Highlight Nr. 28 – Juli 2008

Space Station Design Workshop 2008 bei ESA-ESTEC

Zum zweiten Mal nach 2002 wurde der Space Station Design Workshop (SSDW) in einer Kooperation zwischen dem Institut für Raumfahrtsysteme (IRS) der Universität Stuttgart und dem Europäischen Forschungs- und Technologiezentrum ESTEC der Europäischen Raumfahrtbehörde ESA vom 13. bis zum 18 Juli 2008 bei ESTEC in den Niederlanden durchgeführt. Der SSDW findet einmal im Jahr mit unterschiedlichen Kooperationspartnern weltweit statt.

Dieses Jahr hatten 32 Studierende aus 12 Mitgliedsstaaten der ESA die Chance, Erfahrungen in den Disziplinen "Concurrent Engineering" und "Systems Engineering" zu sammeln. Im SSDW wird die Vorentwurfsphase eines extrem umfangreichen Projektes behandelt, wie dieses bei Raumstationen oder bemannten Raumfahrzeugen allgemein der Fall ist. Durch die Tatsache, dass bei einem solchen Entwurf nicht nur Raumfahrt-Ingenieure gefragt sind, sondern auch andere Disziplinen eine große Rolle spielen, wurden für den Workshop ebenfalls Studierende anderer Fachrichtungen eingeladen, wie z.B. Architekten, Mediziner und Psychologen.

Da die bemannte Raumfahrt in zukünftigen Jahren nicht mehr auf den niedrigen Erdorbit beschränkt bleiben wird, hat sich auch der SSDW über die letzten Jahre weiterentwickelt, so dass inzwischen nicht nur Raumstationen, sondern allgemein bemannte Raumfahrtsysteme entworfen und untersucht werden können, die auch Ziele außerhalb eines niedrigen Erdorbits haben. In verschiedenen Promotionen am IRS werden hierfür insbesondere die Entwicklung von Transferstufen sowie neuartige Lebenserhaltungssysteme untersucht und Tools zur Missionsanalyse und Software zur Simulation von Mondbasen neu- und weiterentwickelt.

Bei ESTEC wurde der Workshop durch die Concurrent Design Facility (CDF) unterstützt, in der die Studierenden durch ESA Mitarbeiter eine Einführung in den konzeptionellen Systementwurf erhielten. Dabei wurde den Teilnehmern verdeutlicht, wie die CDF es durch das vorhandene Computernetzwerk, die Multimedia Einrichtungen und spezielle Software-Anwendungen einem multidisziplinären Design Team erlaubt zusammenzuarbeiten und in kurzer Zeit zu qualitativ hochwertigen Ergebnissen zu gelangen. Die Verbindung vom Entwurf hin zur realen Welt wurde durch einen Vortrag des ISS Programm Managers hergestellt, der über das im Frühjahr 2008 auf der ISS installierte europäische Columbus Modul referierte.

Um die Teilnehmer des SSDW auf einen gemeinsamen Wissensstand zu bringen, wurden von den Betreuern der Universität Stuttgart im Anschluss an die CDF Vorstellung Einführungsvorlesungen in die Missionsanalyse und die Subsysteme von Raumfahrzeugen gehalten. In diesen lag der Schwerpunkt auf den besonderen Anforderungen für bemannte Raumfahrtmissionen, wie z.B. dem Lebenserhaltungssystem, Nachschubbedarf oder "Human Factors", da diese Faktoren normalerweise bei Satelliten keine Rolle spielen.

Um einen kompetitiven Charakter zu erzeugen, wurden die Teilnehmer in zwei Teams aufgeteilt, die den virtuellen Kunden, der aus ESA und IRS Mitarbeitern bestand, mit Ihrem Entwurf für ein bemanntes Raumfahrtsystem überzeugen mussten. Mit dieser Vorbereitung wurde das "Mission Statement" an die Teilnehmer ausgehändigt. In diesem wurde von den Studierenden verlangt, ein Raumtransportsystem zu entwickeln, das zukünftige Explorationsaktivitäten vorbereitet und unterstützt. Insbesondere wurde gefordert, dass das Fahrzeug zur Unterstützung einer zukünftigen Mondbasis die Fähigkeit besitzt in den niedrigen Mondorbit zu fliegen, aber z.B. auch für die Wartung von Teleskopen verwendet werden kann, die an den Sonne-Erde Librationspunkten stationiert werden. Zusätzlich waren im Missions-Statement weitere technische und politische Randbedingungen versteckt, die von den beiden Teams identifiziert und beachtet werden mussten. Aufgrund der umfangreichen Missions- Anforderungen begann der Workshop bereits am Sonntag, damit den Teams mehr Zeit für den Missions- und Systementwurf zur Verfügung stand.

Um diese schwierige Aufgabe in einer so kurzen Zeitspanne zu bewältigen wurden die zwei Teams mit einer am IRS entwickelten Methdologie und einem Leitfaden ausgestattet, der durch den gesamten Entwurfsprozess führte. Zusätzlich wurden Handbücher zum Subsystem Entwurf zur Verfügung gestellt. In regulären "Reviews" mussten beide Teams Ihr Konzept gegenüber den Experten der ESA und der Universität Stuttgart verteidigen. In zusätzlichen Frage & Antwort Runden konnten Probleme schnell aus dem Weg geräumt werden. Im weiteren Verlauf des Workshops wurden einfach zu erlernende Software Werkzeuge zur Verfügung gestellt, die einen detaillierteren Subsystem Entwurf und Simulationen ermöglichten.

Nach einer Woche harter Arbeit schloss der Workshop mit den Abschlusspräsentationen der beiden Teams, bei der die Teilnehmer von Bernhard Hufenbach, Head of Strategy and Architecture Office, und Marco Caporicci, Head of Future Transportation and Infrastructures, beide aus dem ESA Direktorat für bemannte Raumfahrt, begrüßt wurden. Beide Teams präsentierten Entwürfe, die ohne die Entwicklung einer neuen europäischen Schwerlastrakete auskamen. Dieses wird durch eine Stufung der Fahrzeuge am trans-lunaren Erde-Mond Librationspunkt 2 (EML2) möglich, welche allerdings die Installation von Infrastruktur an diesem Punkt notwendig macht. Der trans-lunare Librationpunkt erschien beiden Teams als Stufungsort besonders attraktiv, da er auf einem hohen Energieniveau liegt und damit die unterschiedlichen Missionsanforderungen einfach miteinander verknüpft werden konnten.

Für Interessierte wird der Abschlussbericht mit den Entwürfen der beiden Studententeams in wenigen Wochen auf der Webseite des SSDW zur Verfügung stehen.

SSDW-Team:
Prof. Dr. rer.-nat. Ernst Messerschmid
Dipl.-Ing. Britta Ganzer
Dipl.-Ing. Jochen Noll
Dipl.-Ing. Florian Renk
Dipl.-Ing. Jürgen Schlutz

Kontakt: Email

Weitere Informationen zum SSDW:

http://www.irs.uni-stuttgart.de/ssdw

Weitere Informationen zur CDF:

http://www.esa.int/cdf

Bilder:

Entwurf des siegreichen Teams "rot"	Teamwork im Teamraum	Vorlesungen in der CDF
Abschlusspräsentation bei ESTEC	Betreuer von ESA und IRS	Teilnehmer des SSDW nach der Abschlusspräsentation

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