Hintergrund-Info Constellation-Projekt, Ares-Raketen, Orion-Raumschiff

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Wie im Nachrichten-Thread Nachrichten zum Raumschiffprogramm Constellation / Orion / Ares angekündigt, hier mal ein etwas längerer Beitrag mit Hintergrund-Informationen zu den Projekten/Programmen, ihrem Umfang und derzeitigem Status.

Ich werde die jeweiligen Artikel im Laufe der nächsten Zeit noch ergänzen. Als weitere Ergänzung empfehle ich die entsprechenden NASA und Wikipedia-Seiten auf die dieser Überblick im wesentlichen aufbaut.

Alle Nachrichten zu den Projekten bitte weiterhin im Nachrichten-Thread, alle grundlegenden Fragen, Anmerkungen usw. zum Projekt selber dann ab sofort hier. Danke schön!
 
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Das Constellation Projekt

Das NASA-Projekt Constellation ist die Bezeichnung für das Gesamtprojekt, welches darauf abzielt, dass die NASA auch weiterhin sowohl bemannte und unbemannte Missionen im Erdorbit als auch Missionen zum Mond durchführen kann. Bestandteil dieser Aufgabe ist auch der Erwerb von grundlegenden Techniken und Fähigkeiten zur Errichtung einer dauerhaften Präsenz auf dem Mond und der Durchführung einer bemannten Mission zum Mars. Alle weitergehenden Entwicklungsschritte der zuletzt genannten Projekte sind aber Bestandteil eigener Sonder-Projekte, die aber bislang noch nicht zu speziellen Projekten zusammengefasst wurden, sondern derzeit im allgemeinen NASA-Projekt-Betrieb mitlaufen.

Das Projekt hat eine Reihe von wichtigen Unterprogrammen.

  • Die Trägerraketensysteme der ARES-Klasse,
  • die Earth Departure Stage,
  • das Orion Crew Module und
  • das Lunar Surface Access Module.

Die NASA-Projekt-Seite befindet sich hier:
http://www.nasa.gov/mission_pages/constellation/main/index.html

Auch wenn schon etwas überholt und über das Constellation-Projekt hinausgehend, doch sehr lesenswert http://www.nasa.gov/pdf/55583main_vision_space_exploration2.pdf

Das Projekt-Logo ist unten angefügt. [Ich suche gerade nach der Erläuterung zum Logo, kann sie aber gerade nicht finden.]
 
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Das ARES-Programm

Das ARES-Programm befasst sich mit der Familie oder Klasse der verschiedenen Trägerraketen, die im Rahmen des Constellation Projekts zum Einsatz kommen sollen.

Obwohl eine ganze Reihe von Entwürfen entwicklet wurden, konzentriert sich die NASA nun auf drei Trägerraketen-Systeme, die als Ares I, Ares IV und Ares V bezeichnet werden.

Das ARES sieht in Abkehr des bisher beim Space Shuttle verfolgtem Konzepts, eine Trennung von Menschen und Last und einen Verzicht auf das Konzept eines wiederverwendbaren Gleiters vor. Es ist konzeptionell also deutlich stärker an das Apollo-Programm angelehnt, wird sehr auch viel Hardware aus dem Shuttle-Programm verwenden.

Ob die Wahl des Projektnamens nach dem griechischen Kriegsgott so eine gute Wahl war, wage ich persönlich mal zu bezweifeln. Da seine Entsprechung in der römischen Götterwelt Mars ist, man das Raketenprogramm aber nicht Mars nennen wollte, ist dies wohl eine Notlösung im Bezug auf die Verbindung zum Fernziel Mars gewesen. Das Logo ist relativ allgemeinverständlich. Es symbolisiert den Startstrahl der Rakete (weis) und der beiden Feststoffbooster (rot), die die Menschheit zu den Sternen bringen.

Die NASA-Projekt-Seite befindet sich hier:
http://www.nasa.gov/mission_pages/constellation/ares/index.html
 
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ARES I Trägerrakete

Innerhalb der ARES-Raketen-Familie ist die ARES I für die Beförderung von Menschen ins All vorgesehen.

