Das Space Transportation System STS

Autor: Maik Hermenau

Die Space Shuttle waren amerikanische wiederverwendbare Raumfähren, die senkrecht mit Hilfe zweier Feststoffraketen starten konnten und wie ein Flugzeug auf einer Rollbahn gelandet sind. Insgesamt waren die fünf weltraumtauglichen Space Shuttle Columbia, Challenger, Discovery, Atlantis und Endeavour zwischen 1981-2011 im Einsatz. Der Start des Erstfluges STS-1 mit dem Space Shuttle Columbia fand genau 20 Jahre nach dem Gagarin-Flug am 12.April 1981 statt. Nach insgesamt 135 Flügen, 21.152 Umrundungen der Erde und 872.906.379 zurückgelegten Kilometern ging mit der letzten Landung der Atlantis am 21.Juli 2011 die Ära der Space Shuttle Flüge zuende. Mit diesem besonderen Raumfahrzeug haben 355 Menschen aus 16 Ländern zusammen 1.330 Tage im Weltraum verbracht.


© Spaceflight.nasa.gov

Raumfähre

Flugzeit

Flüge letzter Flug
Columbia 300d, 17h, 40min, 22sek 28 STS-107
Challenger 062d, 07h, 56min, 22sek 10 STS-51-L
Discovery 364d, 23h, 05min, 19sek 39 STS-133
Atlantis 306d, 12h, 56min, 26sek 33 STS-135
Endeavour 296d, 03h, 18min, 07sek 25 STS-134

Gesamt

1330d, 16h, 56min, 36sek 135  

Die ersten beiden in Dienst gestellten Space Shuttle die Columbia und die Challenger gingen durch folgenschwere Unfälle in den Jahren 2003 und 1986 verloren. Dabei kamen beide Besatzungen mit insgesamt 14 Astronauten ums Leben. Die Sterne auf dem Jubiläums Patch "30 Jahre Space Shuttle" von Dave Ginsberg, sollen im stillen Gedenken auch an die umgekommenen Astronauten erinnern.


Jubiläums Patch © Dave Ginsberg

  STS-51-L STS-107
Kommandant Francis Scobee Rick Husband
Pilot Michael Smith William McCool
Missionsspezialist Judith Resnik Michael Anderson
Missionsspezialist Ellison Onizuka Kalpana Chawla
Missionsspezialist Ronald McNair David Brown
Missionsspezialist Gregory Jarvis Laurel Clark
Missionsspezialist Christa McAuliffe Ilan Ramon

 

Von den 135 absolvierten Flügen der Space Shuttle Flotte, erfolgten 40% davon mit einer Inklination (Bahnneigung) von 28° und 9% mit unter 40°. Diese Flüge konnten von West-Europa aus nicht visuell oder funktechnisch verfolgen werden. Der Rest von 51% aller Shuttle Flüge wurden mit einer Inklination von 51° oder höher durchgeführt. Das waren vor allem die Versorgungsflüge zur russischen Raumstation MIR und später zur Internationalen Raumstation ISS.
Während der ersten Jahre hatte man sich sehr oft bei den Shuttle Flügen für eine flache Inklination entschieden, da so in jedem Umlauf eine Funkverbindung zu mindestens einer NASA Bahnverfolgungsstation möglich war und man auch ein höheres Nutzlast-Gewicht befördern konnte. Anfangs gab es noch nicht das geostationäre Satelliten-Netzwerk TDRSS (Tracking and Data Relay Satellite System) und somit war man auf landgestützte Bahnverfolgungsstationen immer noch angewiesen. Schon die Mission STS-6 brachte im April 1983 den ersten Satelliten TDRS-A in eine LEO Umlaufbahn, von wo er mit einer IUS Aufstiegsstufe seine geostationäre Position erreichen sollte. Doch wegen eines Düsen-Defekts gelangte er nicht anfangs auf seine exakte Position. Erst durch mit Hilfenahme seiner Korrekturtriebwerke konnte er dann schließlich seine Endposition auf 95° West erreichen. Der Start des TDRS-B Satelliten wurde nach größeren Problemen am Boden von ursprünglich August 1983 auf Januar 1986 verschoben und ging dann beim Unglücksflug STS-51-L mit samt des Space Shuttles Challenger verloren. Schließlich wurde bis 1995 die komplette erste Serie von TDRS Satelliten mit den verbliebenen Space Shuttles in die Umlaufbahn befördert.
Die NASA besaß von Anbeginn der Raumfahrt eine Vielzahl von landgestützten Bahnverfolgungsstationen, wo schon die meisten bei den Mercury, Gemini und Apollo Flügen zum Einsatz kamen. Bei den Shuttle Flügen war es nicht immer klar welche Ausstattung (S-Band oder nur UHF) die einzelnen Bahnverfolgungsstationen besaßen. Die TCSS (Telemetry & Command Squadron Station) in Oakhanger, England, war die einzige Bahnverfolgungsstation in Europa, welche auch für Shuttle Flüge mit einer Inklination von 51° oder höher benutzt worden ist. Hauptsächlich dann nur als Backup für einen möglichen Ausfall der S-Band Kommunikation, im ersten Umlauf nach dem Start und in den letzten Umläufen vor der Landung.

