Mittwoch, 27. August 2025 · 0 min read
Wie die NASA das Space Shuttle testete – Bodentests, Avionik und Datenerfassung
Das Space-Shuttle-Programm war eines der ambitioniertesten ingenieurtechnischen Projekte der Geschichte. Es vereinte die Komplexität eines wiederverwendbaren Raumfahrzeugs mit fortschrittlichen Antriebssystemen und modernster Avionik. Zentral für seine Entwicklung war ein rigoroses Testprogramm, bei dem die Datenerfassung zur Validierung der Entwürfe, Gewährleistung der Sicherheit und Optimierung der Leistung im Mittelpunkt stand. Dieser Artikel beleuchtet die vielschichtigen Testverfahren für die Triebwerke, Strukturen und Avionik des Shuttles und stellt dabei die eingesetzten Testeinrichtungen und Schlüsselmethoden in den Fokus.
Ein neues Kapitel in der bemannten Raumfahrt
Das Space-Shuttle-Programm der USA wurde ins Leben gerufen, um ein wiederverwendbares Raumfahrzeug zu entwickeln, das die Kosten für den Zugang zum Weltraum senken und ein breites Spektrum von Missionen – vom Aussetzen von Satelliten bis hin zur Wartung von Raumstationen – unterstützen sollte.
Das Programm entstand Anfang der 1970er-Jahre als Reaktion auf den Bedarf nach einer vielseitigeren und kosteneffizienteren Alternative zu Einwegraketen. Die Entscheidung für das Shuttle fiel 1972 unter Präsident Richard Nixon, nachdem die NASA-Führung und Beratungsgremien, die sich mit der langfristigen Entwicklung der Raumfahrtinfrastruktur befassten, bereits 1969 entsprechende Empfehlungen ausgesprochen hatten.
Das System wurde offiziell als Space Transportation System (kurz STS) bezeichnet. Zu den Schlüsselfiguren zählten der NASA-Administrator James C. Fletcher und der Ingenieur Maxime A. Faget, die maßgeblich zur Ausgestaltung des Designs und der Zielsetzungen des Space Shuttles beitrugen.
Mit Unterstützung des Verteidigungsministeriums und kommerzieller Satellitenunternehmen wurde das Space Shuttle als zentraler Baustein der amerikanischen Weltraumambitionen nach dem Apollo-Programm konzipiert. Neun Jahre nach der Bewilligung der Finanzierung im Jahr 1972 startete das Shuttle im April 1981 zur ersten Mission (STS-1) und umkreiste die Erde zwei Tage lang. Das einzigartige Design des Shuttles – bestehend aus einem wiederverwendbaren Orbiter, Feststoffboostern und einem externen Treibstofftank – stellte einen bedeutenden technischen Fortschritt in der bemannten Raumfahrt dar.
Die Tests des Space Shuttles waren entscheidend für den Erfolg des Programms. Es mussten neue Sensoren und Prüfstände entwickelt oder vorhandene umgerüstet werden, um die Erprobung innovativer Technologien zu unterstützen. Lassen Sie uns einen Blick auf die wichtigsten Testinitiativen werfen, die während der Entwicklung des US-Space Shuttles durchgeführt wurden.
Erprobung der Space-Shuttle-Haupttriebwerke (Space Shuttle Main Engine, SSME)
Das von Rocketdyne (später Teil von Pratt & Whitney, heute Aerojet Rocketdyne) entwickelte Space-Shuttle-Haupttriebwerk (Space Shuttle Main Engine, SSME) RS-25 war das erste wiederverwendbare Flüssigkeitsraketentriebwerk. Jeder Orbiter war mit drei SSME ausgestattet, für deren Erprobung Einrichtungen benötigt wurden, die den extremen Leistungsanforderungen und der Komplexität gewachsen waren. Das Stennis Space Center der NASA im US-Bundesstaat Mississippi wurde zum Hauptstandort für die SSME-Erprobung, wobei die Teststände A-1 und A-2 genutzt wurden, die ursprünglich für das Apollo-Programm errichtet worden waren.
