Warum muss die ISS zerstört werden?

Die ISS ist nicht darauf ausgelegt, vollständig unbemannt betrieben zu werden. Das Personal an Bord, wenn es 6 Astronauten gibt, wird zwischen Übung, Schlaf und Wartung einen einzigen Tag wissenschaftlicher Arbeit abgeschlossen. (Das ist ein 8-Stunden-Tageswert).

Die ISS befindet sich auf einer ziemlich niedrigen Umlaufbahn, sodass Sojus, Dragon, CST-100, Cygnus und das Shuttle sie erreichen können. Das Verlassen des Orbits wird deutlich weniger Treibstoff erfordern als das Anheben seiner Umlaufbahn auf etwas, das langfristig nicht wieder eintreten wird. Noch mehr im Vergleich dazu, es zu verstärken, um der Geschwindigkeit von der Erde zu entkommen. Es ist auch nicht dafür ausgelegt, die Art von Schub aufrechtzuerhalten, die erforderlich wäre, um mit vorhandener Hardware auf der Station oder vorhandenen Technologien auf Fluchtgeschwindigkeit zu gelangen. (Ich ignoriere VASIMIR und verlasse mich auf bestehende Technologien.)

Warum nicht länger bemannt bleiben? Wir haben dies bereits in vielen anderen Fragen und Antworten auf der Website besprochen:

• Wiederverwendung der US-Module wie die Russen planen
• Stärkung der ISS und der strukturellen Integrität
• Wie viel Treibstoff zum Deorbit der ISS
• Verlegung der ISS zum Mond
• Was würde passieren, wenn wir die Wartung der ISS einstellen würden?

Sehen wir uns die Optionen an:

• Versuchen Sie, es am Fliegen zu halten: Aufgrund struktureller und anderer Belastungen müssten Sie Teile der ISS ersetzen. Sie könnten mit einer Situation wie Mir enden, in der mehr Zeit damit verbracht wird, die Station zu patchen, als sie tatsächlich zu nutzen, und viel Geld und Zeit verschwenden.
• Die ISS einfach verlassen: Keine gute Idee, ihre Umlaufbahn zerfällt und die ISS würde somit unkontrolliert auf die Erde zurückfallen. Teile können bewohnte Gebiete treffen. Vielleicht sogar große Flächen.
• Erhöhen Sie seine Umlaufbahn ein wenig, damit er in den nächsten Jahren nicht auf die Erde trifft: nur eine vorübergehende Lösung, die nur Geld verschwendet und Kopfschmerzen verursacht.
• Schieben Sie die ISS weit hinaus (erdumlaufbahn verlassen): eine sehr teure Option, es würde viel Treibstoff erfordern, um so viel Masse in den interstellaren Raum zu schieben. AFAIK wäre keine derzeit verfügbare Lösung verfügbar. Die Tanks an Bord können nur genug Treibstoff für ein mageres ∆v von 50 m/s aufnehmen , aber ein ∆v von etwa 3220 m/s ist erforderlich, um die Erdfluchtgeschwindigkeit von LEO zu erreichen . Sie müssten dafür eine Lösung entwickeln und bauen und viele Missionen fliegen.
• Lassen Sie die ISS kontrolliert in die Atmosphäre eintauchen, wo sie verbrennt: Da es sehr kostspielig ist, sie aufrechtzuerhalten, muss sie herunterkommen. Mit dieser Option haben Sie die Kontrolle darüber, wo und wann es herunterkommt, und müssen "nur" einen modifizierten Progress entwickeln und bauen.

Das Problem bei der ISS ist, dass sie nicht einfach in ihrer aktuellen Umlaufbahn belassen werden kann, da ein (minimaler) atmosphärischer Widerstand auf die Struktur einwirkt, um sie kontinuierlich zu verlangsamen. Seit das erste Modul in die Umlaufbahn gebracht wurde, mussten wir die ISS regelmäßig wieder auf ihre nominelle Umlaufbahn bringen (z. B. mit den RCS-Triebwerken des Space Shuttles, während es angedockt war, oder den Haupttriebwerken der Station auf dem Zvezda-Modul), um dies auszugleichen die Auswirkungen des Widerstands. Es gibt zusätzliche Kräfte, die die Umlaufbahn stören (unregelmäßige Dichte der Erde, Sonnenwind, Schwankungen in der atmosphärischen Dichte und Zusammensetzung usw.), aber der Luftwiderstand ist bei weitem der größte Faktor.