Tracking Station, Radio-Teleskope und Erdfunkstellen

UHF-Kommunikation:

Das UHF Kommunikationssystem des Space Shuttle bestand aus drei Frequenzen, welche sich im militärischen P-Band befanden. Ob wohl diese Frequenzen noch unterhalb von 300 MHz liegen und somit zum VHF-Frequenzband gehören, bezeichnete sie die NASA schon immer als UHF Kommunikation. Schon seit den Anfängen der amerikanischen bemannten Raumfahrt, wurde als primäre Frequenz für Phonie die 296.800 MHz für den Space-to-Ground genutzt. Sie kam sowohl bei den Mercury, Gemini, Apollo und anfangs auch beim Space Shuttle zum Einsatz. Erst ab ca. 1985 wurde die bis dahin als sekundär deklarierte Frequenz 259.700 MHz, in die zukünftige primäre Frequenz getauscht. Über die Gründe warum man dies tat kann man nur spekulieren. Es könnte was mit dem bilateralen Abkommen 1981 zutun haben, wo man sich u.a. über die internationale Nutzung der P-Band Frequenzbereiche 243-270 und 292-318 MHz für die UHF Militär-Satelliten geeinigt hatte. Sowohl die 259.700 MHz als auch die 296.800 MHz liegen in einem 400 kHz breiten international reservierten Bereich für Weltraumfunk. Die dritte Frequenz des UHF Kommunikationssystems ist die 279.000 MHz, welche nur für eine Space-to-Space Nutzung vorgesehen war. Anders wie in der russischen Raumfahrt nahm man bei der NASA schon seit her die Modulationsart AM für die Phonie Kommunikation.