Die RS-25-Triebwerkstests der NASA zählten zu den anspruchsvollsten Erprobungen von Antriebssystemen in der Geschichte der Luft- und Raumfahrt. Diese für die Wiederverwendung und den Einsatz unter extremen Bedingungen ausgelegten Triebwerke waren für den Erfolg und die Sicherheit des Space-Shuttle-Programms von entscheidender Bedeutung.
Erprobung von Triebwerkskomponenten
In den 1970er-Jahren führte Rocketdyne unter der Leitung der NASA Tests an SSME-Komponenten durch. Hochdruck-Turbopumpen wurden auf Kavitation, Vibrationen und ihre Leistung bei kryogenen Temperaturen getestet. Einspritzdüsen und Brennkammern wurden Heißbrandtests unterzogen, um eine stabile Vermischung und Zündung von Wasserstoff und Sauerstoff sicherzustellen. Spezialmaterialien wurden auf thermische Ermüdung und auf ihre Beständigkeit gegen Wasserstoffversprödung getestet.
Die Tests fanden im Marshall Space Flight Center (MSFC) der NASA in Huntsville (Alabama, USA) statt. Darüber hinaus wurden in der Niederlassung von Rocketdyne in Canoga Park (Kalifornien, USA) umfangreiche Prüfstandstests an Unterkomponenten durchgeführt.
Umfassende Heißbrandtests
Nach dem vollständigen Zusammenbau wurde jedes komplette SSME mehreren Heißbrandtests mit voller Dauer unterzogen, die den gesamten Startvorgang (über 500 Sekunden) simulierten. Bei diesen Tests wurden folgende Aspekte bewertet:
Start- und Abschalttransienten
Leistungsparameter bei Leistungsstufen zwischen 65 % und 109 %
Schubstabilität, Vibrationen und thermisches Verhalten
Strömungsdynamik von Brennstoff und Oxidator
Die Triebwerke wurden auf den B-1/B-2-Prüfständen im Stennis Space Center (SSC) der NASA im US-Bundesstaat Mississippi erprobt und validiert. Es wurden Tausende von Tests durchgeführt, um die thermischen Grenzwerte zu ermitteln und die Flugkonfigurationen zu verfeinern. In den 1990er-Jahren wurden auch die Turbopumpen-Upgrades der Block-I- und Block-II-Triebwerke im SSC getestet.
Zwischen 1975 und 2009 fanden dort insgesamt 2344 SSME-Tests statt, bei denen über 820.000 Sekunden Heißbrandtestdaten erfasst wurden. Diese Tests waren entscheidend für die Validierung der Triebwerksleistung, die Problemidentifizierung und die Umsetzung von Verbesserungen.
Schwenktests – Schubvektorsteuerung
Zusätzlich zu den Heißbrandtests wurden im SSC auch Schwenk- bzw. Gimbal-Tests durchgeführt. Die Haupttriebwerke des Shuttles waren schwenkbar gelagert (engl. gimbaled) und konnten aktiv um zwei Achsen geschwenkt werden. Dies war wichtig für die Steuerung des Raumfahrzeugs, insbesondere da sich dessen Schwerpunkt aufgrund des Treibstoffverbrauchs und anderer Faktoren ständig veränderte. Das folgende Video zeigt einen realen Schwenktest:
Schwenktest eines einzelnen SSME
Während der Heißbrandtests wurden die Triebwerke während der Durchführung simulierter Flugprofile aktiv geschwenkt, einschließlich kreisförmiger und schneller winkelbezogener Bewegungsmuster. Diese Tests dienten dazu, die Reaktionszeiten der Aktuatoren, die strukturelle Flexibilität und die Regelalgorithmen der Schubvektorsteuerungssoftware zu validieren.
Der Fred-Haise-Teststand im SSC wurde kürzlich umfassend modernisiert, insbesondere für Schwenktests des RS-25-Triebwerks im Rahmen des aktuellen Artemis-Programms der NASA. 2023 wurde ein RS-25 während eines 720-sekündigen Heißbrandtests aktiv geschwenkt, um die Fähigkeit des Triebwerks zu bestätigen, unter realistischen Flugbedingungen präzise und langanhaltende Steuerbefehle auszuführen.
