Autor: Maik Hermenau

• UHF-Kommunikation
• VHF-Kommunikation
• S- und Ku-Band Kommunikation
• TALCOM

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.

© Science.KSC.NASA.gov

Raumfähre

Flugzeit

Gesamt

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

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. Obwohl diese Frequenzen noch unterhalb von 300 MHz liegen und somit zum VHF-Frequenzband gehören, bezeichnete sie die NASA während der Space Shuttle Ära 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. Damals aber noch als VHF A Kanal bezeichnet. 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, dann noch als VHF B Kanal genannt, in die zukünftige primäre Frequenz für das Space Shuttle 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 lagen in einem 400 kHz breiten international reservierten Bereich für Weltraumfunk. Die dritte Frequenz des UHF Kommunikationssystems ist die 279.000 MHz, der VHF C Kanal, welcher 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.

Frequenz in MHz

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 Kommunikationssystem ausgestattet, welches auf dem VHF-1 Frequenzpaar im Duplex arbeiten konnte. Dafür wurde in der Nutzlastbucht des Space Shuttle eine VHF Helical-Antenne installiert. 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 (Space-to-Space Communication System) diese Funktion.

STS-71 © Science.KSC.NASA.gov

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-PM. 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. Die Audiodateien sind auf der Website von Paul J. Marsh, MØEYT hörbar.

Frequenz in MHz

© Science.KSC.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.

© Ramstein.af.mil

Zeit vorm Start

Durchführung

TALCOM

Rufzeichen

Station

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.

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