Seit dem der Aufbau des Satelliten-Netzwerkes TDRSS abgeschlossen war, hatte man es ab dann als primären Kommunikationsweg für das Space Shuttle im S- und Ku-Band eingesetzt. Somit wurden die UHF Frequenzen nur noch für eine sekundäre Nutzung bzw. als Backup gepflegt. Die UHF Kommunikation wurde dann nur noch bei wichtigen Abschnitten des Raumfluges für einen möglichen Ausfall der S-Band-Verbindung als Backup für den Kontakt über verschiedene NASA Bahnverfolgungsstationen aktiviert. Das war zum einem im ersten Umlauf nach dem Start, beim "L-1 Comm Check" am vorletzten Flugtag und im letzten Umlauf vor der Landung. Wegen der günstigen Lage der Überflüge war es von West-Europa aus möglich, während der Abschnitte mit dem aktivierten UHF-Backup dabei sein zu können. Die erste Möglichkeit bestand bei Flügen mit einer Inklination von 51°, wenn das Space Shuttle nach einer Flugdauer von ca. 19 Minuten nach dem Start am KSC in Florida, USA, mit einem ca. 7½ Minuten langen Überflug über Europa hinwegflog. In wenigen Gelegenheiten war es auch da zusammen mit dem kurz zuvor abgetrennten External Tank visuelle am Nachthimmel sichtbar. Die zweite Möglichkeit war am Tag der Landung, wenn man sich für einen südlichen Landeanflug entschieden hatte. Nachdem die Besatzung das "Go" für die Einleitung der Landeprozedur erhalten hatte, wurde auch der UHF-Backup wieder aktiviert. Im letzten Umlauf vor der Landung gab es so noch einen hohen Überflug über Europa, ca. 1:34-1:24h vor dem geplanten Aufsetzen am KSC in Florida, USA. Während dieser Zeitspanne gab es laut dem Deorbit-Zeitplan zwei Punkte abzuarbeiten. Zum einen bei 1:31h den Punkt "Vent doors closed for entry", was das schließen des Interdeck-Schotts war, womit man das Flugdeck vom Mitteldeck räumlich trennte und bei 1:26h die wohl wichtigste Entscheidung des Flugtages vom MCC-Houston, dass "Go for deorbit burn", mit dem man das Okay für die Landung bzw. für den davor nötigen Bremsschub gab. Die UHF-Antenne befand sich an der Unterseite des Space Shuttles hinter dem Bugfahrwerk geschützt unter den Hitzeschutzkacheln. Da sich das Space Shuttle vor dem Bremsschub in Rückenlage befand und somit die UHF-Antenne erdabgewandt nach oben Richtung Weltraum zeigte, waren die Signale immer etwas schwächer als im Überflug nach dem Start. Steht's einen Tag vor der geplanten Landung gab es den "L-1 Comm Check". Das war ein direkter Verständigungstest zu den NASA Bahnverfolgungsstationen in Merritt Island und Dryden via UHF und S-Band. Dazwischen lag ein Umlauf der auch einen Überflug über Europa hatte. In seltenen Fällen wurde der UHF-Sender einfach eingeschaltet gelassen und die Space-to-Ground Kommunikation konnte während dessen weltweit empfangen werden.

STS VHF / UHF Downlink

Frequenz in MHz

Nutzung Modulation Sendeleistung
139.208 Phonie Space-to-Space VHF-1 FM -
243.000 [Notruf-Frequenz] Phonie AM 10 Watt
259.700 Phonie Space-to-Ground [primär] UHF-1 AM 0.25 / 10 Watt
279.000 Phonie und Telemetrie EMU 2 AM 0.25 Watt
296.800 Phonie Space-to-Ground [sekundär] UHF-2
Phonie und Telemetrie EMU 1
AM 0.25 / 10 Watt
0.25 Watt
414.200 Phonie "SSCS/ SSER" [primär] PM 0.25 / 5 Watt
417.100 Phonie "SSCS/ SSER" [sekundär] PM 0.25 / 5 Watt
Das US Verteidigungsministerium hatte der NASA in den 90er Jahren auferlegt das militärische P-Band zu räumen. Daraufhin entwickelte man ein digitales Kommunikationssytem für eine Space-to-Space Nutzung, welches im Frequenzbereich zwischen 410-420 MHz arbeiten sollte. Bis zur Mission STS-87 im November 1997 kamen bei EVA's (Außenbordaktivitäten) mit den EMU (Extravehicular Mobility Unit) Raumanzügen noch die analogen UHF Frequenzen zum Einsatz. Neben der Phonie wurden über einem 5.4 kHz Unterträger biomedizinische Messwerte des Raumfahrers und Telemetriedaten des Anzuges, aller 2 Minuten mit einer Länge von 15 Sekunden übertragen. Im darauf folgenden Shuttle Flug im Dezember 1998, wurde erstmals bei der STS-88 das neue digitale SSER (Space-to-Space EMU Radio) getestet.