Flugbereitschafts-Heißlauftests und Tests nach dem Flug
Vor jedem Shuttle-Start wurden die Triebwerke auf der Startrampe im Kennedy Space Center der NASA einem Flugbereitschafts-Heißlauftest (Flight Readiness Firing, FRF) unterzogen. Nach jedem Flug wurden die Triebwerke zerlegt und auf Risse, Dichtungsverschleiß und thermische Erosion untersucht. Die SSME konnten trotz extremer Hitze- und Druckbedingungen sechs- bis siebenmal wiederverwendet werden.
Die Datenerfassung war während des gesamten Triebwerkstestspektrums von größter Bedeutung. Sensoren maßen Parameter wie Druck, Temperatur, Vibrationen und Schubkraft. Zur Erkennung von Anomalien und zur Bewertung der Verbrennungseffizienz wurden fortschrittliche Diagnosemethoden, darunter die Spektroskopie des Abgasstrahls, eingesetzt.
In späteren Jahren umfassten die Tests der RS-25-Triebwerke die Erfassung von bis zu 13,17 Milliarden Datenpunkten während eines 500-sekündigen Tests unter Verwendung von 256 High-Speed- und 512 Low-Speed-Kanälen. Im Space Launch System (SLS) für das aktuelle Artemis-Programm der NASA werden vier RS-25-Triebwerke eingesetzt. Das Testprogramm wurde in Zusammenarbeit zwischen der NASA und verschiedenen Auftragnehmern durchgeführt. Die Flugbereitschafts-Heißlauftests des Shuttles waren entscheidend für den Erfolg der Mission.
„Dies ist eine bemerkenswerte Leistung und eine Anerkennung für jedes Mitglied des NASA- und Boeing-Testteams in Stennis.“
John Plowden, Vice President und Manager des SSME-Programms
Struktur- und Vibrationstests in NASA-Einrichtungen
Strukturprüfobjekt (STA)
Die NASA nutzte das Strukturprüfobjekt (Structural Test Article, STA) als einen entscheidenden Schritt zur Validierung von Konstruktion und Dauerhaftigkeit des Space-Shuttle-Orbiters – lange vor dessen erstem Einsatz. Bei dem STA handelte es sich um einen nicht flugfähigen, originalgroßen Orbiter mit der Bezeichnung OV-099. Es wurde vor allem für strukturelle Prüfungen im Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville (Alabama, USA) gebaut.
Das STA wurde intensiven mechanischen Belastungstests unterzogen, um die Lasten und Kräfte zu simulieren, die während Start, Aufstieg, Orbitflug, Wiedereintritt und Landung auf das Raumfahrzeug einwirken. Mithilfe leistungsstarker hydraulischer Aktuatoren setzten die Ingenieure es Belastungen von mehreren tausend Pfund aus, um typische Flugbedingungen sowie extremere Szenarien außerhalb des normalen Betriebs zu simulieren. Diese Tests dienten dazu, zu überprüfen, ob das Aluminium-Flugwerk, die Halterungen des Thermalschutzsystems (TPS) und die Fahrwerksstrukturen des Orbiters den komplexen und variablen Belastungen aller Missionsphasen standhalten konnten.
Ein bemerkenswerter Test bestand darin, das STA Biege- und Torsionsbeanspruchungen auszusetzen, die die Lasten auf die Befestigung des externen Tanks während des Starts simulierten. Zudem wurde die strukturelle Haltbarkeit der Verbindungen zwischen Tragflächen und Rumpf, der Laderaumtüren und der vorderen Rumpfstrukturen getestet. Die strukturellen Tests am Shuttle waren für die Gewährleistung der Sicherheit und Zuverlässigkeit der Missionen von entscheidender Bedeutung, vor allem, weil viele der Flugwerkkomponenten nie zuvor in dieser Konfiguration geflogen waren.
Nach dem Abschluss der STA-Tests im Jahr 1979 wurde OV-099 in die Anlagen von Rockwell International in Palmdale (Kalifornien, USA) zurückgebracht. Anstatt außer Dienst gestellt zu werden, wurde Strukturprüfobjekt zu einem vollwertig flugtauglichen Raumfahrzeug umgebaut und erhielt den Namen Challenger. Der Orbiter absolvierte neun erfolgreiche Missionen, bevor er 1986 während der Mission STS-51L auf tragische Weise verunglückte.
