Abschiedsstart von Antares 230+ mit der SS Laurel Clark zur ISS

Dec 27, 2023

Der letzte Flug der Trägerrakete Antares 230+, der das Ende der Karriere der Antares 200-Raketenserie von Northrop Grumman markiert, startete am Dienstag mit der NG-19-Mission im Rahmen des Frachtvertrags Commercial Resupply Services zur Versorgung der Internationalen Raumstation.

Der NG-19-Flug von Commercial Resupply Services (CRS) startete um 20:31 Uhr EDT (00:31 UTC am Mittwoch) von LP-0A am Mid-Atlantic Regional Spaceport (MARS) auf Wallops Island, Virginia. Auf einer südöstlichen Flugbahn trug Antares das Frachtschiff Cygnus in die Umlaufbahn. In Fortsetzung der Tradition der Benennung der Raumsonde Cygnus trägt das Fahrzeug, das die NG-19-Mission flog, den Namen SS Laurel Clark, nach einem der Astronauten, die an Bord der Raumfähre Columbia verloren gingen, als diese beim Wiedereintritt im Februar 2003 zerfiel.

Die SS Laurel Clark war mit über 3.700 Kilogramm Fracht für die Internationale Raumstation beladen. Antares brachte es zunächst in eine 165 mal 309 Kilometer große erdnahe Umlaufbahn mit einer Neigung von 51,64 Grad zum Äquator. Von dort aus wird sich die Raumsonde Cygnus zu einem Rendezvous mit der ISS manövrieren und etwas mehr als zwei Tage nach dem Start eintreffen. Bei der Ankunft wird es mit dem Canadarm2-Roboterarm der Station eingefangen und am erdseitigen Anschluss des Unity-Moduls festgemacht.

Die Kaperung der SS Laurel Clark ist derzeit für Freitag um 09:55 UTC geplant. Das Anlegen am Unity-Modul würde voraussichtlich etwa zwei Stunden nach der Eroberung erfolgen. Der Astronaut Woody Hoburg wird Canadarm2 bedienen, mit Frank Rubio als Ersatz.

Cygnus bringt eine Reihe wissenschaftlicher Experimente zur Raumstation. Darunter befindet sich ein Gentherapie-Experiment namens Neuronix, das in der Schwerelosigkeit 3D-Neuronenzellkulturen bilden kann. Neuronenspezifische Therapien zur Behandlung von Krankheiten wie Alzheimer und Parkinson könnten aufgrund der durchgeführten Forschung möglich werden.

Die Multi-Needle Langmuir Probe dient zur Untersuchung der Ionosphäre. Die ISS kreist in der Nähe des Bereichs der höchsten Plasmadichte der Ionosphäre und dieses Experiment kann kleine Plasmastrukturen messen. Diese Strukturen können die Genauigkeit von Systemen wie der Satellitennavigation beeinträchtigen.

3D-Neuronenzellen, kultiviert in der Schwerelosigkeit. (Quelle: Axonis Therapeutics, Inc.)

An Bord der Cygnus gibt es außerdem ein neues Wassersystem, das an Bord der Station getestet wird. Das Exploration PWD-System nutzt fortschrittliche Methoden zur Wasserdesinfektion und zur Reduzierung des Mikrobenwachstums und kann auch heißes Wasser produzieren. Es kann vom Boden aus gesteuert werden und Daten sammeln, Telemetrie durchführen und Selbstdiagnosen durchführen.

SS Laurel Clark trägt außerdem eine von der Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) in Auftrag gegebene Speicherkarte mit Kunst und Gedichten von mehr als 13.000 Schülern aus 74 Schulen. Dieses Projekt ist als I-Space Essay bekannt.

Sobald Cygnus an der Station festgemacht ist, kann es bis zu 100 Tage dort bleiben. SS Laurel Clark kann wie seine Vorgänger auch bis zu 30 Tage lang autonom im Freiflug fliegen. Nach dem Verlassen der Station wird SS Laurel Clark das letzte einer Reihe von Brandschutzexperimenten im Weltraum durchführen und mehrere CubeSats einsetzen, bevor es wieder in die Atmosphäre eintritt.