© Spaceflight.nasa.gov

VHF-Kommunikation:

Für die Kopplungen der Space Shuttles an die russische Raumstation MIR und später an die ISS, benötigte man für eine Funkverbindung beider Raumfahrzeuge ein Space-to-Space Kommunikationssystem. Um für diesen Zweck kein neues Funksystem entwickeln zu müssen, nutze man anstatt das schon vorhandene Woßchod-M an Bord der Raumstationen. Die Space Shuttle wurden mit einem portablen Funkgerät ausgestattet, welches auf dem VHF-1 Frequenzpaar im Duplex arbeiten konnte. Erstmals wurde es beim Annäherungs-Test zur Raumstation MIR während der STS-63 im Februar 1995 getestet. Schon ab einer Entfernung von 168 km konnte der Kontakt zwischen beiden Raumfahrzeugen hergestellt werden. Das Space-to-Space Kommunikationssystem nutzte man nicht nur bei der Annäherung und Kopplung, sondern auch im gekoppelten Zustand beider Raumfahrzeuge, wenn aus Sicherheitsgründen z.B. bei EVA's (Außenbordaktivitäten) die Verbindungluken geschlossen werden mußten. Während der frühen Bauphase der ISS wo die S- und Ku-Band Systeme noch nicht voll einsatzbereit waren, fungierte das gekoppelte Space Shuttle als Relais zum MCC-Houston. Insgesamt kam das System bei allen 10 Flügen zur Raumstation MIR und bei 4 Flügen zur ISS zum Einsatz. Letztmalig auf der Mission STS-100 im April 2001. Bei den nachfolgenden Shuttle Flügen übernahm dann das SSCS diese Funktion.

S- und Ku-Band Kommunikation:

Das Space Shuttle nutzte wie auch die ISS das TDRSS als primären Kommunikationsweg mit einer 2-Wege-Verbindung im S- und Ku-Band zum MCC (Mission Control Centrum) in Houston. Über das S-Band wurde der gesamte anfallende Traffic mit Phonie, Kommando- und Telemetriedaten übertragen. Im vorderen Rumpf des Space Shuttles waren insgesamt vier S-Band Antennen im 90° Abstand eingearbeitet. Mit den oberen beiden Antennen über dem Cockpit war es sogar möglich, während des Wiedereintritts weiterhin die Verbindung zum TDRSS zu halten, trotz des ionisierten Plasmas an der Unterseite des Space Shuttles. Die Übertragungsgeschwindigkeit im S-Band betrug 1.152 Mbit/s und arbeitete in BPSK. Ein sehr talentierter Programmierer mit Namen Jakub Hruska aus Tschechien, hatte es mit Hilfe eines SDR-IP und eigener Dekodiersoftware geschafft, aus dem direktem S-Band Datenstrom die Shuttle Phonie herauszufiltern und zu dekodieren.

UHF-Satcom.com - Satellite Audio Samples

STS S-Band Downlink

Frequenz in MHz

SGLS Nutzung Modulation Sendeleistung
2217.5 Ch.04 Space-to-Ground [primär] PM 20 Watt
2250.0 - Phonie ,Video, Daten und EMU Video FM -
2272.5 Ch.15 External Tank Video FM 10 Watt
2287.5 Ch.18 Space-to-Ground [sekundär] PM 20 Watt


© Spaceflight.nasa.gov

Das Ku-Band erlaubte eine 2-Wege-Hochgeschwinigkeits-Kommunikation mit einer maximalen Übertragungsrate von 75 Mbit/s. Im Gegensatz zum S-Band ist die Nutzung nur eingeschränkt möglich. Hauptsächlich wurde es für Videoübertragungen via TDRSS und als Radarsystem für die Kopplungen genutzt. Für diesen Zweck befindet sich in der Nutzlastbucht eine Parabolantenne mit einem Durchmesser von 90 cm, welche die TDRS Satelliten selbständig lokalisieren kann und dessen Verlauf automatisch nachführt. Die Antenne wurde im zweiten Umlauf nach dem Start aus der Nutzlastbucht heraus geklappt und ca. 20 Stunden vor der geplanten Landung wieder in der Nutzlastbucht verstaut.

