RAUMSTATION 2020

Energieversorgungs- und Kontrollmodul Funktion: Versorgung mit Elektrizität Energievorrat Luftversorgung Abfallwiederaufbereitung Aufhängung für die Sonnensegel Aufhängung für die Kommunikationsantennen Manövrieren Überwachung der Sonnenerwärmung Enthält Brennstoffzellen des Energievorrats Verbunden mit den Sonnensegeln zur Energieerzeugung Beherbergt die Hauptlebenserhaltungssysteme Beherbergt die Hauptkontrollsysteme für die Manövriermotoren Sonnensegel Die Sonnensegel auf unserer Station sind in Fächerformation günstig auf dem Dach des Energiemoduls angebracht. Sonnensegel sind große Flächen von Solarzellen, die benutzt werden um die Raumstation und andere Raumfahrzeuge und Satelliten mit Energie zu versorgen, mit der Kraft der Sonne. Jeder, der schon einmal auf einer Höhe von ungefähr 11.000m mit dem Flugzeug gefolgen ist, weiß, dass das Sonnenlicht über den Wolken sehr viel heller scheint als auf der Erdoberfläche. Im Orbit ist die Raumstation etwa 400 km über der Oberfläche in der Exosphäre. Solarzellen sind daher eine sehr Art der kostenfreien Energieversorgung für unsere Raumstation. Solarzellen werden seit 1958 dazu benutzt, um Raumstationen, Satelliten und Raumfahrzeuge mit Energie zu versorgen. Die meisten Solarzellen bestehen aus Silizium (das chemische Hauptelement von Sand) und zwei anderen Elementen – Bor und Phosphor. Eine Hälfte jeder Zelle besteht aus einer Scheibe aus dünnen Silizium- und Borkristallen, die andere Hälfte aus Silizium und Phosphor. Die Silizium-Bor-Hälfte nennt man "P"-Typ-Silizium, sie ist von Natur aus positiv geladen, die Silizium-Phosphor-Hälfte ist der "N"-Typ und negativ geladen. Zusammen ergibt das eine neutrale Zelle. Wenn Photonen aus dem Sonnenlicht die Verbindung zwischen den "N"- und "P"-Schichten treffen, wird ein Elektronenfluss – Elektrizität – von einer Seite der Scheibe zu anderen ausgelöst, durch die Kristallstruktur. Indem man Kupferdraht an beiden Hälften der Zelle anbringt, erzeugt man elektrischen Strom. Und durch die Verbindung vieler Einzelzellen parallel oder in Reihe kann man eine spezifische Volt-Menge erzeugen, um die mit den Solarzellen verbundenen Geräte mit Energie zu versorgen. Sonnenenergie ist eine von mehreren "alternativen" Energiequellen, die heute auf der Erde benutzt werden, andere sind zum Beispiel Windenergie und Wasserenergie. The material used for the solar cells is known as a semiconductor. Semiconductors are the basis of electronics. Many common components use semiconductor technology - transistors, diodes, integrated circuits, for instance. Andere Halbleiter, die für Solarzellen verwendet werden, sind unter anderem Galliumarsenid und Indiumphosphid. Das Material, das für Solarzellen benutzt wird, nennt man einen Halbleiter. Halbleiter ist die Grundlage der Elektronik. Viele alltägliche Gerätschaften benutzen Halbleitertechnik – Transistoren, Dioden, eingebaute Stromkreisläufe zum Beispiel. Sonnensegel sind nicht die einzige Möglichkeit, im All elektrische Energie zu erzeugen. andere sind Weltraumkabel oder Kernenergie. Letzteres ist jedoch bei Raumfahrzeugen im Orbit nicht mehr akzeptabel, wegen der Gefahren, falls der Reaktor wieder in die Erdatmosspäre eintritt. Das ist schon passiert... Projekt: Nimm sechs Münzen und sechs Materialien, zum Beispiel: Papier – verschiedene Sorten, z.B. weiß oder bedruckt Plasik – verschiedene Sorten Stoff – verschiedene Sorten Aluminiumfolie Gummi Waschpulver Holz Vielleicht fallen Dir noch andere ein. Lege sie auf die Fensterbank, wo sie dem Sonnenlicht ausgesetzt sind. Lege eine Münze auf jedes der Materialien. Lass alles ein bis zwei Wochen liegen. Untersuche die Ergebnisse. Schau Dir die Farbunterschiede zwischen den Teilen, die dem Sonnenlicht ausgesetzt waren und denen, die von einer Münze bedeckt waren, an.Zereisse oder zerbreche die Materialien (wenn Du kannst). Gibt es einen Unterschied zwischen den sonnenbeschienenen und verdeckten Teilen? Gibt es andere Tests, die Du durchführen kannst, um Veränderungen festzustellen? Dies sind die Auswirkungen der ultravioletten Strahlen des Sonnenlichts. Man kann sie nicht