Das SAFFIRE-V-Experiment im laufenden Betrieb gezeigt. (Quelle: NASA Glenn Research Center)

Das SAFFIRE VI-Experiment ist das letzte einer Reihe, die unser Verständnis der Entflammbarkeit von Materialien in Umgebungen mit geringer Schwerkraft bereits verändert hat. Bei diesen Experimenten wurden die Entflammbarkeit von Materialien bei verschiedenen Sauerstoffgehalten, Branderkennungs- und -überwachungssysteme sowie die Reinigung nach einem Brand bewertet. Die SAFFIRE-Serie hat gezeigt, dass das Einatmen von Rauch die unmittelbarste Gefahr für die Besatzung darstellt, ähnlich wie bei Bränden auf der Erde.

Der DUPLEX (Dual Propulsion Experiment) 6U CubeSat wird nach dem Ablegen von der ISS von Cygnus aus in eine rund 470 Kilometer lange kreisförmige Umlaufbahn gebracht. Dieser CubeSat wird während seines Fluges zwei Polymerfaser-Antriebssysteme und ein neues Sensorsystem testen. CU Aerospace aus Champaign, Illinois, wurde für die Entwicklung dieses Raumfahrzeugs mit dem NASA Tipping Point Partnership Award ausgezeichnet.

Als Teilnehmer dieser Mission sind außerdem zwei Satelliten des Virginia Space CubeSat Program (VSCP) aufgeführt – VSCP-1A und VSCP-1B –, bei denen es sich um 3U-CubeSats handelt. Diese von der Old Dominion University bzw. der Virginia Tech entwickelten Satelliten werden in eine 170 mal 260 Kilometer große erdnahe Umlaufbahn gebracht.

Zusammen werden diese Satelliten eine Impedanzsonde, einen Multispektralsensor, eine einsetzbare Verbundstruktur und ein Speicherbelichtungsexperiment fliegen. Der Satellit Old Dominion, der mit der US Coast Guard Academy als Partner entwickelt wurde, ist auch als SeaLion bekannt, während der Satellit Virginia Tech auch als Ut ProSat-1 bekannt ist.

Cygnus tritt am Ende einer früheren Mission wieder in die Atmosphäre ein (Quelle: NASA)

Sobald die SS Laurel Clark mit ihren Einsätzen und Experimenten fertig ist, wird sie ihre Mission mit einem zerstörerischen Wiedereintritt in die Erdatmosphäre beenden. Dies wird über einen Korridor im Pazifischen Ozean abseits der Schifffahrtswege erfolgen. Vor dem Ablegen wird Müll von der ISS in das Raumschiff geladen, um es beim Wiedereintritt zu entsorgen.

Im Laufe ihrer Karriere hat die Raumsonde Cygnus bei zerstörerischen Wiedereintritten rund 41.276 Kilogramm (91.000 Pfund) Müll entsorgt. Cygnus hat während fast eines Jahrzehnts seiner Flüge außerdem rund 58.967 Kilogramm (130.000 Pfund) Fracht zur Station befördert.

Die Antares-Trägerrakete hat mehrere Iterationen durchlaufen. Alle diese Varianten, beginnend mit der Antares 110, wurden von einer in der Ukraine gebauten ersten Stufe mit in Russland hergestellten Motoren und einer zweiten Stufe mit einem Feststoffmotor der Castor 30-Serie angetrieben, der von der heutigen Antriebssystemabteilung von Northrop Grumman hergestellt wurde .

Die Antares 110 und 120 absolvierten ab April 2013 jeweils zwei erfolgreiche Flüge, angetrieben von aus Russland importierten NK-33-Triebwerken, die von Aerojet Rocketdyne als AJ-26 überarbeitet wurden. Zwei dieser Triebwerke wurden in eine erste Stufe eingebaut, die von Yuzhmash – heute bekannt als Pivdenmash – mit Sitz in Dnipro, Ukraine, gebaut wurde, das auch die Zenit-Rakete herstellte.