TALCOM:

TAL (Transoceanic Abort Landing) war die Möglichkeit einer außerplanmäßigen Landung des Space Shuttles in Übersee nach dem Start. Dies hätte passieren können wenn eins oder mehrere Haupttriebwerke ausgefallen wären, das Kühlsystem versagt hätte oder es Probleme an der Druckkabine aufgetreten wären. Für diesen Fall wurden Notlandeplätze auf militärischen Stützpunkten eingerichtet, welche mit den speziellen Space Shuttle Landehilfen ausgestattet waren. Es wurden immer gleich mehrere Notlandeplätze bereitgestellt, um bei einer nicht akzeptablen Wetterlage eine Ausweichmöglichkeit zu haben. Bei den Space Shuttle Flügen zur ISS mit einer Inklination von 51°, wählte man steht's primär den Notlandeplatz in Zaragoza, Spanien und alternativ in Istres, Frankreich. Jeder Notlandeplatz wurde von jeweils einem Hercules C-130 Flugzeug für die Suche und Rettung unterstützt. Die Flugzeuge waren mit einem speziellen Suchradar für Wiedereintrittskörper, einem Fallschirmspringer Squadron sowie medizinischen Personal ausgestattet. Beide Flugzeuge waren an der Ramstein Air Force Base in Deutschland stationiert und wurden 2 Tage vor dem Shuttle Start zu den Notlandeplätze geflogen.

Eine Hercules C-130E am 09.Mai 2009 kurz vorm Abflug von der Ramstein Air Force Base in Deutschland zur einer der Space Shuttle Notlandeplätze für den TAL Rescue Support der STS-125. Oben auf dem Rumpf der Hercules C-130E befindet sich eine AV2075 UHF SatCom Antenne.

© Ramstein.af.mil

Zeit vorm Start

Durchführung

4 Tage vorm Start erste Verstänigungstests der Center Stationen
3 Tage vorm Start Testlauf/Übung aller beteiligten Stationen
2 Tage vorm Start Hinflug der HC-130E von Ramstein zu den Notlandeplätzen
ca.3½ Stunden vorm Start Beginn des Einsatzes
Während den Einsätzen hatten alle beteiligten Kräfte eine ständig UHF SatCom Verbindung zum DDMS (Department of Defense Manned Space Flight Support Office) an der Patrick Air Force Base in Florida, zum JPRC (Joint Personnel Recovery Center) und AOC (Air and Space Operations Center) in Ramstein, Deutschland. Für den TALCOM (Transoceanic Abort Landing Communicator) wurden die geostationären UHF Militär-Satelliten der AOR (Atlantik Ozean Region) genutzt.

TALCOM

Rufzeichen

Station

Cape Osborne DDMS (Department of Defense Manned Space Flight
Support Office) in Florida, USA
DoD Cape
Guardian Angel Fallschirmspringer an Bord einer HC-130E von
einem U.S. Air Force Pararescue Squadron
Herky Flugzeug HC-130E
King Flugzeug HC-130H oder HC-130N
Wolf Den JPRC (Joint Personnel Recovery Center) in Ramstein
Wolfhound AOC (Air and Space Operations Center) in Ramstein

STS / TALCOM Funkaufzeichnungen 2000 - 2011
Simon's SatCom Page - Recordings

Nach 30 Jahren Dienstzeit der Space Shuttle Flotte kam nun das Ende dieser Ära. Die verbliebenen drei Raumfähren haben alle einen Platz im Museum bekommen. Die Discovery befindet sich im Smithsonian National Air and Space Museum am Washington Dulles Flughafen. Die Atlantis verblieb in Florida im Kennedy Space Center Visitor Complex und die Endeavour kam in den Samuel Oschin Pavilion des California Science Center in Los Angeles.
Für mich persönlich waren die Shuttle Flüge immer ein besonderes Highlight. Die Jagd nach den Funksignalen war immer eine spannende Sache und wenn die Konkurrenz mehr empfangen konnte, spornte es um so mehr an. Ich bin Glücklich in diesen Momenten dabei gewesen zu sein. Vielleicht war es die letzte Möglichkeit überhaupt noch ein analoges Funksignal von einem amerikanischen Raumfahrzeug empfangen zu können. Die nächste Generation bemannter Raumfahrzeuge wird wohl sicherlich nur noch digital senden können.


letzte Änderung: 05.03.2014

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