sehen, aber sie beschädigen alle Dinge, die ihnen ausgesetzt werden. Informiere Dich über die Verringerung der Ozonschicht. Was hat sie mit UV-Strahlung zu tun? Sieh Dir diese Sites an: NOAA Wetterdienst Britische Antarktis Untersuchung Zentrum für alternative Technologien Fuel Cells Brennstoffzellen sind eine effiziente Art der Energiespeicherung und –versorgung. Sie sind wie extrem gut wiederaufladbare Batterien, die Elektrizität speichern. Auf der Raumstation werden sie als Hauptenergiequelle benötigt, wenn die Station in den Erdschatten eintritt und die Sonnensegel nicht mehr arbeiten können, weil sie nicht dem Sonnenlicht ausgesetzt sind. Die Brennstoffzellen versorgen die Station auch mit Notstrom, falls die Sonnensegel versagen oder nicht angeschlossen sind, und können kurzfristig zusätzliche Energie liefern, falls gerade besonders viel verbraucht wird. Die Brennstoffzellen wurden in Großbritannien in den frühen sechziger Jahren entwickelt. Ihre erste wichtige Anwendung war jedoch das amerikanische Weltraumprogramm. Diese Brennstoffzelle wurde beim Apolloprogramm benutzt. Sie ist heute in der Weltraumabteilung des Londoner Wissenschaftsmuseums ausgestellt. © J W Hodges Projekt: Finde heraus, wie das Folgende funktioniert: Brennstoffzellen Weltraumkabelgenerator Energieregulations- und -verteilungssystem Elektrische Energie wird auf der Station auf viele Arten verwendet. Ohne sie würde die Station sterben. Energiekabel müssen auf der gesamten Station verteilt werden, und verschiedene Volt-Spannungen Arten von Strom müssen zu verschiedenen Ausrüstungstypen geliefert werden. Die Verteilung der Elektrizität muss verlässlich sein und Notfallsysteme bei Schlüsselpositionen wie der Lebenserhaltung, Einstellungsüberwachung und Kommunikation besitzen. Manövriermotoren Hin und wieder muss die Raumstation manövriert werden. Vielleicht muss sie sich drehen oder in eine bestimmte Richtung zeigen, um zum Beispiel die Sonnensegel zur Sonne hin auszurichten. Diese Systeme nennt man Einstellungsüberwachung. Sie besteht aus winzigen Raketenmotoren, die sich normalerweise an den äußersten Seiten der Station befinden, wo sie den größten Dreheffekt bei kleinstem Engergieverbrauch erzielen. Solche Motoren befinden sich auf fast jedem Raumfahrzeug und die meisten sind normale Raketenmotoren mit Flüssigbrennstoffantrieb. Man hat jedoch neue Motoren entwickelt, Ionenmotoren genannt. Diese ersetzen heisse brennende Gase durch einen Fluss aus ionisierten Teilchen, die grundsätzlich die gleiche Aufgabe erfüllen. Bis 2020 werden Ionenmotoren allgemein gebräuchlich sein und an unserer Raumstation angebracht werden. Ab und zu wird sie sich auch in einen höheren Orbit schießen müssen und sogar dort oben, 400 kilometer über der Erde, gibt es noch ein wenig Luft. Dies bewirkt einen leichten aerodynamischen Sog, der die Raumstation ständig verlangsamt. Wenn dies lang genug weiterginge, würde die Station schließlich wieder in die Atmosphäre eintreten und eventuell katastrophale Auswirkungen für diejenigen erzeugen, die sich unten befinden. Die Lösung des Problems ist es, die Raumstation mit kleinen Raketenmotoren auszusttten, die hin und wieder angeworfen werden, um die Station in einen höheren Orbit zu schiessen. Sonnenerwärmung Sonnenerwärmung ist für Raumfahrzeuge ein großes Problem. Konstrukteure unternehmen große Anstrengungen, um Hitze und Kälte auf Raumfahrzeugen zu kontrollieren. Die Seite, die der Sonne zugewandt ist, heizt sich auf, während die Teile im Schatten der Weltraumkälte ausgesetzt werden und sich abkühlen. Hitzeverteilung ist daher sehr wichtig, weil sich alle Dinge je nach Temperatur ausdehnen oder zusammenziehen und die daraus resultierende Belastung kann zu Schäden, vibration, Spannungsschwankungen und vielen anderen unerwünschten Ergebnissen führen. Grundsätzlich muss man: a) alles auf ungefähr der gleichen Temperatur halten b) dafür sorgen, dass es nicht zu heiß wird c) dafür sorgen, daß es nicht zu kalt wird Auf derzeitigen Raumstationen werden Heizstrahler, die an Auslegearmen befestigt sind. dazu benutzt, um unerwünschte Hitze loszuwerden. Diese