Antares 130 scheiterte bei seinem einzigen Flug, der Orb-3-Mission im Oktober 2014. (Quelle: NASA)

Der fünfte Antares-Start mit der CRS Orb-3-Mission markierte den Erstflug der Antares 130-Rakete. Die Bezeichnungen dieser frühen Missionen begannen mit „Orb“ für den ursprünglichen Entwickler von Antares und Cygnus, Orbital Sciences Corporation. Dies wurde in OA geändert, nachdem das Unternehmen nach einer Fusion im Jahr 2015 zu Orbital ATK wurde, und in NG, nachdem es 2018 von Northrop Grumman gekauft wurde.

Die zweite Stufe der Antares 130 war eine verbesserte Version der Castor 30-Oberstufe, bekannt als Castor 30XL. Diese Konfiguration wurde nur für die Orb-3-Mission verwendet.

Das Raumschiff Orb-3 Cygnus, SS Deke Slayton, sollte 2.215 Kilogramm Fracht zur ISS befördern, doch eines der AJ-26-Triebwerke der ersten Stufe der Antares-Rakete erlitt 15 Sekunden nach dem Start einen schweren Ausfall der Turbopumpe. Der daraus resultierende Schaden führte dazu, dass die Triebwerke abschalteten und Antares in Richtung der Startrampe zurückfiel, bevor sie explodierte, nachdem das Flugabbruchsystem aktiviert wurde.

Das AJ-26-Triebwerk wurde nach dem Ausfall ausgemustert, und RD-181-Triebwerke, die ebenfalls Kerosin und flüssigen Sauerstoff verwenden, wurden bei der russischen NPO Energomash für die Antares 230-Serie bestellt, die im Oktober 2016 ihren Flugbetrieb aufnahm. Die Antares 230 absolvierte zuvor fünf erfolgreiche Flüge Die aktuelle Antares 230+ debütierte im November 2019 auf der NG-12-Mission.

Die Antares 230+, die bisher sieben erfolgreiche Flüge absolviert hat, wurde entwickelt, um die Verpflichtungen von Northrop Grumman im Rahmen des CRS-2-Vertrags zu erfüllen, der mit der NG-12-Mission begann. Diese Version der Rakete verfügt über strukturelle Verbesserungen an den Zwischentank- und Vorwärtsschächten, sodass sie bis zu 8.000 Kilogramm Nutzlast in eine erdnahe Umlaufbahn befördern kann.

Die Besatzungen testen den Spätladebetrieb des Antares-Pfadfinderfahrzeugs – beachten Sie die graue Tankstruktur des Fahrzeugs. (Bildnachweis: Northrop Grumman)

Über einen „Pop-Top“-Nasenkegel und eine mobile Nutzlastverarbeitungsanlage steht der Raumsonde Cygnus auch eine Spätladefähigkeit zur Verfügung. Dies wurde erstmals beim letzten Originalflug von CRS und Antares 230, NG-11, im Frühjahr 2019 demonstriert und ist eine Schlüsselfähigkeit für die CRS-2-Missionen.

Die russische Invasion in der Ukraine, die im Februar 2022 begann, gefährdete die Lieferkette für die Antares 230+. Sanktionen haben den Kauf neuer Motoren aus Russland verhindert und die Pivdenmash-Fabrik in Dnipro wurde von russischen Streitkräften angegriffen. Daher hat Northrop Grumman beschlossen, das aktuelle Antares-Fahrzeug außer Dienst zu stellen, nachdem die letzten Raketen mit den vorhandenen Vorräten gebaut wurden.

Northrop Grumman hat mit Firefly Aerospace eine Vereinbarung zur Produktion der ersten Stufe der Antares 330-Serie getroffen. Die Antares 330, deren Erstflug nun irgendwann Mitte 2025 erwartet wird, wird sieben Miranda-Triebwerke von Firefly verwenden, die wie die AJ-26 und RD-181 Kerosin und flüssigen Sauerstoff als Treibstoffe verwenden.

Der Antares 330, der die gleichen Starteinrichtungen in Wallops wie die ursprünglichen Antares-Versionen nutzen soll, wird mit 7.200 Kilonewton Schub starten – eine deutliche Steigerung gegenüber den 3.844 Kilonewton des Antares 230+. Dadurch wird der Antares 330 in der Lage sein, schwerere Nutzlasten zu fliegen als frühere Antares-Fahrzeuge. Wie die Antares 230-Serie behält sie die Castor 30XL-Oberstufe.