Windkanaltests
In den 1970er-Jahren wurde das US-Space-Shuttle umfangreichen Windkanaltests unterzogen, um seine aerodynamischen Eigenschaften in allen Flugphasen zu überprüfen:
Start
Aufstieg
Orbitalmanöver
Wiedereintritt in die Atmosphäre
Landung
Aufgrund seines radikalen Designs – ein wiederverwendbarer Orbiter mit Deltaflügeln, einem externen Tank und Feststoffboostern – brachte das Shuttle beispiellose aerodynamische Herausforderungen mit sich. Die NASA arbeitete mit mehreren namhaften Forschungszentren und Auftragnehmern zusammen, um Hunderte von Windkanaltests in verschiedenen Maßstäben und Konfigurationen durchzuführen:
NASA Ames Research Center
NASA Langley Research Center
NASA Marshall Space Flight Center
Rockwell International
Es wurden mehr als 100 Windkanalmodelle gebaut – von kleinen Orbiter-Vorführmodellen bis hin zu großen, komplexen Modellen des vollständigen Startsystems. Diese wurden bei Geschwindigkeiten vom Unterschallbereich (Mach 0,2) bis hin zum Hyperschallbereich (bis Mach 20) getestet, um verschiedene atmosphärische Bedingungen zu simulieren. Jeder Test trug dazu bei, die Platzierung des Thermoschutzsystems, die Effektivität der Steuerflächen und die Stabilität des Orbiters zu optimieren.
Bei den Windkanaltests der NASA wurde auch die Trennungsdynamik der Feststoffbooster und des externen Tanks bewertet, was aufgrund der potenziellen asymmetrischen Luftströmung während der Stufentrennung ein besonders komplexes Problem darstellte.
Eine wegweisende Einrichtung, die an diesen Bemühungen beteiligt war, war der Unitary Plan Wind Tunnel im NASA Ames Research Center, wo Hyperschalltests halfen, die Form des Hitzeschilds und die Winkel des Nasenkonus zu definieren. Unterdessen diente der transsonische 16-Fuß-Windtunnel im Langley Research Center dazu, das Langsamflugverhalten und die Anflugcharakteristik des Shuttles während des Gleitflugs und der Landung zu untersuchen. Die bei den Windkanaltests gewonnenen Daten waren entscheidend für die Entwurfsoptimierung und dafür, dass das Shuttle alle Flugphasen sicher durchlaufen konnte.
Der Saturn-V-Prüfstand
Zwischen 1978 und 1979 führte die NASA im historischen Saturn V Dynamic Test Stand auf dem Gelände des Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville (Alabama, USA) umfangreiche dynamische Tests an der Startkonfiguration des Space Shuttles durch.
Die ursprünglich für Tests der Saturn-V-Raketen während des Apollo-Programms errichtete Anlage wurde für die Erprobung des Space Shuttles umfunktioniert.
Das Ziel war es, sicherzustellen, dass die komplette Startkonfiguration, einschließlich des externen Tanks, des Orbiters und der beiden Feststoffbooster, den mechanischen Belastungen bei Start und Flug standhalten würde. Die 111 m hohe Anlage ermöglichte es den Ingenieuren, den Orbiter dynamischen Belastungen und Vibrationen auszusetzen, um Flugbedingungen zu simulieren und potenzielle strukturelle Schwächen zu identifizieren.
Dynamische Tests simulieren die Vibrationen, Schwingungen und akustischen Belastungen, denen eine Trägerrakete während verschiedener Flugphasen ausgesetzt ist. Die Ingenieure der NASA verwendeten den Saturn-V-Prüfstand, um eine Shuttle-Konfiguration – einschließlich des Strukturprüfobjekts (STA, OV-099), eines externen Testtanks und Testversionen der Feststoffbooster – in Originalgröße zu montieren. Ziel war es, Strukturresonanzen oder potenzielle Schwachstellen zu identifizieren, indem das Fahrzeug simulierten Flugvibrationen ausgesetzt wurde, und zwar insbesondere solchen, wie sie durch den Schub der Triebwerke und aerodynamische Turbulenzen während des Aufstiegs verursacht werden.