wird nicht nur durch die Sonne, sondern auch von der Ausrüstung an Bord produziert.Bis 2020 sollte es möglich sein, diese überschüssige Hitze in andere Energieformen umzuwandeln – Elektrizität, vielleicht – um sie auf der Station zu verwenden. Und man muss keine Heizstrahler benutzen. Es gibt noch einige andere Arten, mit der Raumfahrzeuge die Temperatur kontrollieren, zum Beispiel: Farbe Metallverkleidung – Goldfolie Spiegeloberflächen Absorbierende Fliesen Farbe ist wichtig. Schwarze oder dunkle Objekte neigen dazu, Hitze zu absorbieren, während weiße oder helle Objekte Hitze Hitze reflektieren. Stell Dir vor, Du wärest ein Zebra! Reflektierende Oberflächen reflektieren sowohl Hitze als auch Licht und zwei Arten werden auf Raumfahrzeugen normalerweise benutzt, je nach Möglichkeit. Goldfolie ist billig und effizient, geht aber leicht kaputt, während Spiegeloberflächen genauso gut und robuster sind, aber teuer und nur auf großen flachen Flächen verwendbar. Die Raumfähre ist mit dicken Keramik- (ganz besondere Tonwaren) Fliesen bedeckt, die Hitze absorbieren. Dies nennt man ableitendes Material und es sorgt dafür, dass die Metallhülle und das Innere des Shuttles nicht heiß werden, während es nach einer Weltraummission bei sehr hoher Geschwindigkeit wieder in die Erdatmosphäre eintritt. Du würdest Dich selbst dann nicht verbrennen, wenn Du einen glühend roten Klumpen dieses Fliesenmaterials in die Hand nähmest! Es kann Hitze nicht so leicht weiterleiten. Es ist ein sehr guter Hitzeisolator und verhindert, dass Hitze auf das metallene Shuttle geleitet wird. Es war außerordentlich teuer, diese Fliesen zu entwickeln und dies bereitete der NASA viele Probleme in den ersten Tagen des Shuttles. Als wir dies schreiben, waren nur drei Weltraumbehörden damit erfolgreich, Wiedereintrittsfahrzeuge zu bauen und verwenden, die aus dem All zur Erde zurückkehren können: Russland, die USA und China. Die chinesische Weltraumbehörde hat die eleganteste und unglaublich billige Methode entwickelt, um einen Wiedereintrittsschild für ihre einmal verwendbaren Wiedereintrittsfahrzeuge zu bauen. Sie benutzen Eichenholz. Ein dickes Stück Eiche ist ideal zur Isolation und als ableitendes Material. Eichenholz brennt sehr langsam und leitet Hitze nicht sofort weiter. Eichenholzgebäude brennen nicht so leicht ab, weswegen es noch so viele Eichenholzgebäude rund um den Globus gibt. Jeder, der schon einmal versucht hat, Eichenstämme auf einem Feuer zu verbrennen, wird dies bestätigen. Es braucht schon ein großes und heißes Feuer, um Eiche zu entzünden, und sie brennt dann langsam und stundenlang. Die Moral von der Geschichte ist dass nicht immer moderne hochtechnische Lösungen die Antwort auf die Probleme mit dem Leben im Weltraum sind. Einfache, billige und bewährteLösungen können manchmal genauso gut sein, sogar in Bezug auf höchst technische Probleme. Kannst Du Dir trotzdem einige Gründe denken, wegen derer Eichenfliesen für das Space-Shuttle unbrauchbar wären? Projekt: Nimm einige Münzen und lege sie auf ein Plastik- oder Holztablett (gute Hitze-Isolierung) und bedecke jede mit einer kleinen Abdeckung. Vergewissere Dich, dass die Abdeckung die Münze berührt. Die Abdeckung sollte vielfarbig sein und aus verschiedenen Materialien bestehen. zum Beispiel: Schwarzes Papier, weißes Papier Blauer Stoff, blaues Papier Goldfolie, Silberfolie Stell sicher, dass die Materialien verschiedene Farben und Reflektiereigenschaften haben (glitzernde und matte). Lass sie etwa eine Stunde in der Sonne, damit sie sich erwärmen, entferne dann die Abdeckungen eine nach der anderen und messe die Temperatur der Münzen. Am besten mit einem Thermometer, aber der Finger tut es auch. Was sind Deine Ergebnisse? Haben Farbe und Material einen Einfluss darauf, wie heiß die Münze wird? Was passiert, wenn Du zwei Abdeckungen benutzt, sagen wir: helle Folie über schwarzem Papier? Antwort auf das Mikrometeoroiden-Problem: Genug Engergie um die Elektroheizung mehr als 8 Tage lang zu betreiben! Gehe zu Raumstation 2020, Nähere Informationen Zurück zur Titelseite

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