Ein Cygnus-Raumschiff auf einer früheren Mission, das mit dem Canadarm2-Roboterarm erfasst wurde. (Quelle: NASA)

Auch die Raumsonde Cygnus selbst hat eine Leistungsentwicklung erfahren. Das Raumschiff, bestehend aus einem von Thales Alenia Space aus Italien gebauten Pressurized Cargo Module (PCM) und einem von Northrop Grumman gebauten Service Module (SM), kann derzeit bis zu 3.750 Kilogramm Fracht zur ISS befördern. Seit seiner Einführung hat Cygnus auch die Fähigkeit erlangt, die Umlaufbahn der Raumstation wieder anzukurbeln. Diese Fähigkeit wurde erstmals von den SS Piers Sellers während der NG-17-Mission im Juni 2022 demonstriert.

Das PCM wurde erstmals als „Standard“-Version auf den ersten vier Flügen von Cygnus geflogen, einschließlich der gescheiterten Orb-3-Mission. Das Standard-Cygnus-PCM hatte ein Innenvolumen von 18 Kubikmetern und konnte bis zu 2.000 Kilogramm zur ISS befördern. Das Enhanced Cygnus PCM – eingeführt bei der fünften Mission, OA-4 – hat ein Innenvolumen von 27 Kubikmetern und kann beim Start an Bord von Antares über 3.200 Kilogramm zur ISS befördern.

Der Enhanced Cygnus SM verwendet anstelle der rechteckigen Module des Standard Cygnus SM leichtere kreisförmige Solarmodule, die sich wie ein Fächer entfalten. Diese können bei geringerer Masse genauso viel Strom erzeugen – bis zu 3,5 Kilowatt – wie die ursprünglichen Solarmodule. Während der NG-18-Mission im letzten Jahr demonstrierte Cygnus die Fähigkeit, mit nur einer Solaranlage zu funktionieren, nachdem sich das zweite Modul nicht entfalten konnte.

Die Raumsonde Cygnus NG-18 machte an der ISS fest. Beachten Sie das nicht eingesetzte Solarpanel. (Quelle: NASA)

NG-18, das SS Sally Ride, startete am 7. November 2022. Während einer Inszenierungsveranstaltung blockierte Akustikdeckenmaterial aus der Innenseite der Verkleidung einen der Auslösemechanismen der Solaranlage. Die Raumsonde Cygnus konnte ihr Rendezvous und das Anlegen an der ISS nur auf dem verbleibenden Array abschließen, und es wurden Änderungen vorgenommen, um ein erneutes Auftreten auf NG-19 zu verhindern.

Cygnus ist neben der Antares auch in der Lage, auf Trägerraketen zu fliegen, was sich als praktisch erwies, als Antares nach dem Orb-3-Ausfall im Oktober 2014 am Boden blieb. Orbital Sciences hat mit der United Launch Alliance (ULA) einen Vertrag über den Flug zweier Cygnus-Raumschiffe an Bord ihrer Atlas-V-Rakete in den Jahren 2015 und 2016 abgeschlossen. Diese Missionen waren die ersten, bei denen die Enhanced Cygnus geflogen wurde, die seitdem alle Cygnus-Missionen geflogen ist, da die Standard Cygnus ausgemustert ist .

Künstlerische Darstellung des am Lunar Gateway befestigten HALO-Moduls. (Bildnachweis: Northrop Grumman)

Nach NG-19 hat Northrop Grumman mit SpaceX einen Vertrag über drei Cygnus-Flüge mit seiner Falcon-9-Rakete abgeschlossen, während sich die Antares 330 in der Entwicklung befindet. Der Enhanced Cygnus bildet auch die Basis des Habitation and Logistics Outpost (HALO)-Moduls für das Lunar Gateway, dessen Montage im Mondorbit noch in diesem Jahrzehnt beginnen soll.

(Hauptbild: Die Trägerrakete Antares 230+ hebt von LP-0A am Mid-Atlantic Regional Spaceport auf Wallops Island ab. Bildnachweis: Max Evans)