Die Hauptstufe ist eine Weiterentwicklung von den Solid-Rocket-Boostern (SRBs) des Space Shuttle Programms, sie wurde vor allem um ein fünftes Segment verlängert, welches mehr Schub und eine längere Brennzeit und damit einen höheren Orbit erlaubt. Auf der Hauptstufe setzt noch eine Endstufe auf, die mit einem derzeit bei Rocketdyne in der Entwicklung befindlichem J2X-Triebwerk ausgestattet ist. Auf dieser Endstufe sitzt dann noch das Orion-Raumschiff und die als Launch Abort System (LAS) bezeichnete Fluchtrakete auf.

Die Hauptstufe wird von Alliant Techsystems, dei Endstufe von Boeing entwickelt und gefertigt und befindet sich derzeit in der Endphase des Entwicklungsprozesses. Erste Tests an Prototypen der zukünftigen Komponenten sind für 2008 geplant und sich bis 2012 hinziehen. Der Beginn der Fertigung erster Komponenten ist für Ende 2009 geplant, wird aber erst nach einen für Juni 2011 geplanten ersten Startversuch richtig beginnen. Der erste Start einere ARES I Rakete wird daher erst 2015 oder später erfolgen. Technische und finanzielle Probleme sorgen derzeit immer wieder für Verzögerungen und haben teilweise schon eine Reduzierung des Funktionsumfangs des Orion-Raumschiffs erforderlich gemacht.

Der Start der ARES I Raketen soll zukünftig vom dann umgebauten LC39B erfolgen.

Die NASA-Projekt-Seite befindet sich hier:
http://www.nasa.gov/mission_pages/constellation/ares/aresI.html
 
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ARES IV Trägerrakete

Die ARES IV-Raketenvariante ist noch relativ neu in der Entwicklung und wird eine Mischung aus der ARES I Endstufe und der Hauptstufe der ARES V nebst zusätzlichen Feststoffboostern sein und wurde vorgeschlagen, um schneller das Orion-Raumschiff testen zu können, Missionen zur ISS zu fliegen oder in Notfall ein zweites, unbemanntes Orion-Raumschiff auf den Weg zum Mond bringen zu können, sollte sich ein Unglücksfall wie bei der Apollo 13 Mission wiederholen. Die Crew könnte dann in das zweite Orion-Raumschiff umsteigen.

Die ARES IV könnte eine Nutzlast von 41,1 Tonnen in einen Orbit von 240 km Höhe befordern und vielleicht sogar die ARES I ablösen.
 
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ARES V Trägerrakete

Die ARES V Trägerrakete ist der Schwerlasttransporter innherhalb der ARES-Klasse und kann eine Nutzlast bis zu 130 Tonnen ins All bringen.

Auf dieses System besteht aus einer Haupt- und einer Endstufe, sowie zwei zusätzlichen Feststoff-Boostern. Die Hauptstuffe wird fünf RS-68 Triebwerke besitzen. Die Endstufe besteht aus der Earth Departure Stage, auf die in einem folgenden Beitrag eingegangen wird.

An seiner Entwicklung sind divsere NASA-Centren unter der Führung des Marshall Space Flight Centers beteiligt. Die Hauptstufe wird von Alliant Techsystems entwickelt und gefertigt werden.

Die NASA-Projekt-Seite befindet sich hier:
http://www.nasa.gov/mission_pages/constellation/ares/aresV.html
 
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Earth Departure Stage

Die Earth Departure Stage (EDS) ist die Antriebs-Endstufe für die ARES V Trägerrakete, die einen Flug zum Mond ermöglichen soll.

Diese Endstufe wird zunächst zusammen mit den übrigen ARES V-Komponenten das LSAM in einen erdnahen Orbit bringen. Dort wird es dann zu einem Earth Orbit Rendezvous (EOR) mit dem - mittels einer weiteren ARES I Rakete gestartetem - Orion-Raumschiff kommen. Die drei verschiedenen Module werden dann zusammengekoppelt und anschließend von der EDS auf die Umlaufbahn zum Mond geschoben.

