE ................................. 68 3.3.2 TEILCHENSOLAREN URSPRUNGS: SONNENWIND ............ 70 3.3.3 TEILCHENSOLAREN URSPRUNGS: SOLAR FLARES ............ 70 3.3.4 TEILCHENGALAKTISCHEN URSPRUNGS ................... 71 3.3.5 STRAHLUNGSGUERTEL IM ERDMAGNETFELD ................ 71 AUF DEN ORGANISMUS ............................ 74 3.3.7 SCHUTZMASSNAHMEN ............................. 76 ELEKTROMAGNETISCHE STRAHLUNG ............................ 79 3.4.1 GALAKTISCHES RADIOFREQUENZ-RAUSCHEN ............. 80 3.4.2 SOLARE STRAHLUNG ............................... 80 3.4.3 SOLARER STRAHLUNGSDRUCK ......................... 82 3.4.4 ALBEDOSTRAHLUNG ............................... 82 3.4.5 THERMALSTRAHLUNG .............................. 82 NATUERLICHE UND ANDERE STRAHLUNGSQUELLEN ................... 83 3.6.1 AUFBAU ...................................... 84 3.6.2 ATOMARER SAUERSTOFF ............................ 89 3.7.1 IONOSPHAERENMODELLE ............................ 91 3.7.2 VARIATIONEN IN DER IONOSPHAERE ..................... 92 3.7.3 VERHALTEN VON RADIOWELLEN IN DER IONOSPHAERE ......... 93 3.8.1 METEOROIDEN .................................. 94 3.8.2 SPORADISCHER FLUSS .............................. 95 3.8.3 METEOROIDENSCHAUER ............................ 96 3.8.4 SPACEDEBRIS .................................. 97 3.8.5 AUFTRETEN VON SPACE DEBRIS ...................... 97 SPACE DEBRIS ................................. 100 FUER RAUMSTATIONEN ............................. 102 MAGNETFELD ........................................... 63 3.3.6 AUSWIRKUNGEN DER STRAHLUNG AUF MATERIALIEN UND ATMOSPHAERE .......................................... 84 IONOSPHAERE ........................................... 91 ......................................... FESTE MATERIE 94 3.8.6 3.8.7 ZEITLICHE ENTWICKLUNG DER GEFAHREN DURCH SCHUTZ VOR SPACE DEBRIS UND IMPLIKATIONEN INDUZIERTE UMGEBUNG - KONTAMINATIONEN .................. 105 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4 DAS LEBENSERHALTUNGSSYSTEM ............................... 109 4.1 DAS LEBENSERHALTUNGSSYSTEM ALS UMWELTSCHUETZER DES MENSCHEN ........................................ 109 4.1.1 PHYSIOLOGISCHE RANDBEDINGUNGEN ................. 110 4.1.2 METABOLISCHE RANDBEDINGUNGEN ................... 112 4.1.3 WEITERE RANDBEDINGUNGEN ....................... 113 AUFGABEN DES LEBENSERHALTUNGSSYSTEMES ................... 114 4.2.1 UEBERSICHT UND KLASSIFIZIERUNG .................... 114 4.2.2 LUFTMANAGEMENT ............................... 115 4.2.3 WASSERMANAGEMENT ........................... 130 4.2.4 ABFALLMANAGEMENT ............................ 138 4.2.5 NAHRUNGSVERSORGUNG ........................... 139 4.2.6 CREWSICHERHEIT ............................... 140 4.3 AUSBLICK AUF BIOREGENERATIVE LEBENSERHALTUNGSSYSTEME ....... 141 4.4 ZUSAMMENFASSUNG .................................... 146 4.2 5 ENERGIESYSTEM ........................................... 149 5.1 ENERGIEVERSORGUNG .................................... 149 5.1.1 BESONDERHEITEN DER RAUMSTATIONEN ............... 150 5.1.2 ENERGIEQUELLEN UND SPEICHERSYSTEME .............. 152 5.2.1 PHOTOVOLTAISCHE SOLARGENERATOREN ................. 157 5.2.2 SOLARDYNAMISCHE GENERATOREN ................... 167 SOLARER ENERGIEVERSORGUNGSSYSTEME ............... 170 5.2.4 VERGLEICH PHOTOVOLTAIK - SOLARDYNAMIK ............ 174 5.2.5 ENERGIEVERTEILUNG UND AUFBEREITUNG ............... 177 5.3 GESAMTSYSTEM - BEISPIELE .............................. 180 5.2 TECHNOLOGIE ......................................... 157 5.2.3 EINFLUSS DER SCHATTENPHASE AUF DIE AUSLEGUNG 6 DAS LAGE- UND BAHNREGELUNGSSYSTEM ........................ 