"Jules Verne": Ein außergewöhnliches Raumfahrzeug

Europäer setzen auf eigene Technik für die Versorgung der ISS-Crew

Ähnlich dem russischen Versorgungsschiff Progress soll nun das seit sechs Jahren in Vorbereitung befindliche europäische Versorgungsschiff Jules Verne, benannt nach dem französischen Schriftsteller und Erfinder des Science-Fiction-Romans (Die Reise zum Mittelpunkt der Erde, In 80 Tagen um die Welt, 20.000 Meilen unter dem Meer, Die Reise von der Erde zum Mond, um nur einige zu nennen) ab 2007 die Mannschaft auf der Internationalen Raumstation ISS mit dem Notwendigsten, wie Nahrung, Kleidung, Wasser, Luft, etc. versorgen.

Zwar flog jetzt wieder ein Space Shuttle erfolgreich zur ISS, um nicht nur unseren Astronauten Thomas Reiter dort abzusetzen, sondern auch wichtige Module und Lebensmittel an Bord zu bringen, aber das Besondere an dem auch "Automated Transfer Vehicle" (ATV) genannten unbemannten Raumflugobjekt ist, dass dieses viel einfacher und problemloser die Versorgung auf der ISS realisieren kann.

Der "Space-Traveller" Jules Verne nähert sich der ISS (Bild: ESA)

Eine ganz neu entwickelte Software, die hier eingesetzt wird, ermöglicht Jules Verne, unabhängig von menschlichen Steuerungsmanövern den langen Weg zur ISS zu bewältigen und dort angekommen, auch ohne manuelle Hilfe automatisch und sicher anzudocken. In Wissenschaftskreisen wird das Automatic Transfer Vehicle deswegen auch Autonomous Transfer Vehicle genannt.

"Co-Pilot"on Bord: die Monitoring Safing Unit (MSU)

Das europäische Automated Transfer Vehicle ist ein Multifunktionsraumschiff, das aufgrund seiner neuen hoch entwickelte Flug-Software so sicher fliegen und andocken kann, als wäre eine Crew an Bord – natürlich ohne die Gefahr einer möglichen menschlichen Fehlleistung. Während seines automatisierten Rendezvous mit der bemannten Raumstation muss die eingesetzte Software so sicher sein, dass sie weder die ISS noch die dortige Mannschaft in eine kritische Situation bringt.

Die Monitoring- und Safing Unit (MSU) (rot umrandet) sowie die drei elektronischen Boxen (gelb umrandet) für dem Hauptcomputer (FTC= Fault Tolerant Computer) im ATV. (Bild: ESA)

Da sogar im Falle einer Störung an Bord von Jules Verne keine menschliche Intervention in Form einer manuellen Steuerung vorgesehen ist, musste ein speziell dafür ausgeklügeltes Backup-System mit der Softwarekategorie A entwickelt werden, um die Sicherheit der ISS und deren Crew zu garantieren, die Monitoring and Safing Unit (MSU). Selbst bei zwei möglichen System-Ausfällen an Board des ATV, wobei die größte Gefahr der Moment darstellt, in dem das Transportraumschiff an die ISS andockt und eine Beschädigung durch einen möglichen Zusammenstoß riskiert, sorgt die Soft- und Hardware-Unit MSU dafür, autonom die vorgegebenen Manöver, wie zum Beispiel das Andocken, sicher zu gewährleisten. "Die NASA hat den Fortschritt der Monitoring and Safing Unit überwacht und ist immer wieder durch den Professionalismus beeindruckt worden, den die ESA während der Entwicklung dieses äußerst kritischen Bestandteils gezeigt hat" so Jerry Clubb, NASA-Manager der internationalen Partner Avionics Integration für die ISS, Johnson Space Center, in Houston, Texas.