Hydraulische Shaker und andere Aktuatoren erzeugten kontrollierte Schwingungen im gesamten System. Diese Tests bestätigten die Eigenfrequenzen des zusammengebauten Raumfahrzeugs und stellten sicher, dass während des Starts keine gefährlichen Resonanzmoden auftraten. Mithilfe der ermittelten Daten verfeinerten die Ingenieure die Flugsteuerungssoftware und nahmen geringfügige Konstruktionsänderungen vor, um die Schwingungsbelastungen weiter zu dämpfen.
Die dynamische Testreihe war für die Zertifizierung des Space Shuttles für den Flug von entscheidender Bedeutung. Sie gehörte zu den letzten Bodentestphasen vor der ersten Orbitalmission des Shuttles (STS-1), im April 1981. Dass der Saturn-V-Prüfstand für Tests des Space Shuttles genutzt wurde, symbolisierte den Übergang von der Apollo-Ära in die nächste Phase der US-amerikanischen Raumfahrt.
Erfahren Sie mehr über Modaltests und Sinus-Datenreduktionstests:
Shuttle Avionics Integration Laboratory (SAIL)
Das Shuttle Avionics Integration Laboratory (SAIL) war eine zentrale Einrichtung im Johnson Space Center der NASA in Texas. Es diente als wichtigste Testanlage zur Verifizierung der Avionik und Flugsoftware des Space Shuttles vor jeder Mission.
Im SAIL befand sich ein Hardware-in-the-Loop-Simulator in Form einer vollständigen Avionik-Testkonfiguration des Shuttle-Cockpits im 1:1-Maßstab mit der Bezeichnung OV-095. Der Simulator umfasste echte Flugcomputer, Displays, Datenbusse und Bedienfelder, die mit denen an Bord der operativen Orbiter identisch waren. Dies ermöglichte es den Ingenieuren und Flugbesatzungen der NASA, die Software- und Hardwarekonfigurationen für jeden Shuttle-Flug in einer kontrollierten, sehr realitätsnahen Umgebung zu testen, zu validieren und Fehler zu beheben.
Der Testprozess im SAIL war umfangreich und strikt. Die Anlage war mit Startkontrollsystemen ausgestattet, die mit denen im Kontrollraum des Kennedy Space Centers identisch war und es erlaubten, vollständige Bodenverifikationen, Countdowns und Abbruchvorgänge zu simulieren. Die Shuttle-Software galt weithin als eines der fehlerärmsten Betriebssysteme überhaupt.
Die Steuerungen, Computer, Verkabelung und Software des OV-095-Cockpits waren komplett identisch mit denen eines echten Orbiters. Zu den wichtigsten Aufgaben des SAIL zählte die Durchführung von Missionsverifizierungstests, bei denen simulierte Start-, Orbitflug- und Landungsszenarien mit exakt der gleichen Software durchgeführt wurden, die für eine bestimmte Mission vorgesehen war.
Die komplette Integration der Shuttle-Avionik im SAIL half, potenzielle Programmierfehler, Logikfehler oder Hardware-Kompatibilitätsprobleme vor dem Flug zu identifizieren und so die Sicherheit und den Erfolg der Mission zu gewährleisten. In Anbetracht der Komplexität der Software des Shuttles (über 400.000 Zeilen Code im Hauptflugsteuerungssystem) zählten die umfassenden Testverfahren im SAIL zu den Eckpfeilern der Sicherheitskultur des Shuttle-Programms. Das SAIL blieb über die Dauer des gesamten Programms in Betrieb und wurde auch zur Erprobung von Aktualisierungen vor der Rückkehr zum Flugbetrieb nach den Challenger- und Columbia-Katastrophen genutzt.