185 6.1 ZUM LAGE- UND BAHNREGELUNGSPROBLEM ................... 185 6.2 STOEREINFLUESSE ........................................ 187 6.2.1 AERODYNAMISCHE VERZOEGERUNG ................... 188 6.2.2 AERODYNAMISCHES MOMENT ...................... 191 6.2.3 GRAVITATIONSGRADIENT ........................... 6.2.4 BETRIEBSBEDINGTE EINFLUESSE ...................... 6.3 FLUGSTRATEGIEN ........................................ 6.3.1 STRATEGIEN ZUR LAGEREGELUNG ..................... 6.3.2 BAHNREGELUNGSSTRATEGIEN ........................ 6.4 ANTRIEBSTECHNOLOGIEN .................................. 6.4.1 SCHUBERZEUGUNG .............................. 6.4.2 STELLMOMENTERZEUGUNG ......................... 6.4.3 SENSORIK .................................... 6.5 GESAMTSYSTEM ....................................... 191 194 195 195 202 209 209 213 217 218 7 NUTZUNG ................................................ 221 7 . I UMGEBUNGSBEDINGUNGEN UND NUTZUNGSDISZIPLINEN ........... 221 7.1.1 SCHWERELOSIGKEIT UND MIKROGRAVITATION ............ 222 7.1.2 VAKUUM ..................................... 225 7.1.3 WELTRAUMSTRAHLUNG ............................ 226 7.1.4 UEBERBLICK UEBER DIE NUTZERDISZIPLINEN .............. 227 7.1.5 WELTRAUMWISSENSCHAFTEN ....................... 228 7.1.6 BEOBACHTUNGSPLATTFORM FUER DIE ERDE UND ATMOSPHAERE . 228 7.1.7 INGENIEURWISSENSCHAFTEN UND TECHNOLOGIE IM WELTRAUM .................................. 229 PHYSIK UND MATERIALFORSCHUNG ............................ 229 7.2.1 ERZIELTE RESULTATE UND GEBIETE FUER WEITERE FORSCHUNGEN 229 7.2.2 ZUSAMMENFASSUNG DER AUSSICHTEN FUER DIE INTERNATIONALE RAUMSTATION ....................... 242 7.3 BIOWISSENSCHAFTEN ..................................... 243 7.3.1 ERZIELTE RESULTATE UND GEBIETE FUER WEITERE FORSCHUNGEN 243 7.3.2 SCHWERPUNKTE WEITERER FORSCHUNG IN DEN BIOWISSENSCHAFTEN ............................ 252 7.2 7.4 WELTRAUMWISSENSCHAFTEN ............................... 256 7.4.1 TYPISCHE DISZIPLINEN DER WELTRAUMWISSENSCHAFTEN ... 256 7.4.2 WAS BIETET DIE INTERNATIONALE RAUMSTATION FUER DIE WELTRAUMWISSENSCHAFTEN? ................. 257 7.5 ERDBEOBACHTUNG ...................................... 259 7.6 INGENIEURWISSENSCHAFTEN UND TECHNOLOGIEENTWICKLUNG ........ 262 7.6.1 VALIDIERUNG NEUER TECHNOLOGIEN .................. 263 7.6.2 BEISPIELE FUER DIE ENTWICKLUNG VON SYSTEMEN UND KOMPONENTEN ............................. 264 7.7 AUSBLICK AUF INDUSTRIELLE UND KOMMERZIELLE ANWENDUNGEN .... 266 7.7.1 POTENTIELLE ANWENDUNGSGEBIETE .................. 267 7.7.3 BIOTECHNOLOGIE UND MEDIZIN ..................... 268 7.8 KRISTALLZUECHTUNG ...................................... 271 7.8.1 ALLGEMEINE ASPEKTE ZUR KRISTALLZUECHTUNG .......... 271 UNTER MIKROGRAVITATIONSBEDINGUNGEN .............. 275 SUBSTANZEN IM SCHWERELOSEN RAUM ............... 279 SUBSTANZEN .................................. 287 7.7.2 FLUESSIGKEITS- UND MATERIALWISSENSCHAFTEN .......... 267 7.7.4 ZUSAMMENFASSUNG DER INDUSTRIELLEN ANWENDUNGEN ... 269 7.8.2 KRISTALLZUECHTUNG ANORGANISCHER VERBINDUNGEN UND MATERIALWISSENSCHAFTLICHE UNTERSUCHUNGEN 7.8.3 KRISTALLZUECHTUNG MAKROMOLEKULARER BIOLOGISCHER 7.8.4 BEDEUTUNG DER KRISTALLZUECHTUNG BIOLOGISCHER MIKROGRAVITATION ......................................... 291 8.1 MIKROGRAVITATION ALS STANDORTVORTEIL ...................... 292 8.2 WEGE IN DIE MIKROGRAVITATION ........................... 294 8.2.1 FALLTURM ..................................... 294 8.2.2 PARABELFLUEGE ................................. 295 8.2.3 BALLISTISCHE RAKETEN ........................... 