Angebundene Origamis

13. Juni 2007: Die NASA nimmt an einem Expermient eines Japanischen Teams teil, dass invertierte Origamis benutzt, um einen Weg aufzuzeigen Satelliten in ihren Umlaufbahnen zu halten, oder verbrauchte Raketenstufen schnell zur Erde zurückzuschicken.

Les Johnson von NASAs Marshall Space Flight Center arbeitet mit Prof. Hironori A. Fujii von der Tokyo Metropolitan University zusammen am Foldaway Flat Tether Deployment System -- oder Fortissimo, wie es manchmal genannt wird. "Es ist eine neue Methode um Leinen im All auszurollen," sagt Johnson. Die Mission wird von der Japanese Aerospace Exploration Agency (ISAS/JAXA) finanziert.

Rechts: Konzept eines Künstlers eines Satelliten, der mit einer Leine mit dem Space Shuttle verbunden ist.

Fortissimo -- ff in der Musik -- bedeutet in Italienisch stark. Diese Leine muss stark sein wenn man ihre dünne Konstruktion betrachtet. Während die Leine 1 km lang ist, ist sie nur 0,05 mm dick und 50 mm breit. "Es sieht aus wie ein Streifen Aluminiumfolie, fast wie ein Maßband," sagt Johnson. Dies ist eine Weiterentwicklung der meisten früheren Leinen, "die geflochtene Kabel waren."

Johnson sagt, dass vor dem geplanten Start im Jahre 2009 auf einer S-520 Rakete, noch viele Details herausgearbeitet werden müssen.

"Das Japanische Team hat einen Abrollmechanismus entwickelt, der aussieht wie die Aufbewahrung von Schläuchen bei der Feuerwehr. Es ist ganz anders als die Dinge die wir vorher benutzten," fährt Johnson fort. Dies ist der invertierte Origami Teil: Das Produkt startet gefaltet und wird dann von oben gezogen um eine fast gerade Linie zu erzeugen. Forscher glauben, dass die Leine auf diese Art, in wenigen Minuten auf 1 km ausgebracht werden kann.

Die ersten Leinen im Weltraum waren Gewebeleinen, welche die Gemini 11 und 12 Raumschiffe auf unterschiedlichen Missionen im Jahre 1966, mit ihren Agenda Andockzielen verbanden. Dies zeigte, dass Leinen genutzt werden konnten um Raumschiffe zu verbinden und so eine künstliche Graviation hervorzurufen, und das Raumschiff zu stabilisieren.

Oben: (L) Ein schematisches Diagramm des Fortissimo Konzepts. (R) Test des Systems auf der Erde.

Der nächste große Versuch war das 20km, NASA-Italienisch verbundene Satelliten System (Tethered Satellite System), das 1992 und 1996 flog. Es benutzte ein komplexes System aus Spulen, dass einer Bootswinde glich. (TSS-1 hatte am Anfang eine mechanische Störung. TSS-1R sammelte viele Daten bevor ein weiteres Missgeschick die Leine zerreißen ließ.)

Die NASA machte weiter mit ProSEDS, dem Propulsive Small Expendable Deployer System, dass auf den einfachereren und sehr erfolgreichen SEDS-1 und -2 Tests aufbaute. ProSEDS hatte eine 20 km lange Leine, die von einer Trommel auf der zweiten Stufe einer Delta II Rakete ausgerollt wurde. Sie sollte im Jahr 2003 starten, aber nach der Columbia Tragödie bewertete die NASA mehrere Missionen neu und entschied, dass ProSEDS ein zu großes Risiko für die Internationale Raumstation darstellen würde.

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Andere Nationen haben in mehr als 20 Missionen mit Leinen im All expermientiert, inklusive der Japanischen Beteiligung an den Charge 1 und 2 Raketenexperimenten in den Jahren 1983 und 1984.

Vor Kurzem fragte Fujii Johnson und den NASA Forscher George Khazanov bei einem Projekt als Co-Forscher teilzunehmen. Sie werden den Japanern dabei helfen wie die Leine als Antrieb zu nutzen ist und, im Speziellen, bei der Konstruktion eines Modells helfen, dass simulieren soll wie die Leine auf das Magnetfeld der Erde reagiert.

Das Prinzip ist dem eines elektrischen Dynamos auf der Erde ähnlich: Die Bewegung eines Drahtes durch ein Magnetfeld, ruft eine elektrische Ladung im Draht hervor. In der niedrigen Erdumlaufbahn wird sich die Fortissimo Leine durch das Magnetfeld und auch die Ionosphäre -- eine Schicht aus ionisiertem Gas in der oberen Atmosphäre -- der Erde bewegen. Die daraus resultierende Ladung wird das Raumschiff bremsen. (Die Abbremsung durch Leinen ist ein willkommener Trick um Weltraummüll aus seiner Umlaufbahn zu bekommen. Eine Beschleunigung ist ebenfalls möglich, indem man Ladung in die entgegengesetzte Richtung durch die Leine schickt, aber ein Test der Beschleunigung durch die Leine ist kein Ziel dieser Mission, bemerkt Johnson.)

"Wir erwarten im Durchschnitt eine niedrige Ladung -- etwa 1 bis 3 Ampere," fährt er fort. Dies wird in Abhängigkeit von der Tageszeit, zu der die Mission starten wird, variieren. Die Ionosphäre zieht sich Nachts zusammen und die Leine würde bei einem Start tagsüber durch 10 Mal mehr Elektronen fliegen als bei einem Nachtstart.

Rechts: Die blaue Kugel ist die Erde; rote Linien markieren das Magnetfeld der Erde. Eine Leine die durch dieses Feld kreist, ist elektrodynamischen Ladungen ausgesetzt.

Es gibt auch eine Unsicherheit über die Reibung, die elektrostatische Aufladung und andere Kräfte die bei der Ausbringung der Leine beteiligt sind. Ein Modell wurde auf der Erde getestet. Es wird aber ein Experiment im Vakuum und freien Fall des Weltraums benötigt, um Vorhersagen für Experimente in der Umlaufbahn treffen zu können.

Ebenfalls anders als bei Leinen in der Vergangenheit, wird die Art des Experiments sein: Es wird nur fünf Minuten dauern, von etwa 100 Kilometern Höhe, gerade über der Erdatmosphäre, bis zum Maximum von 300 Kilometern, und bis es während des Wiedereintritts zerstört wird.

Im All wird die Sonde einen Satelliten aussetzen der aufsteigt, und dann fällt, alles mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Sonde selber, sich allerdings nach außen bewegen wird und den Aluminiumstreifen sanft mit sich ziehen, und hoffentlich neue Möglichkeiten im All ergeben wird.

Author: Dave Dooling | Production Editor: Dr. Tony Phillips | Credit: Science@NASA