Integrationstests im Raumfahrzeugmontagegebäude
Obwohl es sich nicht um eine herkömmliche Testanlage handelt, war das Raumfahrzeugmontagegebäude (Vehicle Assembly Building, VAB) der NASA im Kennedy Space Center in Florida der Ort mehrerer wichtiger Integrations- und Flugbereitschaftsprüfungen. Der Orbiter, die Feststoffbooster und der externe Treibstofftank wurden im VAB vertikal montiert, und Ingenieure führten Schnittstellenprüfungen durch, um die mechanischen und elektrischen Verbindungen zwischen den Elementen zu überprüfen. Dazu gehörten die Kontrolle der Versorgungsleitungen, der Befestigungsschrauben, der Ausrichtung und der Stufenkopplungsverfahren. Eine Raumfahrzeugmontage-Verifizierungsprüfung (Vehicle Assembly Verification Test, VAVT) bestätigte die mechanische, pneumatische und elektrische Integration des vollständig montierten Shuttles.
Anschließend wurden vor dem Rollout Prüfungen der Umweltsysteme, Spülsysteme und verschiedener Avionikkomponenten durchgeführt, um die Einsatzbereitschaft vor dem Transport auf der mobilen Startplattform zu verifizieren.
Die strukturelle Stabilität des Shuttles während des Rollouts zur Startrampe wurde durch Transportkontrollen mit Laser-Ausrichtungssensoren und Dehnungsmessstreifen sichergestellt.
Flug- und Landetests im NASA Dryden Flight Research Center
Das Dryden Flight Research Center (jetzt Neil A. Armstrong Flight Research Center) der NASA spielte eine zentrale Rolle bei der Entwicklung und operativen Erprobung der Shuttle-Landung, insbesondere während der frühen Flugvalidierungs- und Bergungsphasen. 1977 wurden dort die Anflug- und Landetests mit dem Space-Shuttle-Prototyp Enterprise durchgeführt, der von einer zum Raumschiff-Transportflugzeug umgebauten Boeing 747, dem sogenannten Shuttle Carrier Aircraft (SCA) ausgesetzt wurde, um in Segelflugversuchen die Gleit- und Landungsfähigkeiten des Orbiters zu überprüfen. Diese Anflug- und Landetests wurden vielfach wiederholt.
Die Tests dienten zur Validierung wichtiger Aerodynamik-, Steuerungs- und Landesysteme und lieferten gleichzeitig ein wichtiges Training für Astronauten und Flugingenieure. Über die gesamte Dauer des Shuttle-Programms hinweg diente das Dryden Flight Research Center zudem als primärer Landeplatz auf dem Gelände der Edwards Air Force Base, wo es die Telemetrie während des Wiedereintritts unterstützte, die Inspektionen nach der Landung koordinierte und die Raumfähren für den Rücktransport nach Florida vorbereitete.
Das Boeing 747 Shuttle Carrier Aircraft der NASA und fünf Begleitflugzeuge vom Typ Northrop T-38 überfliegen 1977 den auf der Landebahn der Edwards Air Force Base in Südkalifornien geparkten Orbiter 101 Enterprise (Foto: NASA)
Auch das Thermoschutzsystem (Thermal Protection System, TPS) des Shuttles wurde im NASA Dryden Flight Research Center eingehend untersucht. Mit Flugzeugen wie dem Lockheed F-104 „Starfighter“ und dem McDonnell Douglas F-15 testeten die Ingenieure TPS-Kacheln unter verschiedenen aerodynamischen und atmosphärischen Bedingungen, um sicherzustellen, dass sie der intensiven Hitze beim Wiedereintritt standhalten konnten. Zusätzlich trugen führten Tests mit einer modifizierten Convair CV-990 zur Verbesserung der Reifen- und Bremssysteme des Shuttles bei, was höhere Seitenwindgrenzen für die Landung ermöglichte und eine Erneuerung der Start- und Landebahn im Kennedy Space Center zur Reduzierung des Reifenverschleißes veranlasste.
Das Dryden Flight Research Center war auch an den aerodynamischen Tests, der Entwicklung des Steuerungssystems und der Simulationsmodellierung zur Optimierung der Wiedereintritts- und Landeperformance des Shuttles beteiligt. Seine Beiträge waren entscheidend für den erfolgreichen Übergang des Shuttles vom Raumfahrzeug zum Gleiter, der eine sichere Rückkehr zur Erde gewährleistete.