296 8.2.4 RAUMKAPSELN ................................ 297 8.2.5 MITFLUGGELEGENHEITEN .......................... 298 8.2.6 SPAS ....................................... 299 8.2.8 SPACELAB .................................... 301 8.2.9 RAUMSTATIONEN ............................... 301 8.2.10 VERGLEICH DER FLUGMOEGLICHKEITEN ................. 302 8.3 STOERBESCHLEUNIGUNGEN IN RAUMSTATIONEN ................... 304 8.3.1 LUFTWIDERSTAND ............................... 305 8.3.2 GEZEITENKRAEFTE ................................ 307 8.3.3 G-JITTER ...................................... 8.3.4 SOLARER STRAHLUNGSDRUCK ........................ 316 8.4 STOERUNGSKOMPENSATION UND LEVITATION .................... 316 8.2.7 EURECA ................................... 300 311 SYSTEMENTWURF ........................................... 321 9.1 DER LEBENSZYKLUS EINES RAUMFAHRTPROJEKTS ................ 9.2 DAS ENTWURFSPROBLEM ................................. 9.3 METHODEN UND WERKZEUGE FUER DEN VORENTWURF .............. 9.3.1 METHODIK FUER DEN VORENTWURF .................... 9.3.2 ENTWURFSWERKZEUGE ........................... 9.4 RAUMSTATIONSARCHITEKTUREN .............................. KONZEPTE DER CONCEPT DEVELOPMENT GROUP UND FREEDOM ............................... 9.4.3 COLUMBUS FREE FLYING LABORATORY ................ 9.4.4 DIE INTERNATIONALE RAUMSTATION .................. 9.4.1 9.4.2 DIE MIR KONFIGURATION ......................... 9.5 DRUCKMODULKONFIGURATIONEN ............................ SYNERGISMEN ............................................. 10.1 BEGRIFFE ............................................ 10.2 KOPPLUNG VON SUBSYSTEMEN ............................ 10.3 SYSTEMBILANZEN ...................................... 10.4 BEISPIELE SYNERGETISCHER KOPPLUNGEN ..................... 10.4.1 UNVERNETZTES SYSTEM .......................... 10.4.2 REGENERATIVE BRENNSTOFFZELLE ZUR ENERGIESPEICHERUNG . 10.4.3 REGENERATIVE BRENNSTOFFZELLE ZUR SCHADSTOFFILTERUNG . . 10.4.4 ELEKTROLYTISCH AUFBEREITETE TREIBSTOFFE ............. 10.5 SICHERHEIT UND ZUVERLAESSIGKEIT ........................... 10.6 ZUSAMMENFASSUNG .................................... HUMAN FACTORS .......................................... 11.1 BEGRIFFE UND HISTORISCHE ENTWICKLUNG ..................... 1 1.2 DER MENSCH IM WELTRAUM .............................. 1 1.3 HUMAN FACTORS ENGINEERING ............................ 1 1.3.1 ORGANISATION UND EINBETTUNG .................... 11.3.3 HILFSMITTEL DES HUMAN FACTOR ENGINEERING ......... 11.3.2 METHODEN DES HUMAN FACTOR ENGINEERING: ......... 321 327 330 331 345 350 351 354 355 356 359 363 363 365 366 367 369 313 376 380 382 383 385 385 388 390 391 392 396 11.4 GESTALTUNG EINER ARBEITSKONSOLE ......................... 400 11.5 HABITABILITY UND CREW PERFORMANCE ...................... 407 BETRIEB UND WARTUNG ...................................... 411 12.1 LOGISTIK ............................................. 411 12.1.2 TRAEGERSYSTEME UND TRANSPORTLEISTUNGEN ............. 415 12.1.3 DAS AUTOMATE D TRANSFER VEHICLE (ATV) ............ 416 12.1.1 TRANSPORTBEDARF ................................ 412 12.1.4 TRANSPORTSZENARIO .............................. 419 12.1.5 RUECKKEHRKAPSELN ............................... 421 12.2.1 DATENMANAGEMENTSYSTEM ........................ 424 12.2.3 VERTEILTE DATENSYSTEME .......................... 429 AUSLEGUNG DER FUNKSYSTEME ...................... 432 12.2.7 DAS TDRS-SYSTEM ............................. 442 12.2 DATEN- UND KOMMUNIKATIONSSYSTEME ...................... 424 UEBERTRAGUNGSSTRECKEN ZU DEN RAUMSTATIONEN ......... 426 12.2.2 12.2.4 12.2.5 ANTENNEN ..................................... 