Da die NASA weitreichende Pläne für bemannte Missionen im näheren und weiterem Erd-Umfeld hat, wird die EDS auch für Schwerlast-Missionen zur ISS oder für Sateliitenreparaturen im Erdnahmen Orbit oder wie beim James Webb Space Telescope (JWST) am L2 Lagrange Punkt zwischen Sonne und Erde oder auch für den Start großer Sateliiten (wie z.B. bei einer Mars Sample Return Mission) oder mit direkteren Flugbahnen (wie z.B. Jupiter Icy Moons Orbiter oder dem Neptune Orbiter) genutzt werden.

Angetrieben wird die EDS von einem LH2-getriebenen J-2X Triebwerk, welches eines der wenigen Triebwerke ist, dessen Brennphase unterbrochen und neu gestartet werden kann, wie es für dieses Missionsprofil ja erforderlich ist.

Die NASA-Grafik zeigt die gekoppelte EDS, das LSAM und das Orion-Raumschiff in einem erdnahen Orbit.
 
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Größenvergleich

Zum Abschluss noch ein Größenvergleich der verschiednene Systeme.
 
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Das Orion Raumschiff

Das Orion Raumschiff wird die Astronauten ins All und zum Mond transportiert. Es kann je nach Missionsziel vier bis sechs Personen aufnehmen. Für die ISS-Missionen werden es sechs Personen sein, für den Flug zum Mond vier.

Das Orion-Raumschiff sitzt mittels eines Spacecraft Adapters auf der ARES I Rakete auf und besteht aus drei Hauptkomponenten, dem Service Modul, dem Crew Modul und dem Triebwerk des Launch Abort System (LAS) mit seiner aerodynamischen Spitze.

Das LAS ist eine Rakete auf der ARES I Rakete und dient dazu, bei einem Notfall während der Start- oder Aufstiegsphase das dann abgesprengte Crew Modul von der ARES I Rakete und dem Service Modul wegzubringen.

Das an einen Kegel mit einer stumpfen Nase erinnernde Crew Modul erinnert zwar an das Apollo-Crew Modul, bietet aber deutlich mehr Platz und eine Elektronic- und Computerausstattung auf dem neuesten Stand.

Das Service Modul enthält die Trieb- und sonstiges Betriebsstoffe des Orion-Raumschiffs, sowie den Antrieb, der aus einem AJ-10 Triebwerk besteht. Zudem beherbergt es die beiden kreisförmigen Sonnensegel, die für die Stromversorung während des Flugs durchs All zuständig sind.

Das Orion-Raumschiff wird während der ersten 2,5 Miuten der Startphase von einer speziellen Schutzhülle umgeben sein, die sich erst beim erreichen einer bestimmten Höhe öffnet und so die aerodynamische Beanspruchung der jeweiligen Module reduziert. Zu diesem Zeitpunkt wird dann auch die Rakete des LAS abgesprengt.

Bei einer Landung taucht nur das Crew-Modul in die Atmosphäre wieder ein und kann nach einer Landung am Fallschirm (die zusätzlichen Airbacks wurden aus Kostengründen wieder gestrichen) bis zu 10 mal wiederverwendet werden. Das Orion-Raumschiff benötigt keine Crew und kann von der Erde aus komplett ferngestuert werden und verfügt auch über ein autonomes Andocksystem, z.B. für die ISS. Die Orion könnte auch als Grundbaustein für ein Mars-Raumschiff genutzt werden, ist aber primär für Missionen zur ISS und dem Mond ausgelegt.

Die NASA-Projekt-Seite befindet sich hier:
http://www.nasa.gov/mission_pages/co...ion/index.html

Ausführlicher hierzu
http://www.nasa.gov/pdf/166914main_FS_Orion508c.pdf

Angefügt ist das Orion-Missionslogo und die Orion mit ausgefalteten Sonnensegeln bei einem Flug um den Mond.
 