Wenn diese Widerstandskraft in Ruhe gelassen wird, wird sie die ISS schließlich so stark verlangsamen, dass sie von selbst aus der Umlaufbahn fällt, und wir können nicht kontrollieren, wann und wo dies geschieht. Etwas, dass ein massiver Sturz aus dem Orbit ein Sicherheitsrisiko darstellt. Indem wir die Station zu einem Zeitpunkt und an einem Ort unserer Wahl absichtlich aus dem Orbit verlassen, können wir kontrollieren, wohin sie fällt, sodass niemand gefährdet wird.

Nun die Überlegungen zum Speichern der Station:

• Wir müssten die Station so konfigurieren, dass sie intakt und sicher bleibt, wenn sie längere Zeit unbemannt und ungewartet bleibt
• Wir müssten die Station in eine stabile Umlaufbahn bringen, die anderen Einsatzfahrzeugen nicht im Weg ist

Der erste Punkt ist tatsächlich schwieriger, als es zunächst den Anschein hat. Die ISS ist bei Reparaturen sehr stark von ihrer Besatzung abhängig und könnte ohne Wartung nicht länger als ein paar Monate funktionieren, sodass die meisten, wenn nicht alle Systeme abgeschaltet werden müssten. Möglicherweise können Sie an Bord einige in sich geschlossene Experimente mit geringem Stromverbrauch durchführen, aber das führt zum nächsten Problem:

Die Station ist riesig, aber eigentlich sehr filigran. Dinge wie Funkantennen und Solaranlagen müssten verstaut oder entfernt werden, da sie sonst die Auswirkungen von kleinen Trümmern verschlimmern könnten. Insbesondere die Solaranlagen können auch zu einer unerwünschten Rotation der Station beitragen (aufgrund von Gravitationsgradienten und Sonnenwindeffekten), die letztendlich die Station beschädigen könnten. Ohne Solaranlagen gibt es keinen Strom, und ohne Strom gibt es keine Lageregelung, Überwachung oder Kommunikation und vor allem keine Wärmeregelung . Die Station müsste sich vollständig auf passives Heizen und Kühlen verlassen, was im Orbit nicht die stabilsten Dinge sind.

Schließlich enthält die Station viele flüchtige Materialien wie Kühlflüssigkeiten, Wasser, Luft, Triebwerksgase usw. Die meisten davon müssten vorher aus der Station abgelassen werden, da jedes spätere Leck wie ein kleines Triebwerk wirken und verursachen könnte die Station sich in unerwünschter Weise dreht oder die Umlaufbahn ändert. Batterien und Brennstoffzellen müssten entfernt oder vollständig entladen werden, um unerwünschte (und potenziell explosive) chemische Reaktionen in der unkontrollierten Umgebung an Bord der Station zu vermeiden.

Nun zum zweiten Punkt: Das Ding aus dem Weg räumen. Sie müssen tatsächlich nicht in den interstellaren Raum gehen, um die Station zu erhalten, wie einige andere Antwortende vorgeschlagen haben. Der Mond befindet sich seit Millionen von Jahren in einer stabilen Umlaufbahn und wird es glücklicherweise für Millionen bleiben, die noch kommen werden. Die Frage ist: Wie weit muss man gehen, um andere Satelliten und Raketen nicht zu stören? Die Antwort ist eine Friedhofsumlaufbahn , eine Umlaufbahn einige hundert bis einige tausend Kilometer über dem Geostationären, wo alte Satelliten sterben werden. Objekte, die in eine solche Umlaufbahn gebracht werden, können dort theoretisch für immer bleiben.