Die erste Shuttle-Mission, STS-1, endete am 14. April 1981 mit einer erfolgreichen Landung auf der Edwards Air Force Base. Insgesamt fanden dort 54 Shuttle-Landungen statt, wobei das NASA Dryden Flight Research Center die Anlagen, Systeme und Bodenausrüstung zur Unterstützung dieser Missionen verwaltete und koordinierte.
Spezialsensoren
Die NASA beauftragte führende Hersteller mit der Entwicklung von Sensoren speziell für das Space Shuttle. Die Überwachung der kryogenen Treibstoffe im externen Tank des Shuttles war von entscheidender Bedeutung.
Scientific Instruments entwickelte Siliziumdioden-Tieftemperatursensoren, die in der Lage waren, auch winzige Temperaturschwankungen in extrem kalten Umgebungen zu erkennen. Diese Sensoren wurden in Edelstahlgehäusen hermetisch versiegelt, um den rauen Bedingungen der Raumfahrt standzuhalten, und waren unerlässlich, um das Verdampfen des Treibstoffs zu verhindern und die Integrität des Antriebssystems zu gewährleisten.
Parallel dazu konstruierte Honeywell piezoresistive Silizium-Drucksensoren für die Haupttriebwerke (SSME) des Space Shuttles. Diese Sensoren wandelten druckbedingte Dehnungen in elektrische Signale um und lieferten Echtzeitdaten zur Triebwerksleistung. Die Integration mehrerer Funktionen auf einem einzigen Chip erhöhte die Zuverlässigkeit und ermöglichte eine präzise Überwachung der Bedingungen in der Brennkammer.
Zur Überwachung vibroakustischer Belastungen bei Shuttle-Starts setzte die NASA drahtlose Sensoren von MicroStrain ein. Diese Sensoren maßen die beim Start auftretenden starken Vibrationen und die akustische Energie und lieferten Daten zur Bewertung potenzieller Auswirkungen auf die Integrität des Raumfahrzeugs und der Bodenanlagen. Die gesammelten Informationen trugen dazu bei, Vorhersagemodelle zu verfeinern und die Sicherheitsprotokolle für Starts zu verbessern.
Verbesserung der Telemetrieverarbeitung bei der NASA durch Dewesoft
Im Jahr 2008 begann das Startkontrollzentrum (Launch Control Center, LCC) der NASA im Kennedy Space Center mit der Modernisierung seiner Luft- und Raumfahrt-Telemetriesysteme. Man entschied sich für Dewesoft, um eine Lösung für die Verarbeitung der zunehmend komplexeren und umfangreicheren Daten aus verschiedenen Raumfahrzeugsystemen bereitzustellen.
In Verbindung mit Dewetron-Computern und Telemetriekarten für die Pulse-Code-Modulation (PCM) ermöglichte die Software DewesoftX die Codierung von Analog- und Telemetriedaten in serielle digitale Formate, die für die Übertragung über große Entfernungen geeignet sind. Diese Aufrüstung war entscheidend für die Echtzeitverarbeitung von über 200.000 Ethernet-Datenkanälen, unter anderem mit Daten der SPS-Booster, Haupttriebwerke, Versorgungsleitungen, Raketenavionik und der Orbiter-Telemetrieverbindungen.
Auf dem Aufzeichnungs- und Wiedergabesystem im Kennedy Space Center verwenden die NASA-Ingenieure die Software DewesoftX (Video aus dem Jahr 2011)
Echtzeit-Datenverarbeitungsfunktionen
Die fortschrittlichen Funktionen von DewesoftX ermöglichten:
Echtzeit-Plotting und -Retrieval: Die Bediener konnten die Daten im Kontrollraum oder über eine Fernverbindung in Echtzeit überwachen.
Fehlerdiagnosewerkzeuge: Das System stellte Echtzeit- und Fast-Echtzeit-Tools für die Fehlerdiagnose an Fahrzeugen und Nutzlasten bereit.
Datenumwandlung: Rohdaten werden durch Datenzusammenführung und persistente Datenspeicherung in verwertbare Informationen umgewandelt.
Digitale Speicherung und Dateiübertragung: Analoge Daten konnten digital gespeichert und effizient übertragen werden.