In der Klassifikation, die von der ESA für "Human Spaceflight, Microgravity and Exploration" (D/HME) verwendet wird, gibt es vier Software-Kategorien, von A bis D. Die Klassifizierung "D" wird für die Grund-Software angewendet, die keine direkte Auswirkung auf den Missionsverlauf hat. Am anderen Ende der Skala steht die A-Kategorie, dies ist die "heikelste" Software, da diese sich direkt auf die Sicherheit der Crew und der ISS im Falle eines Systemproblems auswirkt. Andere ISS-bezogene Raumflugprojekte verwenden bereits diesen Software-Klassifikationentwurf; jedoch ist die Software-Kategorie A bisher noch nie angewendet worden.

Jules Verne – Technik

An Bord von Jules Verne befindet sich neben dem Hauptcomputer FTC (Fault Tolerant Computer) und seiner Flug-Anwendersoftware (FAS = Flight Application Software), welche die Rolle des Piloten übernimmt und die Mission steuert, eine komplett unabhängige Computereinheit, die MSU. Der FTC hat drei identische Computer mit einheitlicher Software integriert, die jeweils alle wichtigen Missions-Funktionen steuern können und sich während des gesamten Fluges gegenseitig überwachen. Sollte der FTC während der Annäherungs-Phase ausfallen oder die ATV-Manöver gefährden, kommt die MSU ins Spiel. Dieses ist die einzige Computereinheit (bestehend aus zwei identischen Computern) an Bord mit einer Kategorie A-Software.

Jules Verne während des Endanfluges in Richtung ISS. Es muss eine bestimme Geschwindigkeit und Korridor (im Bild als virtueller Trichter dargestellt) für ein sicheres Andockmanöver eingehalten werden. (Bild: ESA)

Bereits während der Annäherung an die ISS überwacht das MSU ständig die Position des ATV und die Leistung des Hauptcomputers (FTC), indem es ihn ständig mit einem vorprogrammierten Satz Daten vergleicht. Nach Abfrage eines kritischen Ausfalls oder einer unvorhergesehenen, gefährlichen Situation, isoliert die MSU das ATV-System (FTC) und leitet eigene Befehle für eine Kollisionsvermeidung, das Collision Avoidance Manoeuvre (CAM) ein. "Die MSU und seine verbundenen Systeme operieren komplett getrennt von dem Hauptsystem, vergleichbar mit einem Satelliten innerhalb eines Satelliten, wie ein zweiter Pilot, der für die Sicherheit verantwortlich ist, versteckt im Inneren das automatisierten Raumschiffs, das für die Mission verantwortlich ist,", so ESA-Astronaut Jean-François Clervoy, Senior-Berater des ATV-Programms.

Transport

Der Transport des Space-Travellers Jules Verne wurde erst mit der neuen europäischen "Schwerlast"-Ariane 5-Rakete möglich, die für solche gewichtigen "Gepäckstücke" ausgelegt ist. Jules Verne besitzt ein Startgewicht von 20,7 Tonnen und eine Länge von 9,79 m, die es in das All zu befördern gilt. Das integrierte 45 m³- Modul kann bis zu 7,5 Tonnen Versorgungsmaterial zur ISS transportieren und gegebenenfalls 6,3 Tonnen Abfall wieder mit auf die Erde nehmen.

Gerade erfolgreich abgeschlossener Akustik-Test im ESA-Testcenter in Noordwijk. Jules Verne im Maxwell-Raum für elektromagnetische Strahlung. (Bild: ESA)

Die akustische Prüfung ist gerade erfolgreich im ESA-Test-Center in Noordwijk/Niederlande durchgeführt worden. In dieser Prüfung wurden akustische Erschütterungen verwendet, um den Druck zu simulieren, den das ATV während der ersten drei Minuten des Starts ausgesetzt ist. Der erste Start ist für Mitte 2007 vom Weltraumbahnhof Kourou/Französisch-Guyana vorgesehen, wenn die Vorbereitungen weiterhin erfolgreich und nach Plan verlaufen.

Innerhalb von Jules Verne hat ein Londoner Doppeldecker-Bus Platz. (Bild: ESA)

http://www.heise.de/tp/artikel/23/23046/1.html