Das ist das Schreckgespenst: Da die ISS unglaubliche 420 Tonnen wiegt, würde es eine enorme Menge an Treibstoff erfordern, um diese Masse von 400 km auf 37.000 km zu befördern! (Denken Sie an die Treibstoffmengen von Saturn-V.) Niemand möchte die Rakete(n) und den Treibstoff dafür bezahlen oder die gesamte Vorbereitungsarbeit für Bullet 1 oben.

Während ich und viele andere zustimmen würden, dass wir die ISS als Welterbe erhalten sollten, wären die Kosten dafür leider buchstäblich astronomisch.

Das tut es nicht, nicht wirklich, aber es wird eine Zeit kommen, in der es sich einfach nicht mehr lohnt, weiterzumachen. Irgendwann produzieren die Solarmodule nicht genug Strom, eine luftdichte Verbindung bricht oder ähnliches. Im Moment ist geplant, die Station bis 2024 zu nutzen. Es gibt eine Studie, die untersucht , ob sie bis 2028 halten kann. Die Dinge, über die sie sich am meisten Sorgen machen, sind:

• Missbrauch durch thermische Zyklen – Es scheint wahrscheinlich, dass dies kein Problem aus bisherigen Studien ist.
• Sonnenkollektoren – Bis zum Jahr 2028 werden die Sonnenkollektoren um etwa 30 % abgebaut sein. Dies könnte ein Problem sein und ist das wahrscheinlichste Element, das Probleme verursacht.
• Die Elektronik ist veraltet. Möglicherweise sind einige größere Updates erforderlich. Dies könnte aber bei Bedarf vermieden werden.
• Kosten – Die Wartung der ISS kostet die NASA etwa 3,5 Milliarden Dollar pro Jahr. Dieses Geld könnte woanders hingehen, wo es produktiver wäre.

Unterm Strich gehe ich davon aus, dass die ISS so lange weiter genutzt wird, wie es sinnvoll ist, sie in Betrieb zu halten. Es hat eine Menge Geld gekostet, sie dorthin zu bringen, und ich gehe davon aus, dass sie dort oben bleiben wird, bis die Station ersetzt werden konnte.

Natürlich kann das alles strittig sein. Wenn es SpaceX gelungen ist, den BFR zum Laufen zu bringen, wird er im Wesentlichen die Größe der Raumstation haben. Das würde die Betriebskosten der ISS etwas senken, sie aber auch überflüssig machen. Es gibt auch andere Unternehmen, die über den Bau eigener Raumstationen sprechen. Der Mars wird dann wahrscheinlich ein Hauptziel sein.

Vergessen Sie nicht die „banaleren“ Gründe, wie z. B. rechtliche. ISS ist eine große Struktur, die mit einer Menge potenzieller Haftung verbunden ist, und niemand wird Geld investieren, um etwas zu erhalten, das als nicht operative Belastung enden wird. Es an einem Ort wie dem Friedhofsorbit zu belassen, selbst wenn es technisch "sicher" wäre, wäre wie die Entsorgung sensibler Verschlusssachen, indem man sie unter dem eigenen Rasen vergräbt, anstatt sie ordnungsgemäß zu zerstören, indem man die Überreste schreddert und verbrennt.

Ich glaube, die Lösung zur Rettung der ISS liegt in einem Plan, ihre Module zu demontieren und sie einzeln in eine stabilere Umlaufbahn zu bringen, in der sie wieder zusammengesetzt werden können. Zugegeben, dies ist ein stückweiser Ansatz; aber es wäre ähnlich wie in den frühen Anfängen der ISS: Komponenten wurden ins All geschickt; jeweils zu exorbitanten Kosten und im Laufe der Zeit miteinander verbunden. Die Energie, die erforderlich wäre, um einzelne Komponenten aus der bestehenden Umlaufbahn der ISS zu bewegen, wäre weitaus geringer als die Nutzlastkosten, um sie von der Erdoberfläche ins All zu schicken. Jemand muss das nachrechnen, heh?