Bit-Level-Analyse: Das System unterstützte die Erkennung von Bit-Anomalien und die Messskalierung in Echtzeit oder im Anschluss an den Test.
Integration mit der IRIG-106-Chapter-10-Norm
Die Telemetrieeingänge von Dewesoft sind mit der IRIG-106-Chapter-10-Norm kompatibel, sodass Telemetriedaten aus verschiedenen Quellen gelesen und decodiert werden können, darunter:
PCM-Daten: sowohl komprimierte als auch unkomprimierte Formate
MIL-STD-1553 und ARINC-429: gängige Luft- und Raumfahrt-Datenbusprotokolle
iNET-Datenaufzeichnung: aktuelle Telemetriestandards
Video: Standard- und High-Speed-Video
Ethernet- und UART-Kanäle: für die umfassende Datenerfassung
Diese Kompatibilität gewährleistete die nahtlose Integration in die bestehende Telemetrie-Infrastruktur der NASA.
Die fortschrittlichen Datenerfassungssysteme und die Software von Dewesoft haben die Fähigkeit der NASA zur Echtzeitverarbeitung und -analyse riesiger Mengen von Telemetriedaten erheblich verbessert. Ihre Integration in die Test- und Startabläufe der NASA hat zur Sicherheit und zum Erfolg der Missionen in den späteren Phasen des Space-Shuttle-Programms und darüber hinaus beigetragen.
Die Rolle von Dewesoft bei der Überwachung von Space-Shuttle-Starts wird im folgenden Video anschaulich vermittelt:
Die bei der NASA installierten Dewesoft-Systeme sind bis heute in Betrieb und werden häufig für laufende Operationen eingesetzt, darunter das Artemis-Programm und andere.
The Dewesoft systems installed at NASA are still in operation today and are used frequently for ongoing operations, including the Artemis program and others.
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Learn more about the Dewesoft PCM telemetry solution
Fazit
Die Entwicklung und der Erfolg des Space-Shuttle-Programms beruhten auf einem unverzichtbaren Faktor: Daten.
Die Datenerfassung der NASA stand im Zentrum jedes Meilensteins – von der glühenden Hitze der RS-25-Heißbrandtests bis hin zur geräuschlosen, simulierten Rückkehr aus dem Orbit in Windkanälen und Strukturprüfanlagen. Gemeinsam mit ihren Partnern etablierte die NASA eine der umfangreichsten und modernsten Testinfrastrukturen der Luft- und Raumfahrtgeschichte, gestützt auf hochentwickelte Sensorik, Telemetriesysteme und Softwarelösungen, von denen viele – wie etwa DewesoftX – bis heute Programme wie Artemis unterstützen.
Die rigorosen Bodentests dienten dazu, die Funktion und Zuverlässigkeit aller Komponenten zu verifizieren und trugen so dazu bei, über 135 Missionen hinweg die Sicherheit der Besatzungen zu gewährleisten. Das Space Shuttle steht damit sinnbildlich dafür, wie technische Ambitionen – getragen von unermüdlichen Tests und einer präzisen Datenerfassung – die Grenzen der bemannten Raumfahrt verschieben können.
Referenzen
NASA Stennis treibt die Raumfahrtbemühungen der Nation an – Vergangenheit, Gegenwart, Zukunft. NASA.
Daten erzählen die Geschichte von NASAs Mondraketentriebwerkstests. NASA.
Startabwicklungssystem (Launch Processing System). Wikipedia.
Einen Shuttle starten: NASAs Countdown bis zum Start. Wired.
NASA. „NASA testet kritische In-Flight-Fähigkeit während eines RS-25-Triebwerk-Hot-Fire.“
NASA. „Stennis Space Center schließt Modernisierung eines kritischen Testsystems ab.“
Chaffee, L. The Space Shuttle: Celebrating Thirty Years of NASA's First Space Plane. Smithsonian Books, 2002.
NASA. (2021) Das RS-25-Triebwerk: Abstammung des Antriebskerns des Space Launch System.
ResearchGate diagrams:
Jenkins, Dennis R. (2001). Space Shuttle: The History of the National Space Transportation System. Specialty Press.
Auf dem Weg zu einer Geschichte des Space Shuttle: Eine kommentierte Bibliographie.