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Lunar Surface Access Module

Das Lunar Surface Access Module (LSAM) ist die eigentliche Mondfähre. In der Begeisterung mit der die NASA ihre Projekte immer wieder umbenennt und Abkürzt ist intern derzeit die Bezeichnung „Lunar Lander“ (LL) gebräuchlich, gerüchtehalber soll zudem dieses Teilprojekt den Namen „Artemis“ nach dem griechischen Mondgott erhalten.

Von der Konzeption her ist es dem Lunar Module (LM) aus dem Apollo-Programm sehr ähnlich, ist aber deutlich größer und zudem für eine mögliche Verwendung im Rahmen der Errichtung einer Mondbasis vorgesehen.

Das LL wird aus zwei Grundkomponenten bestehen, der Abstiegsstufe und der Aufstiegsstufe. Die Abstiegsstufe umfasst neben den für die Landung selber benötigten Brems- und Landesystemen auch einen größeren Aufenthaltsraum für die Besatzung und Ausrüstung, sowie den Treibstoff und die Energie- und Lebensmittelreserven für die Zeit auf dem Mond für die gesamte vierköpfige Orion-Besatzung, da das Orion-Raumschiff während dieser Zeit unbemannt um den Mond kreisen wird. Die Aufstiegsstufe enthält eine kleinere Kapsel für die Besatzung und das für die Rückkehr zum Orion-Raumschiff notwendige Antriebssystem und seinen Treibstoff.

Das LSAM wird zwei Ausstiegsluken haben, eine kleinere, die die Verbindung zum Orion-Raumschiff herstellt und eine größere, über die der Ausstieg auf dem Mond erfolgen wird. Letztere Ausstiegsluke wird über eine geräumige Luftschleuse verfügen, in der die Raumanzüge an- und abgelegt werden, damit nicht wieder so viel Mondstaub ins Innere der Besatzungskapsel dringt. Hierdurch wird es auch möglich, dass Astronauten einzeln auf den Mond aussteigen oder von ihm zurückkehren, ohne dass wie bei den Apollo-Missionen immer alle ihre Raumanzüge anlegen mussten, weil die gesamte Atmosphäre aus der Kapsel entwich, wenn die Einstiegsluke geöffnet wurde. Da das LSAM bis zu sieben Tage während einer normalen Mondmission und bis zu 210 Tage bei einer Verwendung als Teil einer Mondbasis genutzt wird, verfügt es auch über einen eigenen Bordcomputer, eine Miniaturküche (damit es nicht wieder nur kaltes Essen während der Zeit gibt) und eine Toilette wie auf der ISS.

Angetrieben wird das LSAM von vier modifizierten RL-10 Triebwerke, wie sie auch bei der Delta IV Rakete Verwendung finden, während der Brems- und Abstiegsphase und einem RL-10 für die Rückkehr zum Orion-Raumschiff.

Die beiden ersten LSAM Missionen sind derzeit für 2019 geplant, die beiden nächsten für 2020. Das ganze Programm wird vom Johnson Space Center aus gesteuert und betrieben.

Northrop Grumman ist der Entwicklungspartner für diesen Teil des Constellation Projekts. Lockheed-Martin, die das Orion-Raumschiff bauen werden, hatte zwar noch eine Reihe von Gegenvorschlägen für ein LSAM vorgelegt, diese aber zwischenzeitlich nur als Studien deklariert und mittlerweile ganz zurückgezogen.

Die Arbeiten am LSAM befinden sich derzeit noch in der reinen Entwicklungsphase.
 
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Nochmal genauere Informationen zur Ares-V:
Sie kann ca. 188 Tonnen in den Erdnahen Orbit und ca. 71 Tonnen zum Mond befördern.
Die Ares-V soll 20018 erstmals getestet werden, erste Mondmissionen sollen 2019/20 stattfinden. Dabei soll es zunächst eine Testmission im Mondorbit (wie Apollo 10) geben.
 
Thema:

Hintergrund-Info Constellation-Projekt, Ares-Raketen, Orion-Raumschiff

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