436 12.2.6 MODULATION UND CODIERUNG .............. 12.2.8 DATEN- UND KOMMUNIKATIONSSYSTEME FUER DIE INTERNATIONALE RAUMSTATION ................. 445 12.3 AUTOMATISIERUNG UND WARTBARKEIT ..................... 12.3.1 12.3.2 NUTZLASTBETRIEB AUF RAUMSTATIONEN ................. 446 GESTALTUNG VON WARTBAREN UND REPARIERBAREN NUTZLASTEN .................................... 447 12.3.3 AUTOMATISIERUNG DES NUTZLASTBETRIEBES ............. 449 12.3.4 TEST UND VERIFIKATION ............................ 453 12.3.5 ZUSAMMENFASSUNG ............................. 454 12.4 TELESCIENCE ........................................... 454 12.4.1 CREWZEIT ALS KRITISCHE RESSOURCE .................. 455 12.4.2 TELEOPERATION UND TELEPRAESENZ .................... 457 DIE INTERNATIONALE RAUMSTATION ISS .......................... 459 13.1 STATIONS- UND MISSIONSELEMENTE .......................... 459 13.1.1 STATIONSMERKMALE .............................. 459 13.1.3 MISSIONSMERKMALE ............................. 463 13.1.2 STUFENWEISER AUFBAU DER INTERNATIONALEN RAUMSTATION . 462 13.2 NUTZLASTEN FUER DIE DRUCKGEREGELTEN STATIONSTEILE ............. 465 13.2.1 DIE AMERIKANISCHEN LABORMODULE ................ 465 13.2.2 COLUMBUS ORBITAL FACILITY (COF) ................. 467 13.2.3 JAPANESE EXPERIMENT MODULE (JEM) .............. 470 13.2.4 DIE RUSSISCHEN LABORMODULE .................... 470 471 13.3 ANBRINGUNGSMOEGLICHKEITEN FUER EXTERNE NUTZLASTEN ........... 13.3.1 DIE AMERIKANISCHE GITTERSTRUKTUR (INTEGRATED TRUSS ASSEMBLY ITA) ................. 471 13.3.2 DIE JAPANISCHE EM EXPOSED FACILITY (JEM-EF) ..... 473 13.3.3 DIE RUSSISCHEN BEFESTIGUNGSMOEGLICHKEITEN FUER EXTERNE NUTZLASTEN .......................... 473 13.3.4 DIE DIVERSEN ROBOTERSYSTEME FUER DEN ISS-AUSSENBEREICH ............................. 473 13.4 TRANSPORTSYSTEME UND LOGISTIKCONTAINER ................... 476 13.5 NUTZLASTEN UND DEREN AUSWAHL .......................... 479 13.5.1 TYPISCHE NUTZLASTEN: EXPERIMENTIEREINRICHTUNGEN UND EXPERIMENTE ....... 479 13.5.2 AUSWAHL DER MEHRFACHNUTZEREINRICHTUNGEN ......... 480 13.5.3 ZUGANGFUERKOMMERZIELLE NUTZER .................. 483 13.5.4 NUTZUNGSPLANUNG ............................. 484 13.5.5 INTERNATIONALE KOORDINIERUNG DER RAUMSTATIONSNUTZUNG 486 13.5.6 VOM KONZEPTENTWURF ZUR QUALIFIKATION ............ 488 13.5.7 ENTWICKLUNGSUNTERSTUETZUNG ...................... 489 13.5.8 DIE NUTZERUNTERSTUETZUNGS- UND BETRIEBSZENTREN ...... 491 13.5.9 VON DER UEBERPRUEFUNG AM BODENBISZUM START ........ 492 13.5.10 EXPERIMENTDURCHFUEHRUNG: VON DER INSTALLIERUNG DER EXPERIMENTE AUF DER STATION BIS ZUR RUECKFUEHRUNG DER ERGEBNISSE AUF DIE ERDE ..................... 493 13.6 EUROPAEISCHE VORBEREITUNGEN ZUR ISS-NUTZUNG .............. 495 13.6.1 13.6.2 13.6.3 13.6.4 13.6.5 13.6.6 GEGENWAERTIGE EUROPAEISCHE PLAENE ZUR NUTZUNG DER INTERNATIONALEN RAUMSTATION .................. 495 EUROPAEISCHE NUTZUNGSPLAENE FUER DIE FRUEHE NUTZUNGSPHASE ............................... 496 EUROPAEISCHE NUTZUNGSPLAENE FUER DIE ANFANGSNUTZUNGSPHASE ......................... 497 AUSBLICK AUF DIE EUROPAEISCHEN PLAENE FUER DIE ROUTINENUTZUNGSPHASE .................... 499 NUTZUNGSFOERDERUNG ............................ 500 VORBEREITUNG KUENFTIGER NUTZLASTEN ................ 501 14 LITERATUR ................................................ 503 PHYSIKALISCHE KONSTANTEN ....................................... 519 GLOSSAR ....................................................... 521 SACHVERZEICHNIS ................................................
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